Rok akademicki: 2030/2031 Kod: EEL s Punkty ECTS: 5. Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: -

Transkrypt

1 Nazwa modułu: Podstawy sterowania logicznego Rok akademicki: 2030/2031 Kod: EEL s Punkty ECTS: 5 Wydział: Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej Kierunek: Elektrotechnika Specjalność: - Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: - Język wykładowy: Polski Profil kształcenia: Ogólnoakademicki (A) Semestr: 5 Strona www: Osoba odpowiedzialna: dr inż. Mikoś Zbigniew (mikos@agh.edu.pl) Osoby prowadzące: dr inż. Mikoś Zbigniew (mikos@agh.edu.pl) dr inż. Hayduk Grzegorz (hayduk@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 rozumie zasady kodowania liczb w różnych systemach i wykonywania podstawowych działań arytmetycznych w tych systemach EL1A_W11 M_W002 Zna i rozumie podstawy algebry Boole a EL1A_W11 M_W003 Zna i rozumie zasady minimalizacji funkcji logicznych metodą analityczną, tablic Karnaugh i Quine-McCluskey a EL1A_W11, EL1A_W18 M_W004 Zna i rozumie podstawy budowy i syntezy automatów sekwencyjnych EL1A_W11, EL1A_W18 M_W005 Zna i rozumie zasady podstawy budowy układów logicznych z uwzględnieniem zjawisk hazardu i wyścigów EL1A_W11, EL1A_W18 M_W006 Ma podstawową na temat dostępnych serii cyfrowych układów logicznych EL1A_W09 M_W007 Ma ogólną wiedzę na temat współczesnych tendencji budowy i programowania logicznych układów programowalnych EL1A_W09 Umiejętności 1 / 6

2 M_U001 Potrafi kodować liczby w różnych systemach i wykonywać podstawowe działania arytmetyczne w systemie dwójkowym EL1A_U07 laboratoryjnych, Sprawozdanie M_U002 Potrafi przekształcać funkcje logiczne i doprowadzać je do najprostszej postaci EL1A_U07 Sprawozdanie, laboratoryjnych M_U003 Umie zminimalizować dowolna funkcję logiczną za pomocą tablic Karnaugh, zasymulować jej działanie na komputerze i zaprojektować układ logiczny realizujący tę funkcję z dostępnych funktorów EL1A_U07, EL1A_U17 Sprawozdanie, laboratoryjnych M_U004 Potrafi dokonać syntezy układu sekwencyjnego o zadanym działaniu, zasymulować go na komputerze i zaprojektować go z dostępnych elementów EL1A_U07, EL1A_U17 Sprawozdanie, laboratoryjnych Kompetencje społeczne M_K001 Orientuje się w możliwościach i ograniczeniach techniki sterowania cyfrowego EL1A_K01, EL1A_K02 M_K002 Orientuje się temat dostępnych serii cyfrowych układów logicznych EL1A_K01, EL1A_K02 M_K003 Orientuje się we współczesnych tendencjach budowy i programowania logicznych układów programowalnych EL1A_K01 Matryca efektów kształcenia w odniesieniu do form zajęć Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Forma zajęć Wykład Ćwiczenia audytoryjne Ćwiczenia laboratoryjne Ćwiczenia projektowe Konwersatori um seminaryjne praktyczne Inne terenowe E-learning Wiedza M_W001 M_W002 M_W003 M_W004 Zna i rozumie zasady kodowania liczb w różnych systemach i wykonywania podstawowych działań arytmetycznych w tych systemach Zna i rozumie podstawy algebry Boole a Zna i rozumie zasady minimalizacji funkcji logicznych metodą analityczną, tablic Karnaugh i Quine-McCluskey a Zna i rozumie podstawy budowy i syntezy automatów sekwencyjnych 2 / 6

3 M_W005 M_W006 M_W007 Umiejętności M_U001 M_U002 M_U003 M_U004 Zna i rozumie zasady podstawy budowy układów logicznych z uwzględnieniem zjawisk hazardu i wyścigów Ma podstawową na temat dostępnych serii cyfrowych układów logicznych Ma ogólną wiedzę na temat współczesnych tendencji budowy i programowania logicznych układów programowalnych Potrafi kodować liczby w różnych systemach i wykonywać podstawowe działania arytmetyczne w systemie dwójkowym Potrafi przekształcać funkcje logiczne i doprowadzać je do najprostszej postaci Umie zminimalizować dowolna funkcję logiczną za pomocą tablic Karnaugh, zasymulować jej działanie na komputerze i zaprojektować układ logiczny realizujący tę funkcję z dostępnych funktorów Potrafi dokonać syntezy układu sekwencyjnego o zadanym działaniu, zasymulować go na komputerze i zaprojektować go z dostępnych elementów Kompetencje społeczne M_K001 M_K002 M_K003 Orientuje się w możliwościach i ograniczeniach techniki sterowania cyfrowego Orientuje się temat dostępnych serii cyfrowych układów logicznych Orientuje się we współczesnych tendencjach budowy i programowania logicznych układów programowalnych Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć) Wykład <strong>1. Systemy liczbowe (4 godz.).</strong> Podstawowe pojęcia dotyczące kodowania (odwzorowania i ich rodzaje, alfabet, słowa 3 / 6

4 dwójkowe). Systemy liczbowe i ich rodzaje (pozycyjne, niepozycyjne, wagowe, niewagowe, refleksyjne). Konwersja liczby z systemy dziesiętnego do innego systemu liczbowego i odwrotnie. Uzupełnienie liczb i kodowanie liczb ujemnych. Wykonywanie działań w systemie dwójkowym na liczbach całkowitych. Kod Gray a. Kod BCD i wykonywanie działań na liczbach w kodzie BCD. Kodowanie liczb zmiennopozycyjnych. Przykłady innych kodów niewagowych, niepozycyjnych. <strong>2. Podstawy algebry Boole a (2 godz.).</strong> Definicja algebry Boole a jako systemu algebraicznego, definicja działań. Aksjomaty algebry Boole a. Podstawowe twierdzenia algebry Boole a. Przykłady dowodów twierdzeń. <strong>3. Funkcje logiczne (boolowskie) (4 godz.).</strong> Definicja funkcji boolowskie. Pojęcie sumy, iloczynu i negacji funkcji boolowskich. Sposoby przedstawiania funkcji boolowskich. Postaci kanoniczne (dysjunkcyjna i koniunkcyjna) funkcji boolowskich. Pojęcie implikantu i implikantu prostego funkcji. Pojęcie i warunki funkcjonalności pełnej zbioru funkcji. Postać wielomianowa funkcji <strong>4. Minimalizacja funkcji logicznych metodą tablic Karnaugh i metodą Quine- McCluskeya (1 godz.).</strong> Zasada tworzenia tablic Karnaugh. Grupowanie implikantów w funkcji w tablicach Karnaugh. Algorytm minimalizacji w z wykorzystaniem tablic Karnaugh. Zasada minimalizacji metodą Quine-McCluskey a. Przykład minimalizacji funkcji obydwoma metodami. Zjawisko hazardu. <strong>5. Przegląd kombinacyjnych układów logicznych (2 godz.).</strong> Przegląd dostępnych funktorów logicznych. Dekodery 1 z n. Multipleksery i demultipleksery. Podstawowe układy arytmetyczne (półsumator, sumator, półsubstraktor, substraktor). Komparatory. Wykorzystanie multiplekserów do realizacji funkcji logicznych. <strong>6. Podstawy teorii układów sekwencyjncyh (2 godz.).</strong> Definicja układu sekwencyjnego i automatu skończonego. Podział układów sekwencyjnych: układy Moore a i Mealy ego, asynchroniczne i synchroniczne. Cechy charakterystyczne poszczególnych rodzajów układów. Przerzutniki i zatrzaski jako podstawowe układy sekwencyjne. Przegląd podstawowych rodzajów przerzutników. Tablice prawdy przerzutników. <strong>7. Synteza układów sekwencyjnych (4 godz.).</strong> Algorytm syntezy układów sekwencyjnych synchronicznych. Graf przejść układu. Warunki sterowania przerzutników. Przykłady syntezy układów o zadanym działaniu. Synteza układów sekwencyjnych asynchronicznych. Przykład syntezy układu asynchronicznego. Zjawisko wyścigów. <strong>8. Przegląd układów sekwencyjnych (4 godz.).</strong> Rejestrów. Rodzaje rejestrów (PIPO, SIPO, PISO i SISO). Rejestry przesuwne. Układy bazujące na rejestrze przesuwnym. Generatory sekwencji maksymalnych. Liczniki. Podziały liczników pod kątem kodu zliczania, kierunku zliczania, długości cyklu. Liczniki asynchroniczne i synchroniczne. Przykłady syntezy liczników synchronicznych i asynchronicznych o zadanych parametrach. Liczniki bazujące na rejestrach przesuwnych. Dzielniki częstotliwości. <strong>9. Przegląd dostępnych serii i układów cyfrowych (2 godz.).</strong> Rys historyczny rozwoju układów cyfrowych. Układy bipolarne i w technologii CMOS. Podstawowe rodziny układów cyfrowych TTL i jej odmiany (standardowa, H, S, LS, ALS, F) i CMOS (4000, HC, HCT, AHC). Serie o obniżonym napięciu zasilania. Przegląd i porównanie podstawowych parametrów. Zasady sprzęgania układów z różnych rodzin. <strong>10. Programowalne układy logiczne (2 godz.).</strong> Wprowadzenie do programowalnych układów logicznych, idea programowania za pomocą antybezpieczniów i łączników. Podział układów programowalnych (SPLD, 4 / 6

5 CPLD, FPGA, ASIC). Budowa układów SPLD: układy PAL i GAL. Układy CPLD i FPGA. Przykłady architektury układów CPLD i FPGA. Porównanie złożoności poszczególnych układów. <strong>11. Wprowadzenie do programowania układów logicznych (1 godz.).</strong> Idea języka opisu układu. Różnica między językiem programowania procesora (językiem kodowania algorytmu) a językiem opisu układu. Przykłady języków opisu sprzętu: ABEL, VHDL, VERILOG. Podstawowe informacje o języku VHDL. Ćwiczenia laboratoryjne 1. Zamiana liczb pomiędzy systemami liczbowymi (2 godz.). 2. Działania arytmetyczne w systemie dwójkowym (2 godz.). 3. Działania arytmetyczne w systemie BCD (2 godz.). 4. Symulacja prostych układów kombinacyjnych zbudowanych z podstawowych funktorów (2 godz.). 5. Projekt dekodera wyświetlacza 7-segmentowego (2 godz.). 6. Projekt transkodera kodu Gray a na naturalny kod dwójkowy (2 godz.). 7. Projekt 8-bitowego sumatora/substraktora równoległego (2 godz.). 8. Proste układy z przerzutnikami symulacja działania (2 godz.). 9. Projekt układu sekwencyjnego z zadanym działaniu (4 godz.). 10. Projekt programowalnego licznika (2 godz.). 11. Projekt sumatora szeregowego (2 godz.). 12. Projekt układu mnożącego dwie liczby 8-bitowe (4 godz.). Sposób obliczania oceny końcowej 1. Aby uzyskać pozytywną ocenę końcową niezbędne jest uzyskanie pozytywnej oceny z ćwiczeń laboratoryjnych (sprawozdania) oraz egzaminu. 2. Obliczana jest średnia ważona z oceny z ćwiczeń laboratoryjnych (40%) i egzaminu (60%). 3. Obliczona średnia jest zaokrąglana zgodnie z zasadami określonymi w Statucie AGH. Wymagania wstępne i dodatkowe Znajomość podstaw elektroniki Zalecana literatura i pomoce naukowe 1. Słupecki J., Hałkowska K., Piróg-Rzepecka K., Logika matematyczna, WNT, Warszawa Kalisz J., Podstawy elektroniki cyfrowej, WKŁ, Warszawa Kamionka-Mikuła H., Małysiak H., Pochopień B., Synteza i analiza układów cyfrowych, Wyd. Pracowni Komputerowej, Gliwice Zwoliński M., Projektowanie układów cyfrowych z wykorzystaniem języka VHDL, WKiŁ, Warszawa Materiały katalogowe firm Texas Instruments, Atmel, Lattice, Altera. Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu Nie podano dodatkowych publikacji Informacje dodatkowe Brak 5 / 6

6 Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS) Forma aktywności studenta Udział w wykładach Udział w ćwiczeniach laboratoryjnych Samodzielne studiowanie tematyki zajęć lub kolokwium zaliczeniowe Przygotowanie do zajęć Przygotowanie sprawozdania, pracy pisemnej, prezentacji, itp. Dodatkowe godziny kontaktowe z nauczycielem Sumaryczne obciążenie pracą studenta Punkty ECTS za moduł Obciążenie studenta 28 godz 28 godz 40 godz 2 godz 10 godz 20 godz 2 godz 130 godz 5 ECTS 6 / 6