L'organizzazione dell'insegnamento prevede 48 ore di lezioni e 24 ore di esercitazioni di laboratorio di robotica (aula 3, martedì e giovedì, h. 15:00-18:00)

L'acquisizione di concetti e metodi nella disciplina è sostenuta da:

• frequenza delle lezioni ed esercitazioni
• partecipazione alle esperienze di laboratorio
• studio di testi di riferimento
• consultazione di altri testi e materiali didattici
• sperimentazione con strumenti software e piattaforme di sviluppo di sistemi dedicati
• elaborazione di soluzioni a problemi ed esercizi proposti: v. area Esercizi
• stesura di relazioni sulle esperienze di laboratorio: nella stessa area
• interazione con i docenti, ricevimento settimanale:
  • G. Scollo: studio 325 (I blocco, II piano) [tel.]cit.: [095738]3007
    lunedì e mercoledì, h. 14:30-16:30
  • C. Santoro: studio M47 (III blocco) [tel.]cit.: [095738]3001
    per appuntamento (telefonico o via e-mail)
• interazione collaborativa con colleghi e docenti

Lezioni: lo studio dei testi di riferimento pone le basi metodologiche per applicare efficacemente un approccio trasversale nelle tecnologie e unitario nel risultato:

• progettare in modo versatile sistemi con cifra di merito ottimale dedicati a svolgere compiti ad alto grado di specializzazione

Esercizi: a partire dalla specifica delle funzionalità astratte del sistema, il primo problema che spesso si pone è quello di selezionare l'architettura in cui tradurle, per poi procedere alla sintesi di tutti i componenti: hardware, software e interfacce di comunicazione. Gli esercizi proposti affrontano le diverse parti di questo processo.

Laboratorio: è previsto l'uso di sistemi di sviluppo per la realizzazione di applicazioni embedded, spaziando dal montaggio su board alla sintesi di componenti con FPGA, fino alla realizzazione dell'intero sistema su un singolo chip. La stesura di relazioni sulle esperienze di laboratorio può essere prodotta da collaborazioni di gruppo.

Seminari: a titolo sperimentale, alcune lezioni (circa 1/4 del totale) sono preparate e prodotte in forma seminariale da studenti; una lezione è dedicata alla pianificazione dei seminari. Nel periodo di esami è prevista una prova scritta di autovalutazione delle attività didattiche dell'insegnamento.

Esame orale, progetto (opzionale)

• obiettivi della valutazione
  • esame orale:
    valutazione del conseguimento degli obiettivi formativi
  • progetto opzionale:
    valutazione della maturità concettuale e scientifica nella pratica della disciplina
• colloqui orali
  • verifica dell'apprendimento critico della disciplina
  • valutazione del contributo a relazioni sulle esperienze di laboratorio
  • eventuale colloquio (opzionale) individuale sull'uso di concetti e metodi della disciplina in un progetto originale di laboratorio, concordato con il docente, che può essere realizzato in collaborazione con altri studenti

Il superamento dell'esame porta all'acquisizione di 9 crediti.

legenda: L = Lezione, E = Esercitazione, r = letture di riferimento, s = letture supplementari, i.# = nota integrativa #

1. Finalità e organizzazione dello studio.
       Introduzione al progetto di sistemi dedicati, codesign e sistemi embedded
   • L01: 10/03, r: VG.01, s: LS.01
2. Architetture e progettazione di sistemi dedicati
   • L02: 12/03, r: Sch.01, s: BF.01
3. Sistemi di controllo automatico: architetture, analisi, indici di qualità
   • L03: 17/03, r: AM.01, VG.09.1-2, s: LS.02
4. Introduzione alla programmazione dei microcontrollori
   • E01: 19/03
5. Conversione AD e DA, modulazione PWM, sensori, attuatori
   • L04: 24/03, r: M.3.1-2, M.3.6, VG.4.4, VG.4.7, s: VGM.13, Ba (i.1), BF.10.1-2, BF.13
6. Sistemi di controllo discreto LS, uso della trasformata Z
   • L05: 26/03, r: St.2.1-3, s: N.13
7. Programmazione di microcontrollori con timer e LED
   • E02: 31/03
8. Risposta dinamica di sistemi discreti, controllo PID
   • L06: 09/04, r: St.2.4-7, St.5.7, VG.09.3-7, s: Bi (i.2), VGM.12, We (i.3)
9. Modelli dataflow, flusso del controllo
   • L07: 14/04, r: Sch.02, s: LS.06.3, M.2.5
10. Programmazione di microcontrollori con timer e ADC
    • E03: 16/04
11. Realizzazione di modelli dataflow in software e in hardware
    • L08: 21/04, r: Sch.03, s: Sch.04
12. Controllo in velocità di un motore elettrico DC
    • E04: 23/04

Testi di riferimento

• N.B. Le parti dei testi raccomandate sono indicate nel programma, per ciascuna lezione, nella forma abbreviata A.C.S, dove: A = iniziali degli autori del testo, C = capitolo, S = sezione/i

P.R. Schaumont: A Practical Introduction to Hardware/Software Codesign
2nd Ed., Springer (2012)

P. Marwedel: Embedded System Design: Embedded Systems Foundations of Cyber-Physical Systems
2nd Edition. Springer (2011)

F. Vahid & T. Givargis: Embedded System Design: A Unified Hardware/Software Introduction
Wiley (2002)

G.P. Starr: Introduction to Applied Digital Control (link path to textbook: Faculty / Starr / ME 581 )
2nd Ed., ME 581 textbook, Dep't of Mechanical Engineering, University of New Mexico (2006)

D. Ibrahim PIC Microcontroller Projects in C
2nd Edition. Newnes, Elsevier (2014)

P. Wilson Design Recipes for FPGAs: Using Verilog and VHDL
1st Edition. Newnes, Elsevier (2007)

Libri di testo

C. Brandolese, W. Fornaciari: Sistemi embedded: sviluppo hardware e software per sistemi dedicati
Pearson, Milano (2007)

E.A. Lee & S.A. Seshia: Introduction to Embedded Systems - A Cyber-Physical Systems Approach
Ed. 1.5, Version 1.50 (2014)

R. Siegwart, I.R. Nourbakhsh, D. Scaramuzza: Introduction to Autonomous Mobile Robots
2nd Edition, The MIT Press (2011)

K.J. Åmström & R.M. Murray: Feedback Systems: An Introduction for Scientists and Engineers
v. 2.11b, Princeton University Press (2012) (liberamente disponibile su wiki del secondo autore a Caltech)

N.S. Nise: Control Systems Engineering
6th Edition, Wiley (2011)

F. Vahid, T. Givargis & B. Miller: Programming Embedded Systems: An Introduction to Time-Oriented Programming
Version 4.0. Uniworld (2012)

M. Wolf: Computers as components: Principles of embedded computing system design
3rd Edition, Morgan Kaufmann (2012)

Note integrative per consultazione

1. M. Barr: Introduction to Pulse Width Modulation, Embedded Systems Programming 12, Sep. 2001
2. R. Bickle: DC Motor Control Systems for Robot Applications, Jul. 2003
3. T. Wescott: PID without a PhD, Embedded Systems Programming 13, Oct. 2000

Eventuali altri materiali saranno indicati nel prosieguo delle lezioni

Le attività didattiche di laboratorio si sviluppano nell'ambito dell'ARS Lab

Esse consistono di una serie di esperienze sui seguenti argomenti:

• programmazione FPGA in VHDL
• specifica e sintesi di periferiche (PWM, Input capture, SPI, I2C)
• controllo di servo-motori (velocità e posizione)
• controllo di alto livello di sistemi robotici autonomi

Forum, Moodle, Galileo: cosa va dove?

• Forum: discussioni di
  • organizzazione dell'insegnamento, avvisi, FAQ
  • problemi con l'uso di servizi on-line, strumenti software ecc.
  • discussioni di idee di progetti di sistemi dedicati
• Moodle (servizi ad accesso riservato):
  • accesso a materiali didattici di supporto
  • sviluppo di problemi ed esercizi proposti
  • discussioni di tematiche pertinenti a lezioni, esperienze di laboratorio e materiali didattici
  • collaborazione di gruppo, consegna di relazioni sulle esperienze di laboratorio
  • segnalazione e discussione di eventuali errori nei materiali didattici (possono valere punti bonus !)
• Galileo:
  • sviluppo di progetti di sistemi dedicati
  • documentazione e distribuzione dei risultati nel pubblico dominio