Podstawy techniki cyfrowej

103000 - Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych

PTCY

2

Celem przedmiotu jest przedstawienie metod projektowania układów cyfrowych począwszy od układów podstawowych po układy złożone o znacznym stopniu integracji. Studenci są zapoznawani z podstawami logiki binarnej, układami kombinacyjnymi, sekwencyjnymi, układami logiki programowalnej, a także nabywają umiejętności wykorzystania różnych układów do projektowania złożonych struktur cyfrowych. Ponadto omawiane są podstawowe zagadnienia arytmetyki komputerowej.

Celem przedmiotu jest przedstawienie metod projektowania układów cyfrowych począwszy od układów podstawowych po układy złożone o znacznym stopniu integracji. Studenci są zapoznawani z podstawami logiki binarnej, układami kombinacyjnymi, sekwencyjnymi, układami logiki programowalnej, a także nabywają umiejętności wykorzystania różnych układów do projektowania złożonych struktur cyfrowych. Ponadto omawiane są podstawowe zagadnienia arytmetyki komputerowej.

Treść wykładu

1. Organizacja przedmiotu. Cel i zakres przedmiotu, powiązania z innymi przedmiotami. Algebra Boole’a. Funkcje logiczne. Sposoby przedstawiania funkcji: tabela prawdy, postać algebraiczna, postać dziesiętna, mapa Karnaugha. Bramki logiczne. Minimalizacja prostych układów na mapie Karnaugha, zestawy funkcjonalnie pełne.
2. Układy kombinacyjne. Projektowanie na bramkach NAND i NOR, projektowanie układów wielowyjściowych, układy iteracyjne.
3. Minimalizacja CAD (metoda Quine’a - McCluskey’a). Podstawy testowania układów cyfrowych.
4. Bloki funkcjonalne: dekodery, kodery, multipleksery i demultipleksery, komparatory i sumatory.
5. Układy sekwencyjne: rodzaje automatów i ich przeznaczenie, metody opisu, automaty elementarne. Projektowanie prostego automatu. Automaty niezupełne.
6. Algorytm projektowania układów synchronicznych. Minimalizacja liczby stanów. Kodowanie stanów.
7. Sekwencyjne bloki funkcjonalne: rejestry i liczniki. Układy czasowe: multiwibratory.
8. Automaty asynchroniczne, zjawiska występujące w automatach: wyścig i hazard.
9. Algorytm projektowania automatów asynchronicznych. Minimalizacja liczby stanów, kodowanie, eliminacja hazardów.
10. Układy GAL i FPGA. Języki opisu sprzętu HDL.
11. Kody liczbowe stałopozycyjne (ZM, U1, U2, polaryzowane).
12. Podstawy arytmetyki komputerowej.
13. Systemy sterowania i przetwarzania danych. Układ operacyjny i sterujący.
14. Układy mikroprogramowane.
15. Przykład złożonego systemu cyfrowego (np. realizacja działań arytmetycznych w strukturze mikroprogramowanej).

Zakres laboratorium

1. Podstawowe układy kombinacyjne.
2. Układy iteracyjne i wielowyjściowe, układy na multiplekserach.
3. Sekwencyjne układy synchroniczne.
4. Komputerowe wspomaganie projektowania układów cyfrowych (FPGA, HDL).
5. Sekwencyjne układy asynchroniczne.
6. Układy mikroprogramowane.

• Wakerly J. F.: Digital Design. Principles and Practices, Prentice Hall, Upper Saddle River, 2000.
• Zieliński C.: Podstawy projektowania układów cyfrowych, PWN, Warszawa, 2003.
• Skorupski A.: Podstawy techniki cyfrowej, WKŁ, Warszawa, 2004.
• Chabko K., Gracki K., Pawłowski M., Raczkowski J., Skorupski A., Szymański Z.: Projektowanie układów cyfrowych, OWPW, Warszawa, 2017.

Sprawdzanie założonych efektów kształcenia realizowane jest przez:

• ocenę wiedzy i umiejętności związanych z realizacją zadań laboratoryjnych – ocenę poprawności działania zaprojektowanych układów oraz sprawozdań z realizacji poszczególnych zadań;
• ocenę wiedzy i umiejętności wykazanych na egzaminie pisemnym o charakterze problemowym oraz – w przypadkach szczególnych – na egzaminie ustnym.