Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Technika cyfrowa
Course of study:
2019/2020
Code:
HNKT-1-311-s
Faculty of:
Humanities
Study level:
First-cycle studies
Specialty:
-
Field of study:
Nowoczesne technologie w kryminalistyce
Semester:
3
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Responsible teacher:
dr inż. Dąbrowska-Boruch Agnieszka (adabrow@agh.edu.pl)
Module summary

W ramach modułu przekazywana jest wiedza z zakresu budowy, zasad działania i projektowania układów cyfrowych.

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: is able to
M_K001 Student ma świadomość odpowiedzialności za pracę własną, potrafi podporządkować się zasadom pracy w zespole oraz ma świadomość odpowiedzialności za wspólnie realizowane zadania NKT1A_K01, NKT1A_K02 Completion of laboratory classes
Skills: he can
M_U001 Student potrafi opracować dokumentację dotyczącą realizacji zadania inżynierskiego i przygotować tekst zawierający omówienie wyników realizacji zadania NKT1A_U04, NKT1A_U06, NKT1A_U08 Execution of laboratory classes,
Report
M_U002 Potrafi sformułować specyfikację prostych systemów cyfrowych, porównać rozwiązania projektowe cyfrowych układów elektronicznych ze względu na zadane kryteria użytkowe NKT1A_U04, NKT1A_U06 Execution of laboratory classes
M_U003 Potrafi wykorzystać poznane metody projektowania układów cyfrowych a także symulacje komputerowe do analizy i oceny działania cyfrowych układów elektronicznych. Student potrafi zaprojektować, przeprowadzić symulację podstawowych układów cyfrowych, zbudować, uruchomić i przetestować zaprojektowany układ cyfrowy NKT1A_U04, NKT1A_U05 Execution of laboratory classes
Knowledge: he knows and understands
M_W001 Student zna i rozumie zasadę działania złożonych układów cyfrowych takich jak pamięci czy też układy programowalne NKT1A_W03 Execution of laboratory classes,
Report,
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 NKT1A_W03 Execution of laboratory classes,
Report,
Test
M_W003 Student ma podstawową wiedzę w zakresie zasady działania podstawowych funkcji logicznych oraz sposobu ich realizacji w układach cyfrowych NKT1A_W03 Execution of laboratory classes,
Report,
Test
Number of hours for each form of classes:
Sum (hours)
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
56 28 0 28 0 0 0 0 0 0 0 0
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
Prace kontr. przejść.
Lektorat
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 opracować dokumentację dotyczącą realizacji zadania inżynierskiego i przygotować tekst zawierający omówienie wyników realizacji zadania - - + - - - - - - - -
M_U002 Potrafi sformułować specyfikację prostych systemów cyfrowych, porównać rozwiązania projektowe cyfrowych układów elektronicznych ze względu na zadane kryteria użytkowe + - + - - - - - - - -
M_U003 Potrafi wykorzystać poznane metody projektowania układów cyfrowych a także symulacje komputerowe do analizy i oceny działania cyfrowych układów elektronicznych. Student potrafi zaprojektować, przeprowadzić symulację podstawowych układów cyfrowych, zbudować, uruchomić i przetestować zaprojektowany układ cyfrowy - - + - - - - - - - -
Knowledge
M_W001 Student zna i rozumie zasadę działania złożonych układów cyfrowych takich jak pamięci czy też układy programowalne + - + - - - - - - - -
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 ma podstawową wiedzę w zakresie zasady działania podstawowych funkcji logicznych oraz sposobu ich realizacji w układach cyfrowych + - + - - - - - - - -
Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 107 h
Module ECTS credits 4 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 56 h
Preparation for classes 14 h
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 14 h
Realization of independently performed tasks 18 h
Contact hours 5 h
Module content
Lectures (28h):

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

2. Układy kombinacyjne
Definicja układu kombinacyjnego, funktory logiczne, zasady łączenia układów wykonanych w różnych technologiach, minimalizacja funkcji logicznych (tablice Karnaugh), rodzaje układów kombinacyjnych, multipleksery i demultipleksety. Realizacja funkcji kombinacyjnych w języku VHDL.

3. Układy sekwencyjne
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), minimalizacja stanów wewnętrznych automatu, realizacje prostych układów sekwencyjnych w języku opisu sprzętu, rejestry przesuwne. Realizacja funkcji sekwencyjnych w języku VHDL.

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

5. Przetworniki Analogowo-Cyfrowe i Cyfrowo-Analogowe
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.

6. Podstawy języka opisu sprzętu VHDL
Podstawowa składnia języka VHDL, przykłady projektów. Projektowanie hierarchiczne. Symulowanie projektów w VHDL.

7. Układy Programowalne
Budowa i zasada działania układów PAL/GAL, CPLD 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, dystrybucja sygnału zegarowego, linia długa, standard LVDS.

Laboratory classes (28h):

1. Bramki oraz przerzutniki
Pomiar tabeli praw i przejść podstawowych bramek i przerzutników. Pomiar parametrów statycznych i dynamicznych bramek i przerzutników.

2. Wprowadzenie do komputerowego projektowania
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.

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

4. Liczniki i rejestry
Projekt, symulacja i implementacja w układach FPGA wylosowanego układu licznika lub rejestru.

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

6. Pamięci
Projekt, symulacja i implementacja w układach FPGA wylosowanego modułu pamięci.

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

Additional information
Teaching methods and techniques:
  • Lectures: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Laboratory classes: W trakcie zajęć laboratoryjnych studenci samodzielnie rozwiązują zadany problem praktyczny, dobierając odpowiednie narzędzia. Prowadzący stymuluje grupę do refleksji nad problemem, tak by otrzymane wyniki miały wysoką wartość merytoryczną.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

Wszystkie ćwiczenia laboratoryjne muszą zakończyć się oceną pozytywną. Poszczególe ćwiczenia laboratoryjne będą weryfikowane poprzez kolokwium, sprawozdanie lub projekt wykonywany w trakcie zajęć. Oceny negatywne należy poprawić w terminie ustalonym z prowadzącym.

Participation rules in classes:
  • Lectures:
    – Attendance is mandatory: No
    – Participation rules in classes: Studenci uczestniczą w zajęciach poznając kolejne treści nauczania zgodnie z syllabusem przedmiotu. Studenci winni na bieżąco zadawać pytania i wyjaśniać wątpliwości. Rejestracja audiowizualna wykładu wymaga zgody prowadzącego.
  • Laboratory classes:
    – Attendance is mandatory: Yes
    – Participation rules in classes: Studenci wykonują ćwiczenia laboratoryjne zgodnie z materiałami udostępnionymi przez prowadzącego. Student jest zobowiązany do przygotowania się w przedmiocie wykonywanego ćwiczenia, co może zostać zweryfikowane kolokwium w formie ustnej lub pisemnej. Zaliczenie zajęć odbywa się na podstawie zaprezentowania rozwiązania postawionego problemu.
Method of calculating the final grade:

Warunkiem uzyskania pozytywnej oceny końcowej jest uzyskanie pozytywnej oceny z ćwiczeń laboratoryjnych. Ocena końcowa odpowiada ocenie z ćwiczeń laboratoryjnych.

Sposób i tryb wyrównywania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach:

Odrabianie zaległości odbywać się będzie w terminie ustalonym z prowadzącym.

Prerequisites and additional requirements:

Prerequisites and additional requirements not specified

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:

Architektury zaawansowanych układów arytmetycznych w sprzętowych systemach rekonfigurowalnych, Ernest JAMRO. — Kraków : Wydawnictwa AGH, 2013.

Implementation of a RANLUX based pseudo-random number generator in FPGA using VHDL and Impulse C, Agnieszka DĄBROWSKA-BORUCH, Grzegorz GANCARCZYK, Kazimierz WIATR, Computing and Informatics, Slovak Academy of Sciences. Institute of Informatics — 2013 vol. 32 no. 6, s. 1272–1292.

A custom co-processor for the discovery of low autocorrelation binary sequences, Paweł RUSSEK, Michał KARWATOWSKI, Ernest JAMRO, Kazimierz WIATR, Measurement, Automation, Monitoring, 2016 vol. 62 no. 5, s. 154–156.

Additional information:

Zajęcia są prowadzone z wykorzystaniem innowacyjnych metod dydaktycznych opracowanych w projekcie POWR.03.04.00-00-D002/16, realizowanym w latach 2017-2019 na Wydziale Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji w ramach Programu Operacyjnego Wiedza Edukacja Rozwój 2014-2020.