Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Technika cyfrowa i układy programowalne
Tok studiów:
2014/2015
Kod:
IET-1-307-s
Wydział:
Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Elektronika i Telekomunikacja
Semestr:
3
Profil kształcenia:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma i tryb studiów:
Stacjonarne
Osoba odpowiedzialna:
Wiatr Kazimierz (wiatr@agh.edu.pl)
Osoby prowadzące:
dr inż. Dąbrowska-Boruch Agnieszka (adabrow@agh.edu.pl)
dr hab. inż. Jamro Ernest (jamro@agh.edu.pl)
Wiatr Kazimierz (wiatr@agh.edu.pl)
Krótka charakterystyka modułu

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć
Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Powiązania z EKK Sposób weryfikacji efektów kształcenia (forma zaliczeń)
Wiedza
M_W001 Student ma podstawową wiedzę w zakresie zasady działania podstawowych funkcji logicznych oraz sposobu ich realizacji w układach cyfrowych ET1A_W16, ET1A_W01 Egzamin,
Kolokwium
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 Egzamin,
Kolokwium
M_W003 Student zna i rozumie zasadę działania złożonych układów cyfrowych takich jak pamięci czy też układy programowalne ET1A_W05, ET1A_W12 Egzamin,
Kolokwium
Umiejętności
M_U001 Student potrafi zaprojektować, przeprowadzić symulację podstawowych układów cyfrowych, zbudować, uruchomić i przetestować zaprojektowany układ cyfrowy ET1A_U22, ET1A_U12, ET1A_U16 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_U002 Potrafi wykorzystać poznane metody projektowania układów cyfrowych a także symulacje komputerowe do analizy i oceny działania cyfrowych układów elektronicznych ET1A_U07 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_U003 Student potrafi opracować dokumentację dotyczącą realizacji zadania inżynierskiego i przygotować tekst zawierający omówienie wyników realizacji zadania ET1A_U03 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
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 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
Kompetencje społeczne
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 Zaangażowanie w pracę zespołu
Matryca efektów kształcenia w odniesieniu do form zajęć
Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Forma zajęć
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Inne
E-learning
Wiedza
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 + - + - - - - - - - -
Umiejętności
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) + - + - - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 Student ma świadomość odpowiedzialności za pracę własną, potrafi podporządkować się zasadom pracy w zespole oraz ma świadomość odpowiedzialności za wspólnie realizowane zadania - - + - - - - - - - -
Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład:

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.

Ćwiczenia audytoryjne:

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)

Ćwiczenia laboratoryjne:

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.

Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 174 godz
Punkty ECTS za moduł 6 ECTS
Udział w wykładach 42 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 45 godz
Udział w ćwiczeniach laboratoryjnych 28 godz
Przygotowanie sprawozdania, pracy pisemnej, prezentacji, itp. 15 godz
Przygotowanie do zajęć 30 godz
Udział w ćwiczeniach audytoryjnych 14 godz
Pozostałe informacje
Sposób obliczania oceny końcowej:

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)

Wymagania wstępne i dodatkowe:

Brak

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

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

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

Nie podano dodatkowych publikacji

Informacje dodatkowe:

Brak