Richiami di elettronica sequenziale e memorie: Struttura di una uscita digitale (Tipi) Latch, Flip-Flop Registri, Decoder, Encoder, Mux, Demux

(1)

I.T.T. “GALILEO FERRARIS” - VERONA ANNO SCOLASTICO 2019/2020

PROGRAMMAZIONE PER DISCIPLINA COORDINAMENTO DELLA DISCIPLINA: Sistemi Automatici

SECONDO BIENNIO: Classe 4B articolazione: Automazione LIBRO DI TESTO: Corso di Sistemi Automatici 2 – F. Cerri; G. Ortolani; E. Venturi - HOEPLI

COMPETENZE:

 utilizzare la strumentazione di laboratorio e di settore e applicare i metodi di misura per effettuare verifiche, controlli e collaudi

 utilizzare linguaggi di programmazione, di diversi livelli, riferiti ad ambiti specifici di applicazione

 analizzare il funzionamento, progettare e implementare sistemi automatici

 analizzare il valore, i limiti e i rischi delle varie soluzioni tecniche per la vita sociale e culturale con particolare attenzione alla sicurezza nei luoghi di vita e di lavoro, alla tutela della persona, dell’ambiente e del territorio

 redigere relazioni tecniche e documentare le attività individuali e di gruppo relative a situazioni professionali

CONOSCENZE ABILITÀ

Richiami di elettronica sequenziale e memorie:

 Struttura di una uscita digitale (Tipi)

 Latch, Flip-Flop

 Registri, Decoder, Encoder, Mux, Demux

Saper riconoscere semplici configurazioni circuitali comprendenti i componenti in oggetto

Automi a stati finiti:

 Definizione di automa

 Struttura di un automa

 Macchina di Moore e di Mealy

 Macchine a EPROM

 Metodi di analisi e sintesi e schematizzazioni

Saper riconoscere le differenti tipologie di automi a stati finiti

Saper analizzare e sintetizzare semplici macchine a stati sia mediante componenti hardware sia mediante linguaggi di programmazione

Applicazioni di laboratorio:

 Uso di Labview e Multisim per la simulazione di macchine a stati

 Uso di Multisim in cooperazione con hardware dedicato

 Realizzazione di macchine a stati con elettronica integrata

Uso di macchine a stati per la simulazione di sistemi analogici

(2)

CONOSCENZE ABILITÀ

Memorie:

 Classificazione delle memorie

 Struttura di una memoria

 Metodi di accesso, sincronizzazione e diagrammi temporali, tempi di accesso

Saper riconoscere i vari tipi di memoria, conoscere i segnali di controllo e dati necessari per il loro funzionamento, saper scegliere i circuiti necessari per le interfacce con microprocessori

Microprocessori (struttura hardware):

 Architettura di base

 Tipi di Bus

 Stack

 Mappatura della memoria e degli I/O

 Gestione degli I/O, Polling e interrupt

 DMA

 Segnali di abilitazione e relativa decodifica degli indirizzi

 Controllo delle temporizzazioni

 Progettazione di una scheda a microprocessore



Saper disegnare, con un programma adeguato, lo schema funzionale di un sistema a microprocessore con memorie, I/O e logiche per la selezione degli indirizzi e mappature delle memorie

Microcontrollori (PIC):

 Architettura di un microcontrollore della famiglia PIC 16F

 Registri principali

 Struttura delle memorie rom ram e selezione dei relativi banchi

 Principali periferiche integrate

 Struttura degli I/O digitali e set particolari

 Utilizzo e impostazione dei Timer

Saper leggere il data sheet di un microcontrollore PIC riconoscendo mappatura di Rom Ram ed Eprom, e principali funzioni integrate (Timer, I/O, Wd)

Programmazione microcontrollori (PIC) con linguaggio assembly:

 Tipi di indirizzamento

 Set di istruzioni RICS

 Esempi di programmi di spostamento dati in memoria

 Utilizzo dei puntatori

 Uso delle istruzioni orientate ai bit

 Uso degli I/O con semplici esempi

 Applicazioni di laboratorio: simulazioni di programmi su schede dedicate e con simulazione utilizzando software dedicati (Multisim o altri assemblatori)

Saper eseguire semplici programmi in assembly con utilizzo di registri indici, registri di I/O e Timer

Riconoscimento fronti di salita su pulsanti, lampeggio led con pulsanti, temporizzato, shift led, azzeramento memoria con puntatore

Utilizzo del simulatore di circuiti Multisim con il Microcontrollore PIC16F84

(3)

CONOSCENZE ABILITÀ

Programmazione microcontrollori (PIC) con linguaggio C:

 Uso del linguaggio C per la programmazione di microcontrollori

 Uso dell’ambiente di programmazione

 Uso del debugger

 Estensioni al linguaggio C per la programmazione di microprocessori

 Programmi con accesso all’I/O con polling

 Programmi con utilizzo dei timer in polling e interrupt

 Utilizzo dell’AD-Converter

Saper eseguire programmi di media e alta difficoltà in linguaggio C per PIC16F887 su schede easypic: shift di led, lettura tastiera a matrice, scrittura su display LCD, pilotaggio display 7 seg multiplexato (programma cronometro e orologio), generazione di onde quadre a frequenza e duty-cycle variabile

Applicazioni avanzate:

 Lettura sensori di temperatura, pressione e luce

 Comunicazioni con interfaccia seriale RS232 con PC e programmi in Labview

 Interfacciamento fra Robot NXT e microcontrollore PIC

Saper gestire comunicazioni fra schede a microcontrollore e pic

Gestire l’uso dell’AD-Converter per conversioni da trasduttori e visualizzazioni su PC remoti

Sistemi e Modelli:

 Richiami sulle grandezze vettoriali e loro rappresentazione tramite numeri complessi

 Trasformata di Laplace:

o definizione e teoremi o le principali trasformate

o applicazione alla soluzione di equazioni differenziali

 Antitrasformata di Laplace:

o metodi di antitrasformazione o metodo dei residui

Saper eseguire trasformate di Laplace di funzioni semplici e delle loro derivate Saper eseguire la riduzione in frazioni semplici di funzioni fratte e relative antitrasformate

Analisi dei sistemi nel dominio del tempo:

 Funzione di trasferimento e risposta dei sistemi

 F.d.t. di sistemi del primo ordine

 Sistemi del secondo ordine e risposta relativa

 Schemi a blocchi

 Sistemi meccanici, idraulici, termici

 Applicazioni: verifica sperimentale modelli sistemi RC, RL, RLC

Saper disegnare lo schema a blocchi di semplici sistemi elettrici evidenziando le relative F.D.T.

Saper risolvere con Laplace il transitorio di circuiti del I° e II° ordine

eseguendone la simulazione con programmi dedicati ( SciLab. Multisim,

Labview)

(4)

CONOSCENZE ABILITÀ

Studio e simulazione di sistemi nel dominio della frequenza:

 Risposta in frequenza di un sistema

 Diagrammi di Bode e di Nyquist

 Generazione diagrammi con Multisim e Labview

 Controllo motori in C.C.

Saper tracciare i diagrammi di Bode e di Nyquist di sistemi del I° e II° ordine sia manualmente che con programmi dedicati

VALUTAZIONE

STRUMENTI DI VALUTAZIONE Prove disciplinari

Attività laboratoriali

Numero di prove per quadrimestre 2 + 1 pratica

CRITERI DI VALUTAZIONE Si applica una scala di voti da 1 a 10 facendo riferimento alla griglia del POFT

Si adottano tutte le modalità di verifica orale e scritta che si ritengono opportune per accertare le conoscenze e le competenze degli alunni, comprese le prove strutturate, semistrutturate e laboratoriali

Per le modalità di recupero si fa riferimento a quanto previsto nel POFT

(5)

I.T.T. “GALILEO FERRARIS” - VERONA ANNO SCOLASTICO 2019/2020

griglia per la valutazione delle prove scritte delle discipline afferenti al dipartimento elettrico

DISCIPLINA:______________________________________________________________________________________________

ALUNNO:___________________________________________________________ CLASSE:_

indicatori livelli della prestazione descrittori punti

conoscenza dei contenuti

gravemente lacunosa e non pertinente gravemente insufficiente da 0 a 10

superficiale e incompleta insufficiente da 11 a 29

pertinente ed essenziale sufficiente 30

adeguata e nel complesso completa buona da 31 a 40

completa ed approfondita ottima da 41 a 50

correttezza delle formule e dei calcoli

scorretta, imprecisa ed inadeguata gravemente insufficiente/insufficiente da 0 a 19

corretta o con lievi imprecisioni sufficiente 20

corretta, precisa ed appropriata buona/ottima da 21 a 30

correttezza del procedimento e del linguaggio tecnico

scorretta ed inappropriata gravemente insufficiente/insufficiente da 0 a 9

corretta e sostanzialmente adeguata sufficiente 10

corretta e particolarmente adeguata buona/ottima da 11 a 20

PUNTEGGIO ASSEGNATO /100

VOTO ATTRIBUITO /10

N.B. IL VOTO ATTRIBUITO, IN OGNI CASO, NON PUÒ ESSERE INFERIORE A 1/10

VERONA, IL DOCENTE

(6)

I.I.S. “ GALILEO FERRARIS ENRICO FERMI “ - VERONA anno scolastico 2019 / 2020

Visto il Piano Analitico di massima del Docente Teorico e il Progetto Educativo di Classe del CdC, il piano preventivo delle esperienze di laboratorio verrà sviluppato il seguente programma :

PROGRAMMA PREVENTIVO DELLE ESERCITAZIONI PRATICHE - PEP

Laboratorio: SISTEMI AUTOMATICI ( Articolazione “ AUTOMAZIONE “ ITAT) Classe: 4 B

IL PROGRAMMA PREVEDE IL RICONOSCIMENTO DELLE COMPETENZE EQF - EUROPEAN QUALIFICATIONS FRAMEWORK – COMPETENZE PER L’ISTRUZIONE TECNICA LIVELLO 4°.

I CRITERI DI CERTIFICAZIONE E VALUTAZIONE SONO RIPORTATI NELL’ALLEGATO ESPLICATIVO EQF IN VIGORE PER L’ A.S. IN CORSO

N° TITOLO TEMPI MODALITA’ STRUMENTAZIONE COMPETENZE

1

 Organizzazione del laboratorio

 Organizzazione delle attività

 Norme di sicurezza

 Criteri per l’elaborazione della documentazione tecnica

 Lettura , interpretazione e utilizzo di datasheets

SET Spiegazione frontale Videoproiettore

2

Strumentazione :

 Multisim : Strumenti per analisi logica binaria Word Generator e Logic Analyzer

 Sistemi di misura automatici myDAQ

 Oscilloscopio

A.S. Spiegazione frontale

e lavoro di gruppo (3 o 4 allievi max . )

spiegazione e confronti operativi fra misure elettriche con strumenti DMM OSCILLOSCOPIO e strumenti di misura automatici

( MyDAQ )

Videoproiettore 2 – Utilizzare la strumentazione di laboratorio e di settore e applicare i metodi di misura per effettuare verifiche, controlli e collaudi.

3

Riferimento modulo didattico :

MODELLAZIONE di SISTEMI e parallelismo con circuiti elettronici tramite :

MULTISIM ( utilizzo dei sotto circuiti )

LabView ( utilizzo dei sotto insiemi )

CODING : “ C “

A.S. Spiegazione frontale

personal computer in rete intranet per software di sviluppo in :

ambiente “ MULTISIM” e ambiente LabView

Videoproiettore 7 – Analizzare il funzionamento, progettare e implementare sistemi automatici

4

Riferimento modulo didattico MODELLAZIONE di SISTEMI ELETTRONICA DIGITALE

SET Spiegazione frontale

 learning by doing

 problem solving guidato

Videoproiettore

personal computer in rete intranet per software “ MULTISIM “

1– Applicare nello studio e nella progettazione di impianti e di apparecchiature elettriche ed elettroniche i procedimenti dell’

elettrotecnica e dell’elettronica

(7)

CIRCUITI ELETTRONICI FONDAMENTALI PER L’ AUTOMAZIONE

FLIP FLOP, Circuiti di base :

 .1 FF-D

 .2 FF J K

 .3 FF S R

 .4 FF-D divisore di frequenza

 problem solving

Utilizzo di porte logiche

In ambiente di sviluppo MULTISM

Simulazione del circuito verifica del funzionamento (solo simulazione )

7 – Analizzare il funzionamento, progettare e implementare sistemi automatici

5

Riferimento modulo didattico MODELLAZIONE di SISTEMI ELETTRONICA DIGITALE

 . 1 PROGETTO : DUAL FREQUENCY START UP

 .2 PROGETTO : RIVELATORE DI EVENTO

SET OTT

Spiegazione frontale

 problem solving

In ambiente di sviluppo MULTISM Simulazione del circuito

Misure di collaudo e verifica del funzionamento (solo simulazione )

Videoproiettore

elettrotecnica e dell’elettronica 7 – Analizzare il funzionamento, progettare e implementare sistemi automatici

6

Riferimento modulo didattico MODELLAZIONE di SISTEMI

 .1 dispositivo di memoria con controllo manuale degli indirizzi e con controllo automatico tramite strumento word generator

 .2 generatore di parole binarie e controllo segmenti led su display, dati provenienti da memoria ROM

NOV Spiegazione frontale

 problem solving

In ambiente di sviluppo MULTISM

Videoproiettore

7

Riferimento modulo didattico : MEMORIE / AUTOMI

MACCHINA A STATI FINITI a Memoria programmabile :

 "automazione di un PRESEPIO”

NOV

e lavoro di gruppo (3 o 4 allievi max ).

 progetto completo

 problem solving autonomo ( progettazione, simulazione )

Simulazione del circuito verifica del funzionamento (solo

personal computer in rete intranet per software “ LabView

”

elettrotecnica e dell’elettronica 6 – Utilizzare linguaggi di programmazione, di diversi livelli, riferiti ad ambiti specifici di applicazione.

(8)

simulazione )

8

Riferimento modulo didattico : CONVERSIONE D / A

Macchina a stati finiti con memoria EPROM E Convertitore D/A –R2R- a 8 bit con EPROM

 Formatore di forma d’onda sinusoidale di B.F

NOV

 problem solving autonomo

- Memorie programmabili ( PROM ed EPROM)

( progettazione, simulazione )

personal computer in rete intranet per software : “ MULTISIM”

Linguaggio “ C “ – CodeBlock LabView

9

MEMORIE / AUTOMI, CONVERSIONE D / A

MACCHINA A STATI FINITI per controllo temperatura a Memoria programmabile :

 convertitore D/A –R2R- a 8 bit con EPROM

DIC

 problem solving autonomo ( progettazione, simulazione )

personal computer in rete intranet per software “ LabView

”

10

RICHIAMI DI ELETTRONICA DIGITALE E SEQUENZIALE

Circuiti di interfacciamento

 Decodifica display 7 segmenti MUX

GEN

( progettazione, simulazione ) ( esperienza di primo livello )

personal computer in rete intranet per software “ MULTISIM” e LabView

11

Interfacciamento

 circuito PONTE H per controllo DC motor

GEN

 problem solving autonomo



personal computer in rete intranet per software “ MULTISIM”

(9)

( progettazione, simulazione ) ( esperienza di primo livello )

12

MICROCONTROLLER EMBEDDED STM32 NUCLEO F411-RE : ARCHITETTURA di base

 .1 Controllo OUTPUT led

 .2 Controllo INPUT pulsanti

 .3 Gestione interrupt

 .4 Gestione polling

 .5 Networking , trasmissione seriale dati su pc

NOV DIC GEN

 problem solving

Misure di verifica, comparazione e collaudo

Misure DC Volt/A

Misure con OSCILLOSCOPIO

( progettazione, elaborazione software applicativo, realizzazione, misure )

( esperienza di secondo livello )

personal computer in rete intranet per software :

Sistema di sviluppo in rete per NUCLEO

“mbed”

per linguaggio “C”

LabView Multisim

1– Applicare nello studio e nella progettazione di impianti e di apparecchiature elettriche ed elettroniche, i procedimenti dell’

elettrotecnica e dell’elettronica 2 – Utilizzare la strumentazione di laboratorio e di settore e applicare i metodi di misura per effettuare verifiche, controlli e collaudi.

6 – Utilizzare linguaggi di programmazione, di diversi livelli, riferiti ad ambiti specifici di applicazione.

13

MICROCONTROLLER EMBEDDED STM32 NUCLEO F411-RE

APPLICAZIONE : “ CRONOMETRO “

 .1 gestione OUT via MUX per display a 7 segmenti

 .2 gestione pulsanti start e stop

 .4 Networking , trasmissione seriale dati su pc

GEN FEB

 problem solving

Misure DC Volt/A

“mbed”

LabView Multisim

(10)

14

GESTIONE PERIFERICHE I/O

 .2 Acquisizione variabile analogica e conversione A/D

 .3 Visualizzazione variabile su display

 .4 Networking , trasmissione seriale dati su pc

MAR APR

 problem solving

Misure DC Volt/A

“mbed”

LabView Multisim

15

E SCHEDA SENSORI

“ MULTISENSOR “ APPLICAZIONI gestione sensori :

 .1 temperatura

 .2 umidità

 .3 pressione

 .4 accelerazione

 .5 orientamento giroscopico

 .6 flusso magnetico

 .7 acquisizione variabile analogica e conversione A/D

 .8 generazione variabile analogica D/A

APR MAG

 problem solving

Misure DC Volt/A

“mbed”

LabView Multisim

(11)

 .9 visualizzazione variabile su display

 .10 networking , trasmissione seriale dati in rete

16

ELETTRONICA ANALOGICA

AMPLIFICATORI OPERAZIONALI in DC

 .1 anello aperto : COMPARATORE

 .2 anello chiuso : AMPLIFICATORE in DC

 .3 SOMMATORE ALGEBRICO

 .4 INSEGUITORE

 .5 anello aperto : COMPARATORE a FINESTRA

 .6 anello chiuso :COMPARATORE con ISTERESI

FEB MAR APR

( progettazione, simulazione )

( esperienza di primo livello )

17

 OA AMPLIFICATORE DIFFERENZIALE

APR

 progetto completo ( progettazione, simulazione ) ( esperienza di primo livello )

18

 Controllo con OA in DC : progetto completo (es. piu’ sensori e

MAG GIU

 problem solving autonomo ( progettazione, simulazione ) Simulazione del circuito

personal computer in rete intranet per software

“MULTISIM”

(12)

temperatura ) verifica del funzionamento (solo simulazione )