Rok akademicki: 2030/2031 Kod: EIT s Punkty ECTS: 4. Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: -

Transkrypt

1 Nazwa modułu: Podstawy elektroniki cyfrowej Rok akademicki: 2030/2031 Kod: EIT s Punkty ECTS: 4 Wydział: Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej Kierunek: Informatyka Specjalność: - Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: - Język wykładowy: Polski Profil kształcenia: Ogólnoakademicki (A) Semestr: 3 Strona www: Osoba odpowiedzialna: dr inż. Kołek Krzysztof (kko@agh.edu.pl) Osoby prowadzące: dr inż. Kołek Krzysztof (kko@agh.edu.pl) Piątek Marcin (mpi@agh.edu.pl) dr inż. Marchewka Dariusz (dmar@agh.edu.pl) dr inż. Piątek Paweł (ppi@agh.edu.pl) 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 Zna i potrafi zanalizować na podstawie schematu działanie układu cyfrowego zbudowanego z elementów małej i średniej skali integracji M_W002 Zna i rozumie zasady pracy oraz użytkowania układów rekonfigurowalnych M_W003 Zna i rozumie zasady przetwarzania A/C i C/A M_W004 Zna i rozumie podstawowe tryby pracy, zasady interfejsowania oraz oprogramowania współczesnych procesorów Umiejętności M_U001 Potrafi zaprojektować układ cyfrowy o zadaj funkcjonalności w oparciu o elementy małej i średniej skali integracji IT1A_U15, IT1A_U19 M_U002 Potrafi skonfigurować układ rekonfigurowalny IT1A_U15, IT1A_U19, IT1A_U21 1 / 5

2 M_U003 Potrafi podłączyć do systemu procesorowego układy peryferyjne IT1A_U15, IT1A_U19 M_U004 Zna oraz potrafi oprogramować procesor w języku asembler IT1A_U21 Kompetencje społeczne M_K001 Zna rolę systemów cyfrowych w aktualnym kontekście techniki oraz ich wpływ na społeczeństwo IT1A_K02, IT1A_K04, IT1A_K06 Matryca efektów kształcenia w odniesieniu do form zajęć Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Forma zajęć Wykład audytoryjne laboratoryjne projektowe Konwersatori um seminaryjne praktyczne Inne terenowe E-learning Wiedza M_W001 M_W002 M_W003 M_W004 Umiejętności M_U001 M_U002 M_U003 M_U004 Zna i potrafi zanalizować na podstawie schematu działanie układu cyfrowego zbudowanego z elementów małej i średniej skali integracji Zna i rozumie zasady pracy oraz użytkowania układów rekonfigurowalnych Zna i rozumie zasady przetwarzania A/C i C/A Zna i rozumie podstawowe tryby pracy, zasady interfejsowania oraz oprogramowania współczesnych procesorów Potrafi zaprojektować układ cyfrowy o zadaj funkcjonalności w oparciu o elementy małej i średniej skali integracji Potrafi skonfigurować układ rekonfigurowalny Potrafi podłączyć do systemu procesorowego układy peryferyjne Zna oraz potrafi oprogramować procesor w języku asembler Kompetencje społeczne 2 / 5

3 M_K001 Zna rolę systemów cyfrowych w aktualnym kontekście techniki oraz ich wpływ na społeczeństwo Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć) Wykład Układy analogowe w technice cyfrowej (2 godziny) Bierne układy elektroniczne, dioda, dioda Zenera, tranzystor bipolarny, polaryzacja, praca tranzystora e roli klucza, wzmacniacz operacyjny. Układy scalone rodziny TTL. Bramki logiczne (2 godziny) Budowa oraz charakterystyka układów rodziny TTL, parametry elektryczne, parametry czasowe, zasady dołączania do sygnałów zewnętrznych, podstawowe bramki logiczne. Przerzutniki oraz rejestry (2 godziny) Przerzutniki D, JK oraz T, rejestry równoległe oraz szeregowe, układy zerowania oraz wpisu równoległego. Liczniki, multipleksery oraz dekodery (2 godziny) Kody stosowane w technice cyfrowej, liczniki binarne synchroniczne oraz asynchroniczne, liczniki BCD, licznik Johnsona. Przerzutniki monostabilne, generatory, pętla synchronizacji fazy (2 godziny) Scalone przerzutniki monostabilne z zewnętrznym układem RC, generatory, generator kwarcowy, pętla synchronizacji fazy. Układy scalone CMOS (2 godziny) Tranzystory CMOS, podstawowe parametry elektryczne układów CMOS, rodziny układów CMOS, bramki logiczne, bramki analogowe. Pamięci półprzewodnikowe (2 godziny) Hierarcha oraz podstawowe parametry pamięci, architektura pamięci półprzewodnikowych, pamięci ROM, EPROM, EEPROM, RAM, SRAM, DRAM, SDRAM, DDR, podstawowe przebiegi czasowe oraz tryby pracy, pamięć FLASH, pamięć notatnikowa, pamięć wirtualna. Uruchamianie oraz testowanie układów scalonych (2 godziny) Zasady uruchamiania układów cyfrowych, protokół JTAG architektura układów zgodnych z JTAG, obligatoryjne rozkazy protokołu. Rekonfigurowalne układy scalone (2 godziny) Architektury układów SPLD, CPLD oraz FPGA. Podstawowe bloki układów FPGA: bloki wejścia/wyjścia, kombinacyjne bloki logiczne, macierze połączeniowe, dystrybucja sygnałów zegarowych, pamięci dwuportowe. Obszary zastosowania układów rekonfigurowalnych. Język opisu sprzętu VHDL (2 godziny) Typy danych, blok entiry, blok architecture, elementy składniowe języka VHDK, równoległa i sekwencyjna realizacja opisu sprzętu, przykłady implementacji bloków cyfrowych. Podsumowanie zasad funkcjonowania bloków cyfrowych (2 godziny) 3 / 5

4 Omówienie funkcjonalności bloków cyfrowych (bramki, przerzutniki, rejestr, liczniki multipleksery, demultipleksery, enkodery, przerzutniki i generatory) oraz opis ich zachowania w języku VHDL. Przetwarzanie cyfrowo-analogowe oraz analogowo-cyfrowe (4 godziny) Ogólna struktura komputerowego systemu pomiarowo-sterującego, źródła napięć referencyjnych, zastosowanie wzmacniaczy operacyjnych, klucze analogowe, układy próbkująco-pamiętające, izolacja galwaniczna, charakterystyki przetworników, ogólna struktura przetwornika C/A, przetworniki C/A z rezystorami wagowymi oraz z drabinką R-2R, sygnał PWM, przetwarzanie napięcie-częstotliwość, całkujące przetworniki A/C, przetworniki A/C z aproksymacją wagową oraz równomierną, przebiegi sygnałów sterujących przetworniki, przetworniki A/C równoległe oraz szeregowo-równoległe, przetworniki sigma-delta, tryby współpracy przetworników A/C z procesorem. Mikrokontroler 8051 (4 godziny) Mikroprocesor a mikrokontroler, systemy wbudowane, architektura 8051, wyprowadzenia kontrolera 8051, pamięć danych i programu, rejestry, stos, przerwania, rejestry specjalne, lista rozkazów, wspomagające oprogramowanie narzędziowe, przykładowe programy w języku asembler, podłączanie 8051 do cyfrowych sygnałów we/wy, podłączanie 8051 do przetworników A/C i C/A schematy oraz przykładowe programy, rozszerzenia układowe. laboratoryjne Wprowadzenie do laboratorium. Omówienie zasad przeprowadzania laboratorium, prezentacja sprzętu oraz oprogramowania wykorzystywanego podczas ćwiczeń laboratoryjnych (3 godziny) Bramki cyfrowe i przerzutniki Bramki cyfrowe i przerzutniki (3 godziny). Montaż oraz uruchomienie układu prezentującego działanie bloków Wyświetlacze siedmiosegmentowe, dekodery i rejestry Wyświetlacze siedmiosegmentowe, dekodery i rejestry (3 godziny). Montaż oraz uruchomienie układu prezentującego działanie bloków Liczniki Liczniki (3 godziny). Montaż oraz uruchomienie układu prezentującego działanie liczników Multipleksery, demultipleksery i bramka trójstanowa Multipleksery, demultipleksery i bramka trójstanowa (3 godziny). Montaż oraz uruchomienie układu prezentującego działanie bloków Procesor 8051 i programowanie w asemblerze Procesor 8051 i programowanie w asemblerze wprowadzenie (3 godziny). Zapoznanie z laboratoryjnym układem mikrokontrolera Procesor 8051 i programowanie w asemblerze Procesor 8051 i programowanie w asemblerze projekt do samodzielnej implementacji (3 godziny) Układy FPGA i programowanie w języku VHDL Układy FPGA i programowanie w języku VHDL wprowadzenie (3 godziny). Zapoznanie z laboratoryjnymi układami FPGA Układy FPGA i programowanie w języku VHDL Układy FPGA i programowanie w języku VHDL projekt do samodzielnej implementacji 4 / 5

5 (3 godziny) Zaliczenie zajęć Zaliczenie zajęć (3 godziny) kolokwium zaliczeniowe Sposób obliczania oceny końcowej Oceną końcową jest ocena z laboratorium. Wymagania wstępne i dodatkowe Prawa fizyczne opisujące działanie opornika, kondensatora oraz indukcyjności; podstawy algebry Boolowska Zalecana literatura i pomoce naukowe 1. Pieńkoś J., Turczyński J.: Układy scalone TTL w systemach cyfrowych, WKiŁ, Warszawa, Łuba T., Jasiński K., Zbierzchowski B.: Specjalizowane układy cyfrowe w strukturach PLD i FPGA, WKŁ, Warszawa, Praca zbiorowa pod redakcją Józefa Kalisza: Język VHDL w praktyce, Wydawnictwo Komunikacji i Łączności, Warszawa, Plassche R.: Scalone przetworniki analogowo-cyfrowe i cyfrowo-analogowe, (z jęz. ang. przetł. Zbigniew Kulka, Michał Nadachowski), WKiŁ, Warszawa, Rydzewski A.: Mikrokomputery jednoukładowe rodziny MCS-51, WNT, Goczyński R., Tuszyński M.: Mikroprocesory 80286, i i486, Komputerowa Oficyna Wydawnicza HELP, Warszawa, Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu Nie podano dodatkowych publikacji Informacje dodatkowe Brak Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS) Forma aktywności studenta Udział w wykładach Samodzielne studiowanie tematyki zajęć Przygotowanie do zajęć Udział w ćwiczeniach laboratoryjnych Sumaryczne obciążenie pracą studenta Punkty ECTS za moduł Obciążenie studenta 30 godz 20 godz 20 godz 30 godz 100 godz 4 ECTS 5 / 5