INSTYTUT INFORMATYKI POLITECHNIKI BIAŁOSTOCKIEJ Do uŝytku wewnętrznego INFORMATOR LABORATORYJNY TECHNIKA CYFROWA Opracował: dr hab. inŝ. Tadeusz Maciak UWAGA: ćwiczenie 6 jest obecnie przepracowywane. Sam temat nie ulega zmianie. Białystok, 03. 2008 r. A
REGULAMIN LABORATORIUM 1. Laboratorium składa się z 6 ćwiczeń. Udział w kaŝdym ćwiczeniu jest obowiązkowy. 2. KaŜde z ćwiczeń składa się z 2 części: a/ kolokwium wstępnego dopuszczającego do udziału w ćwiczeniu b/ praktycznej realizacji zadania. W celu przygotowania się do ćwiczenia naleŝy opanować zakres wiedzy wskazany w informatorze. 3. Zaliczenie ćwiczenia wymaga: a/ zaliczenia kolokwium wstępnego, b/ wykonania części praktycznej, c/ złoŝenia sprawozdania z pracy. Ocena ćwiczenia jest średnią oceną uzyskaną w wyŝej wymienionych punktach. 4. Ocena końcowa laboratorium jest średnią z ocen poszczególnych ćwiczeń (ocena niedostateczna jest liczona do średniej jako zero). Zaliczenie laboratorium wymaga zaliczenia, co najmniej 5 ćwiczeń. W przypadkach losowych istnieje moŝliwość odrobienia brakującego ćwiczenia w terminie dodatkowym. 5. KaŜde sprawozdanie powinno zawierać od góry na pierwszej stronie tabelkę według wzoru: Wydział Informatyki Politechniki Białostockiej Laboratorium Informatyki Technicznej, Przedmiot Technika Cyfrowa Ćwiczenie nr... Temat:... Zespół nr... Grupa... Data... Prowadz¹cy... Ocena... B
Literatura przedmiotu w języku polskim: 1. Wiesław Traczyk; Układy cyfrowe. Podstawy teoretyczne i metody syntezy, WNT 1986. 2. Marek Perkowski, Andrzej Rydzewski, Piotr Misiurewicz; Teoria układów logicznych, Wydawnictwo PW, 1977. 3. Henryk Kruszyński, Piotr Misiurewicz, Marek Perkowski, Andrzej Rydzewski; Zbiór zadań z teorii układów logicznych, Wydawnictwo PW, 1977. 4. Henryk Kruszyński, Andrzej Rydzewski, Andrzej Śluzek; Teoria układów cyfrowych. Materiały pomocnicze do ćwiczeń i laboratoriów. Wydawnictwo PW 1991. 5. Władysław Majewski; Układy logiczne, WNT 1992. 6. Andrzej Ignaczak; Układy logiczne. Laboratorium. Oficyna wydawnicza PW. Warszawa 1995. 7. Władysław Majewski; Układy logiczne. Wybrane zagadnienia. Oficyna wydawnicza PW. Warszawa 1997. 8. Józef Kalisz; Podstawy elektroniki cyfrowej, wyd.3, Warszawa, WKiŁ 1998. 9. Marian Gorzałczany; Układy syntezy. T1. Elementy. Układy kombinacyjne. T2. Układy sekwencyjne, Układy mikroprogramowalne. Skrypt Politechnika Świętokrzyska w Kielcach, Kielce 2000. 10. Halina Kamionka-Mikuła, Henryk Małysiak, Bolesław Pochopień; Układy cyfrowe. Teoria i Przykłady. Wydawnictwo Pracownia Komputerowa Jacka Skalmierskiego. Gliwice 2000. 11. Barry Wilkinson; Układy cyfrowe, Wydawnictwo WKiŁ 2000. 12. Andrzej Skorupski; Podstawy techniki cyfrowej, Wydawnictwo WKiŁ 2001. 13. Jerzy Tyszer, Grzegorz Mrugalski; Układy cyfrowe. Zbiór zadań z rozwiązaniami. Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej Poznań 2002. 14. Praca zbiorowa pod redakcją Henryka Małysiaka; Układy cyfrowe. Zadania, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej Gliwice 2002. 15. Tadeusz Łuba, Bogdan Zbierzchowski; Układy logiczne, WyŜsza Szkoła Informatyki Stosowanej i Zarządzania Warszawa 2002. 16. Praca zbiorowa pod redakcją Tadeusza Łuby; Synteza układów cyfrowych, Wydawnictwo WKiŁ, Warszawa 2003. 17. Cezary Zieliński; Podstawy projektowania układów cyfrowych, Wydawnictwo Naukowe PWN Warszawa 2003. 18. Bolesław Pochopień; Podstawy techniki cyfrowej, WyŜsza Szkoła Biznesu w Dąbrowie Górniczej 2004. 19. Mariusz Barski, Wojciech Jędruch; Układy cyfrowe. Podstawy projektowania i opis w języku VHDL, Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej Gdańsk 2007. C
Podstawowa literatura w języku angielskim: 1. John F. Wakerly; Digital Design, Principles and Practices, (4th Edition), Pearson/Prentice Hall, 2005. 2. M. Morris Mano, Michael D. Ciletti; Digital Design (4th Edition), Prentice Hall, 2006. Strony internetowe w języku polskim: 1. Józef Kalisz; WYKŁADY, Kurs "UKŁADY CYFROWE", http://ztc.wel.wat.edu.pl/kalisz/kalisz_dydaktyka.htm, dostęp 03.2008. 2. Plansze do przedmiotu Układy Cyfrowe do pobrania ze strony Zbigniewa Jachna; http://ztc.wel.wat.edu.pl/jachna/jachna.htm, logika-pdf.zip - zestaw plansz w formacie pdf (autorzy: prof. Kalisz, dr Pasierbiński, dr Szplet) dostęp 03.2008. 3. Tadeusz Łuba, Paweł Tomaszewicz; Technika cyfrowa, http://wazniak.mimuw.edu.pl/index.php?title=technika_cyfrowa, dostęp 03.2008. 4. Krzysztof Wawryn; Technika cyfrowa, http://www.tu.koszalin.pl/prac/wawryn/wyklady/, dostęp 03.2008 5. Mariusz Rawski; http: Układy cyfrowe, plansze do wykładów, http://rawski.zpt.tele.pw.edu.pl/pl/node/29, dostęp 03.2008 6. Laboratorium komputerowe IIPW; http://galera.ii.pw.edu.pl/, dostęp 03.2008 Strony internetowe w języku angielskim np: 1. Russell G. Tessier, Digital System Design, http://www.ecs.umass.edu/ece/tessier/courses/221/, dostęp 03.2008. Literatura zalecana przez prowadzącego wykład: 1. Marian Gorzałczany; Układy syntezy. T1. Elementy. Układy kombinacyjne. T2. Układy sekwencyjne, Układy mikroprogramowalne. Skrypt Politechnika Świętokrzyska w Kielcach, Kielce 2000. 2. Andrzej Skorupski; Podstawy techniki cyfrowej, Wydawnictwo WKiŁ 2001. 3. Jerzy Tyszer, Grzegorz Mrugalski; Układy cyfrowe. Zbiór zadań z rozwiązaniami. Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej Poznań 2002. D
Ćwiczenie 1 Temat: Układy kombinacyjne. Zagadnienia: Sposoby zapisu funkcji przełączającej. Tablica Karnaugha. Postać kanoniczna funkcji. Postać normalna. Metody minimalizacji funkcji przełączających: a/ przy pomocy tablic, b/ metodą Quine'a-McCluskeya. Tablica Quine'a. Reguły dominacji kolumn i wierszy. Minimalizacja funkcji słabo określonych. Faktoryzacja. Projektowanie układów z elementów NAND i NOR. Realizacja funkcji przełączającej przy uŝyciu elementów MSI. 1. Utworzenie tablicy prawdy funkcji na podstawie opisu słownego. 2. Minimalizacja funkcji metodą Quine'a-McCluskeya. 3. Sprawdzenie otrzymanej postaci funkcji przy pomocy tablicy Karnaugha. 4. Sprawdzenie poprawności otrzymanych wyników za pomocą konwertera. 5. Symulacja komputerowa działania układu. 6. Realizacja układu. E
Ćwiczenie 2 Temat: Testowanie układów kombinacyjnych. Zagadnienia: Przyczyny uszkodzeń w układach scalonych. Metoda pobudzania ścieŝek. Metody wyszukiwania testów wykrywających uszkodzenie. Tablica uszkodzeń. Wyznaczanie drzewa diagnostycznego dla uszkodzeń w zadanym układzie kombinacyjnym. Materiały dydaktyczne umieszczone na stronie laboratorium 1. Dla danego zadania znalezienie pełnego zbioru testów wykrywających uszkodzenie metodą pobudzania ścieŝek. 2. Zestawienie tablicy uszkodzeń. 3. Określenie minimalnego zbioru testów wykrywających dane uszkodzenie. 4. Sporządzenie drzewa diagnostycznego. 5. Symulacja komputerowa działania układu. 6. Realizacja układu i weryfikacja drzewa diagnostycznego. F
Ćwiczenie 3 Temat: Układy iteracyjne. Zagadnienia: Pojęcie układu iteracyjnego. Projektowanie funkcji bloku iteracyjnego. Synteza układów iteracyjnych. 1. Dla danego zadania utworzenie funkcji bloku iteracyjnego. 2. Określenie tablic Karnaugha. 3. Minimalizacja funkcji metodą Quine'a-McCluseya. 4. Symulacja działania układu. 5. Realizacja układu. G
Ćwiczenie 4 Temat: Układy synchroniczne. Zagadnienia: Układy sekwencyjne. Opis układów synchronicznych. Zamiana tablicy przejść automatu Mealy'ego na tablice przejść automatu Moore'a. Przejścia z automatu Moore'a na automat Mealy'ego. Sposoby minimalizacji stanów wewnętrznych. Metoda par. Tablice przejść przerzutników D, T, RS i JK. Kodowanie tabeli przejść automatów. Tablica wzbudzeń. Realizacja układu na podstawie wyznaczonej funkcji wzbudzeń. 1. Na podstawie słownego opisu działania utworzenie tabeli przejść i wyjść automatu w formie Moore'a i Mealy'ego. 2. Wyznaczenie wersji automatu minimalnego. 3. Określenie kodu oraz wyznaczenie dla rozpatrywanego automatu zakodowanej tablicy przejść. 4. Wybór sposobu realizacji. 5. Wyznaczenie funkcji wzbudzeń. 6. Schemat logiczny układu. 7. Symulacja działania układu. 8. Realizacja układu. H
Ćwiczenie 5 Temat: Układy asynchroniczne. Zagadnienia: Pojęcie automatu asynchronicznego. Wewnętrzne stany stabilne i niestabilne. Wyznaczanie za pomocą wykresu czasowego lub opisu słownego pierwotnej tablicy przejść i wyjść automatu. Minimalizacja tablicy przejść i wyjść automatu asynchronicznego. Stany pseudorównowaŝne. Wykres zgodności. Kodowanie tablicy przejść. Zjawisko wyścigów. Wyścig krytyczny i niekrytyczny. Metody likwidacji wyścigów krytycznych. Metoda hipersześcianów. Kodowanie. Realizacja tablic przejść. Układy asynchroniczne statyczne. Przerzutnik wz. Przerzutnik master-slave. Zjawisko hazardu. 1. Na podstawie opisu działania utworzenie pierwotnej tablicy przejść i wyjść automatu. 2. Minimalizacja tablicy przejść. 3. Likwidacja wyścigów. 4. Zakodowanie tablicy przejść i wyjść automatu. 5. Określenie funkcji wzbudzeń. 6. Schemat logiczny układu. 7. Symulacja działania układu. 8. Realizacja układu. I
Ćwiczenie 6 Temat: Układy złoŝone. Zagadnienia: Pojęcie bloku funkcjonalnego. Bloki komutacyjne. Bloki arytmetyczno-logiczne. Rejestry i liczniki. Bloki pamięciowe. Przetworniki. Bloki wejściowe i wyjściowe. Programowalne układy cyfrowe. Struktury układów programowalnych: PAL/GAL, CPLD, FPGA. Język VHDL. Struktura języka. WspółbieŜne elementy VHDL. Sekwencyjne elementy VHDL. Strukturalne elementy VHDL. 1. Na podstawie opisu słownego stworzenie idei działania urządzenia. 2. Dekompozyja urządzenia na bloki funkcjonalne. 3. Projekty poszczególnych bloków funkcjonalnych w języku VHDL. 4. Symulacja działania urządzenia. 5. Realizacja układu urządzenia. J