Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Technika cyfrowa i układy programowalne
Course of study:
2014/2015
Code:
IET-1-307-s
Faculty of:
Computer Science, Electronics and Telecommunications
Study level:
First-cycle studies
Specialty:
-
Field of study:
Electronics and Telecommunications
Semester:
3
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Responsible teacher:
Wiatr Kazimierz (wiatr@agh.edu.pl)
Academic teachers:
dr inż. Dąbrowska-Boruch Agnieszka (adabrow@agh.edu.pl)
dr hab. inż. Jamro Ernest (jamro@agh.edu.pl)
Wiatr Kazimierz (wiatr@agh.edu.pl)
Module summary

Description of learning outcomes for module
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Connections with FLO Method of learning outcomes verification (form of completion)
Social competence
M_K001 Student ma świadomość odpowiedzialności za pracę własną, potrafi podporządkować się zasadom pracy w zespole oraz ma świadomość odpowiedzialności za wspólnie realizowane zadania ET1A_K04 Involvement in teamwork
Skills
M_U001 Student potrafi zaprojektować, przeprowadzić symulację podstawowych układów cyfrowych, zbudować, uruchomić i przetestować zaprojektowany układ cyfrowy ET1A_U22, ET1A_U12, ET1A_U16 Execution of laboratory classes
M_U002 Potrafi wykorzystać poznane metody projektowania układów cyfrowych a także symulacje komputerowe do analizy i oceny działania cyfrowych układów elektronicznych ET1A_U07 Execution of laboratory classes
M_U003 Student potrafi opracować dokumentację dotyczącą realizacji zadania inżynierskiego i przygotować tekst zawierający omówienie wyników realizacji zadania ET1A_U03 Execution of laboratory classes
M_U004 Potrafi sformułować specyfikację prostych systemów cyfrowych, porównać rozwiązania projektowe cyfrowych układów elektronicznych ze względu na zadane kryteria użytkowe i ekonomiczne (pobór mocy, szybkość działania, koszt) ET1A_U15, ET1A_U09 Execution of laboratory classes
Knowledge
M_W001 Student ma podstawową wiedzę w zakresie zasady działania podstawowych funkcji logicznych oraz sposobu ich realizacji w układach cyfrowych ET1A_W16, ET1A_W01 Examination,
Test
M_W002 Student ma podstawową wiedzę w zakresie propagacji sygnału cyfrowego w rzeczywistych układach, oraz w jaki sposób realizowana jest konwersja sygnału cyfrowego na analogowy lub analogowego na cyfrowy ET1A_W05, ET1A_W12 Examination,
Test
M_W003 Student zna i rozumie zasadę działania złożonych układów cyfrowych takich jak pamięci czy też układy programowalne ET1A_W05, ET1A_W12 Examination,
Test
FLO matrix in relation to forms of classes
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Form of classes
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Others
E-learning
Social competence
M_K001 Student ma świadomość odpowiedzialności za pracę własną, potrafi podporządkować się zasadom pracy w zespole oraz ma świadomość odpowiedzialności za wspólnie realizowane zadania - - + - - - - - - - -
Skills
M_U001 Student potrafi zaprojektować, przeprowadzić symulację podstawowych układów cyfrowych, zbudować, uruchomić i przetestować zaprojektowany układ cyfrowy - + + - - - - - - - -
M_U002 Potrafi wykorzystać poznane metody projektowania układów cyfrowych a także symulacje komputerowe do analizy i oceny działania cyfrowych układów elektronicznych - + + - - - - - - - -
M_U003 Student potrafi opracować dokumentację dotyczącą realizacji zadania inżynierskiego i przygotować tekst zawierający omówienie wyników realizacji zadania - - + - - - - - - - -
M_U004 Potrafi sformułować specyfikację prostych systemów cyfrowych, porównać rozwiązania projektowe cyfrowych układów elektronicznych ze względu na zadane kryteria użytkowe i ekonomiczne (pobór mocy, szybkość działania, koszt) + - + - - - - - - - -
Knowledge
M_W001 Student ma podstawową wiedzę w zakresie zasady działania podstawowych funkcji logicznych oraz sposobu ich realizacji w układach cyfrowych + + + - - - - - - - -
M_W002 Student ma podstawową wiedzę w zakresie propagacji sygnału cyfrowego w rzeczywistych układach, oraz w jaki sposób realizowana jest konwersja sygnału cyfrowego na analogowy lub analogowego na cyfrowy + + + - - - - - - - -
M_W003 Student zna i rozumie zasadę działania złożonych układów cyfrowych takich jak pamięci czy też układy programowalne + - + - - - - - - - -
Module content
Lectures:

Zajęcia w ramach modułu prowadzone są w postaci wykładu (45h), ćwiczeń (15h), laboratorium (30h).

Wykłady
1. Propagacja sygnałów cyfrowych w układach RLC i linii długiej (3h)
Odpowiedz układów RC (całkującego, różniczkowego, sondy oscyloskopowej) oraz RLC na pobudzenie impulsem skoku jednostkowego lub fali prostokątnej. Odpowiedz linii długiej na skok jednostkowy. Eliminacja odbić poprzez dopasowanie linii długiej i sposoby realizacji dopasowania w układach cyfrowych.

2. Podstawowe zagadnienia techniki cyfrowej (3h)
Algebra Boole’a (aksjomaty, wybrane twierdzenia i definicje), funkcje logiczne, postacie kanoniczne funkcji, działania arytmetyczne, kody

3. Układy kombinacyjne (8h)
Definicja układu kombinacyjnego, funktory logiczne, fizyczna realizacja funktorów (rodzaje, technologia wykonania, parametry, charakterystyki), zasady łączenia układów wykonanych w różnych technologiach, minimalizacja funkcji logicznych (tablice Karnaugh, algorytm Quina-McMcuskey’a), hazardy w układach kombinacyjnych, rodzaje układów kombinacyjnych, multipleksery i demultipleksety.

4. Układy sekwencyjne ­(10h)
Definicja układu sekwencyjnego, rodzaje i parametry układów sekwencyjnych (przerzutniki, liczniki, rejestry), wyścigi logiczne, konwersja przerzutników, analiza układów sekwencyjnych, automaty Moore’a i Mealy’ego (definicja, synteza automatu, konwersja automatów), kodowanie stanów automatu, minimalizacja stanów wewnętrznych automatu, automaty asynchroniczne, pojęcie gonitwy krytycznej i niekrytycznej, realizacje prostych układów sekwencyjnych w języku opisu sprzętu, rejestry przesuwne.

5. Pamięci (4h)
Rodzaje pamięci, ich budowa i zasada działania: ROM/RAM, SRAM/DRAM. Typowy przebieg zapisu i odczytu pamięci asynchronicznej i synchronicznej. Pamięci dwuportowe. Pamięci specjalizowane FIFO (First-In First-Out, LUT (Look Up Table)).

6. Przetworniki Analogowo-Cyfrowe i Cyfrowo-Analogowe (5h)
Parametry przetworników analogowo-cyfrowych i cyfrowo-analogowych. Architektura i zasada działania podstawowych przetworników: z rezystorami wagowymi, drabinka R-2R (C-2C), łańcuchem rezystorów, Flash, z pojedynczym i podwójnym całkowaniem, kompensacyjny, PWM, sigma-delta.

7. Układy Programowalne (6h)
Budowa i zasada działania układów PAL/GAL oraz układów FPGA. Sposoby realizacji logiki kombinacyjnej oraz sekwencyjnej w układach FPGA. Podstawowe moduły wbudowane w układy FPGA: pamięci LUT, dedykowane moduły dodające i mnożące, różne rodzaje pamięci.

Auditorium classes:

Ćwiczenia:

1. Układy kombinacyjne (4h) – rozwiązywanie zadań dotyczących algebry Boole’a, funkcji logicznych, postaci kanonicznych funkcji, funktorów logicznych, analizy układów kombinacyjnych, minimalizacji funkcji logicznych, eliminacji hazardów w układach kombinacyjnych, projektowanie układów kombinacyjnych i arytmetycznych
2. Układy sekwencyjne (9h) – rozwiązywanie zadań dotyczących przerzutników (przebiegi czasowe, konwersja przerzutników), analiza i synteza prostych układów sekwencyjnych na przykładzie liczników, rozwiązywanie zadań dotyczących syntezy automatów Moore’a i Mealy’ego oraz minimalizacji stanów automatów, kompletny projekt układu sekwencyjnego
3. Kolokwium (2h)

Laboratory classes:

Laboratorium

1. Propagacja sygnałów cyfrowych w układach RLC i linii długiej (3h)
Zapoznanie się z zasadą działania generatorów oraz oscyloskopów dostępnych w ramach laboratorium. Odpowiedz układów RC (całkującego, różniczkowego, sondy skompensowanej) oraz RLC na pobudzenie impulsem skoku jednostkowego lub fali prostokątnej. Odpowiedz linii długiej na skok jednostkowy. Eliminacja odbić poprzez dopasowanie linii długiej, pomiar impedancji charakterystycznej linii długiej.

2. Bramki oraz przerzutniki (3h)
Pomiar tabeli praw i przejść podstawowych bramek i przerzutników. Pomiar parametrów statycznych i dynamicznych bramek i przerzutników.

3. Wprowadzenie do komputerowego projektowania (6h)
Edycja schematu układu cyfrowego: dodawanie elementów bramek, przerzutników i innych elementów bibliotecznych, łączenie elementów za pomocą pojedynczych linii i magistral. Edycja schematu hierarchicznego. Symulacja schematu, wprowadzanie wymuszeń, analiza wyników symulacji. Synteza i implementacja przykładowego projektu na konkretnej platformie sprzętowej.

4. Układy kombinacyjne (3h)
Projekt, symulacja i implementacja w układach FPGA wylosowanego układu kombinacyjnego lub arytmetycznego.

5. Liczniki i rejestry (3h)
Projekt, symulacja i implementacja w układach FPGA wylosowanego układu licznika lub rejestru.

6. Automaty (3h)
Projekt, symulacja i implementacja w układach FPGA wylosowanego układu automatu (FSM).

7. Pamięci (3h)
Projekt, symulacja i implementacja w układach FPGA wylosowanego modułu pamięci.

8. Przetworniki AC i CA (3h)
Pomiar wybranych parametrów przetwornika cyfrowo-analogowego. Zapoznanie się z zasadą działania (obserwacja przebiegów czasowych) przetworników PWM oraz Sigma-Delta.

Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 174 h
Module ECTS credits 6 ECTS
Participation in lectures 42 h
Realization of independently performed tasks 45 h
Participation in laboratory classes 28 h
Preparation of a report, presentation, written work, etc. 15 h
Preparation for classes 30 h
Participation in auditorium classes 14 h
Additional information
Method of calculating the final grade:

Warunkiem uzyskania pozytywnej oceny końcowej jest uzyskanie pozytywnej oceny z laboratorium, ćwiczeń oraz egzaminu.
Ocena końcowa jest średnią (śr) ważoną ocen z laboratorium (40%), ćwiczeń (20%) oraz egzaminu (40%).
Ocena końcowa OK jest równa
OK = śr (jest zaokrąglana w górę do połowy stopnia) – pod warunkiem, że student uzyskał wszystkie zaliczenia w pierwszym terminie.
OK = śr (jest zaokrąglana w dół do połowy stopnia) – pod warunkiem, że student uzyskał zaliczenia w drugim terminie.
OK = 3.0 – pod warunkiem, że student uzyskał zaliczenie w trzecim terminie (do średniej wliczane są wtedy oceny niedostateczne z terminu 1 i 2 – w takim wypadku średnia ocena w najbardziej optymistycznym wariancie będzie mniejsza od oceny 3.5)

Prerequisites and additional requirements:

Brak

Recommended literature and teaching resources:

Materiały zamieszczone na stronie www.fpga.agh.edu.pl/tc, www.wikipedia.org (szczególnie wersja angielska) i inne linki podane na wykładzie.
A. K. Maini, Digital Electronics, Principle, Devices and Applications, Wiley, Indie, 2007
F. Vahid Digital Design, USA, Wiley 2007
S. Sławiński – Technika impulsowa
S. Kuta, Elementy i układy elektroniczne. Cz. II
J. Kalisz, Podstawy elektroniki cyfrowej (wydanie trzecie)
M. Łakomy, J. Zabrodzki, Cyfrowe układy scalone

Scientific publications of module course instructors related to the topic of the module:

Additional scientific publications not specified

Additional information:

None