OBIETTIVI FORMATIVI

Alla fine del corso lo studente sarà in grado di: Effettuare una stima dei principali requisiti per un’applicazione embedde in termine di risorse (memoria, I/O, velocità dei canali di comunicazione, potenza di calcolo). Identificare le periferiche più utili per una specifica applicazione e programmarne il funzionamento. Progettare, sviluppare e testare codice ad eventi ed applicazioni real-time per microcontrollori. Compilare, ed effettuare il download ed il debug di programmi per microcontrollori.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Al termine del modulo lo studente dovrà:

• Sapere analizzare sistemi di elaborazione dei segnali e sistemi di controllo rappresentati da diagrammi a blocchi.
• Derivare le dipendenze funzionali di segnali in ingresso ed uscita di sottosistemi interconnessi rappresentati da diagrammi a blocchi.
• Linearizzare semplici modelli dinamici a tempo continuo anche multivariabili.
• Discretizzare modelli dinamici a tempo continuo anche multivariabili e derivare lo pseudo codice per la loro implementazione digitale.
• Conoscere che cos'è un sistema embedded
• Saper programmare un sistema basato su microcontrollore
  • Saper utilizzare i tool di sviluppo per la compilazione e download del codice 
  • Conoscere, configurare e programmare le principali periferiche (p.es., I/O digitali, timers, ADC, PWM, SPI, UART)
• Avere conoscenze di base sulla progettazione dei sistemi embedded

MODALITA' DIDATTICHE

Il modulo è suddiviso in lezioni teoriche e attività di laboratorio (programmazione dei sistemi embedded con l'utilizzo di una scheda di sviluppo fornita).

PROGRAMMA/CONTENUTO

Il programma del modulo è cosi strutturato:

• Richiami sui modelli dinamici nel dominio del tempo e della frequenza con particolare riferimento a quelli Lineari Tempo Invarianti (LTI) a tempo continuo. Modelli scalari (single input - single output, SISO) e loro rappresentazione ingresso - uscita nel dominio del tempo e della frequenza. Introduzione ai modelli nello spazio degli stati con particolare riferimento a quelli LTI a tempo continuo. Sistemi multivariabili (multi input - multi output, MIMO). Soluzione di modelli LTI a tempo continuo nello spazio degli stati e cenno all'analisi modale con esempi (sistemi di navigazione, motori elettrici, etc.). 
• Algebra dei blocchi. Regole di riduzione e trasformazione di schemi a blocchi per operatori lineari. Rappresentazione di sistemi dinamici LTI con schemi a blocchi.
• Linearizzazione di sistemi dinamici a tempo continuo non lineari.
• Introduzione al problema della discretizzazione di modelli dinamici LTI a tempo continuo. Richiami al problema del campionamento. Derivazione di algoritmi ricorsivi a tempo discreto come realizzazioni digitali di modelli dinamici LTI a tempo continuo. 
• Cenno allo pseudo codice di algoritmi per il filtraggio di segnali o per la realizzazione di controllori PID.
• Che cos'è un sistema embedded e quali sono le sue principali caratteristiche, l'hardware di base per la sua realizzazione e la architetture principali
• Strumenti di sviluppo dedicati per i sistemi embedded.
• Programmazione di sistemi embedded 
  • gestione delle periferiche:
    • I/O digitali
    • Configurazione dell'oscillatore e utilizzo dei timer
    • Acquisizione sensori tramite conversione analogico digitale (ADC)
    • Controllo motori tramite periferica PWM
  • Comunicazione con altri dispositivi.
    • utilizzo del bus SPI per comunicazione con un altro microcontrollore
    • utilizzo della seriale UART per comunicazione con un PC
  • Interrupt e programmazione ad eventi.  

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Tutte le slides utilizzate durante  le lezioni e altro materiale didattico saranno disponibili su aulaweb. In generale, gli appunti presi durante le lezioni e il materiale su aulaweb sono sufficienti per la preparazione dell'esame.

I seguenti testi possono essere utilizzati per approfondimenti sulla materia:

• Q. Li, C. Yao, Real-Time Concepts for Embedded Systems, CMP Books, 2003. (ISBN: 1578201241).
• D. E. Simon, An Embedded Software Primer, Addison-Wesley Professional, 1999. (ISBN: 020161569X).
• G. Ricci e E. Valcher, Segnali e sistemi, Progetto Libreria, 2015. (ISBN: 8896477727)
• P. Bolzern, R. Scattolini, N. Schiavoni, Fondamenti di Controlli Automatici, McGraw Hill, 2015. (ISBN: 8838668825)