Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Digital Electronics and Programmable Devices
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
IETE-1-307-s
Wydział:
Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Electronics and Telecommunications
Semestr:
3
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Angielski
Forma studiów:
Stacjonarne
Prowadzący moduł:
dr inż. Dąbrowska-Boruch Agnieszka (adabrow@agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

The module transmits knowledge in the field of construction, operating principles and design of digital circuits.

Opis efektów uczenia się dla modułu zajęć
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Powiązania z KEU Sposób weryfikacji i oceny efektów uczenia się osiągniętych przez studenta w ramach poszczególnych form zajęć i dla całego modułu zajęć
Wiedza: zna i rozumie
M_W001 Student has knowledge of describing and analyzing the operation of basic logical functions; knows the hardware platform and tools to design and simulate digital circuits ETE1A_W08, ETE1A_W01 Kolokwium,
Egzamin
M_W002 Student knows and understands principles of operation of complex digital components such as, memory, programmable devices, basic arithmetic modules ETE1A_W05 Kolokwium,
Egzamin
M_W003 Student has the ordered knowledge of propagation of digital signal, operation principles of digital electronic components; analog to digital, digital to analog converters ETE1A_W05 Kolokwium,
Egzamin
Umiejętności: potrafi
M_U001 Student can design, implement and test his own digital module. ETE1A_U12, ETE1A_U13, ETE1A_U09 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_U002 Student can compare the design of basic digital electronic systems and considering usability, power, speed, cost ETE1A_U12, ETE1A_U08 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_U003 Student can use the well-known methods, logical models and computer simulations for analysis and evaluation of the performance of digital electronic circuits ETE1A_U06 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_U004 Student can develop documentation on the engineering projects and prepares a texts containing an overview of the project results ETE1A_U04 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
Kompetencje społeczne: jest gotów do
M_K001 Student is aware of the responsibility for their own work and willingness to comply with the principles of working in a team and bearing responsibility for cooperative tasks ETE1A_K04 Zaangażowanie w pracę zespołu
Liczba godzin zajęć w ramach poszczególnych form zajęć:
SUMA (godz.)
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
84 42 14 28 0 0 0 0 0 0 0 0
Matryca kierunkowych efektów uczenia się w odniesieniu do form zajęć i sposobu zaliczenia, które pozwalają na ich uzyskanie
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Forma zajęć dydaktycznych
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Wiedza
M_W001 Student has knowledge of describing and analyzing the operation of basic logical functions; knows the hardware platform and tools to design and simulate digital circuits + + + - - - - - - - -
M_W002 Student knows and understands principles of operation of complex digital components such as, memory, programmable devices, basic arithmetic modules + - + - - - - - - - -
M_W003 Student has the ordered knowledge of propagation of digital signal, operation principles of digital electronic components; analog to digital, digital to analog converters + + + - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Student can design, implement and test his own digital module. - + + - - - - - - - -
M_U002 Student can compare the design of basic digital electronic systems and considering usability, power, speed, cost + - + - - - - - - - -
M_U003 Student can use the well-known methods, logical models and computer simulations for analysis and evaluation of the performance of digital electronic circuits - + + - - - - - - - -
M_U004 Student can develop documentation on the engineering projects and prepares a texts containing an overview of the project results - - + - - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 Student is aware of the responsibility for their own work and willingness to comply with the principles of working in a team and bearing responsibility for cooperative tasks - - + - - - - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 150 godz
Punkty ECTS za moduł 5 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 84 godz
Przygotowanie do zajęć 20 godz
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 15 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 30 godz
Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe 1 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (42h):

This module is delivered as lectures, exercises, laboratory.

Lectures
1. Boolean Algebra
Boolean algebra (axioms, selected theorems and definitions), logical functions, the canonical form of Boolean expressions, basic arithmetic operations, codes

2. Combinational circuits, gates
Definition of combinational logic, gates (types, structure, technologies, parameters, characteristics, connection of gates constructed in different technologies). Logic simplifications methods: Karnaugh Map, Quina-McMcuskey’a; hazards, multiplexers and demultiplexers.

3. Sequential circuits
Sequential logic – definition, types and parameters. Flip-flops, counters, registers, analysis of sequential logic, Moor and Mealy Finite State Machine (FSM), minimization of FSM, synchronous and asynchronous FSM, race condition, implementation of basic FSMs in the hardware description language, shift-registers.

4. Memory
Memory – types, structures and concept of operation: ROM/RAM, SRAM/DRAM. Typical read/write cycles for synchronous and asynchronous memories. Dual port memory, Specialized memories: FIFO (First-In First-Out), LUT (Look-Up Table).

5. Analog to Digital and Digital to Analog Converters
Converters – parameters. Structures and principle of operation for common converters: binary weighted DAC, R-2R (C-2C) ladder DAC, resistor string DAC, Flash ADC, single- dual-slope ADC, SAR ADC, Pulse-Width Modulation DAC, sigma-delta.

6. Programmable Devices
Programmable Devices – structure and principle of operation, PAL / GAL/ FPGA. Implementation of combinational and sequential logic in FPGAs. Dedicated modules incorporated in FPGAs: LUT, dedicated adders and multipliers, different memory types.

7. Propagation of digital signals in transmission lines
A response of transmission line on step function. Elimination of the reflections by a proper termination of a transmission line in digital modules. LVDS standard. Propagation of clock signals.

Ćwiczenia audytoryjne (14h):

Exercises:

1. Combinational circuit – Boolean algebra functions, the canonical form of Boolean functions, analysis of combinational circuits, minimization of Boolean functions, elimination of hazards in combinational circuits, designing of combinational and arithmetic circuits
2. Sequential circuits – flip-flop (timing, converting flip-flops), analysis and synthesis of basic sequential circuits (simple counter example), synthesis of Moore and Mealy FSM – minimization of FSM, the complete design of a sequential circuit
3. Test

Ćwiczenia laboratoryjne (28h):

Laboratory

1. Gates and Flip-Flops
Measurement of a true table, excitation table basic gates and flip-flops. Measurement of static and dynamic parameters of gates and flip-flops

2. Introduction to Computer Design
Editing digital circuit schematic: add elements such as gates, flip-flops and others, connecting elements using single lines and buses. Editing a hierarchical schematics. The schematic simulation: editing stimulus, analyzing simulation results. Synthesis and implementation on specific hardware platform elected designs.

3. Combinational logic
Design, simulation and implementation in FPGA an arbitrary selected combination logic or arithmetic unit.

4. Counters and registers
Design, simulation and implementation in FPGA an arbitrary selected counter or register.

5. Finite State Machine (FSM)
Design, simulation and implementation in FPGA an arbitrary selected FSM.

6. Memory
Design, simulation and implementation in FPGA an arbitrary selected memory unit.

7. AD DA converters
The measurement of selected parameters of the DAC. Getting familiar with the principle of operation (timing waveforms) of PWM and Sigma-Delta converters.

Pozostałe informacje
Metody i techniki kształcenia:
  • Wykład: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Ćwiczenia audytoryjne: Podczas zajęć audytoryjnych studenci na tablicy rozwiązują zadane wcześniej problemy. Prowadzący na bieżąco dokonuje stosowanych wyjaśnień i moderuje dyskusję z grupą nad danym problemem.
  • Ćwiczenia laboratoryjne: 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:

All laboratory exercises must end with a positive evaluation. Individual laboratory exercises will be verified by a test, report or project carried out during classes. Negative assessments should be corrected within the time agreed with the teacher.
The condition for getting a pass from the tutorial exercises is to get a positive grade from the test.

Zasady udziału w zajęciach:
  • Wykład:
    – Obecność obowiązkowa: Nie
    – Zasady udziału w zajęciach: 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.
  • Ćwiczenia audytoryjne:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci przystępując do ćwiczeń są zobowiązani do przygotowania się w zakresie wskazanym każdorazowo przez prowadzącego (np. w formie zestawów zadań). Ocena pracy studenta może bazować na wypowiedziach ustnych lub pisemnych w formie kolokwium, co zgodnie z regulaminem studiów AGH przekłada się na ocenę końcową z tej formy zajęć.
  • Ćwiczenia laboratoryjne:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: 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. Zaliczenie modułu jest możliwe po zaliczeniu wszystkich zajęć laboratoryjnych.
Sposób obliczania oceny końcowej:

In order to obtain a positive final evaluation a positive mark of laboratory, exercises and exam must be obtained.
The final mark is a weighted average of labaratory (40%), exercises (20%) and exam (40%).
The final mark OK is equal:
OK= [average[ (rounded up to the nearest half degree) – provided that student obtained all positive marks in the first term.
OK= [average] (rounded down to the nearest half degree) – provided that student obtained all positive marks in the second term.
OK= 3.0 – student obtained positive marks in the third term

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

The catching-up will take place on the date agreed with the teacher.

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :

Non

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

www.fpga.agh.edu.pl/tc/en, www.wikipedia.org (English version) and other links given in the lectures.
A. K. Maini, Digital Electronics, Principle, Devices and Applications, Wiley, Indie, 2007
F. Vahid Digital Design, USA, Wiley 2007

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

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.

Informacje dodatkowe:

During the lectures, the student is encouraged to actively participate by asking questions and participation in gamification (Kahoot application – www.kahoot.com or the application for Android and iOS systems).