Budapest University of Technology and Economics, Faculty of Electrical Engineering and Informatics

    Belépés
    címtáras azonosítással
    vissza a tantárgylistához   nyomtatható verzió    

    Digitális technika I.

    A tantárgy angol neve: Digital Design I

    Adatlap utolsó módosítása: 2011. december 5.

    Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
    Villamosmérnöki és Informatikai Kar     		GTK, műszaki szakoktatói BSc-szak, levelező tagozat, informatikai szakirány
    Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
    VIIIA043   10/10/0/v 4  
    3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Arató Péter,
    4. A tantárgy előadója Dr. Arató Péter egyetemi tanár
    5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít -
    6. Előtanulmányi rend
    Ajánlott:
    -
    7. A tantárgy célkitűzése  A tárgy rendeltetése, hogy megadja mindazokat a hardware rendszertechnikai alapismereteket, amelyek a digitális berendezések logikai tervezési szintjén szükségesek. A tervezői szemlélet kialakítása érdekében a hallgatók a gyakorlati foglalkozásokon logikai tervezési részfeladatok önálló megoldásával mélyítik el az elméleti tananyagot. Ennek keretében  

     
    • megismerik a digitális integrált áramköri építőelemek főbb típusait felhasználói szinten,  

       

    • elsajátítják és begyakorolják a kombinációs és sorrendi hálózatok tervezési lépéseit,
    • gyakorlatot szereznek a hazárdjelenségek felismerésében és kiküszöbölésében,

       

     

    A megszerzett ismeretekkel és készségekkel a hallgatóknak képesek lesznek a villamosmérnöki gyakorlatban felmerülő digitális technikai alapfogalmak szakoktatására.

     

     

     
    8. A tantárgy részletes tematikája A logikai feladat és a logikai tervezés fogalma. Az analóg és digitális jelfeldolgozás lényege és összehasonlításuk. A logikai rendszer, mint a digitális eszközök elvi absztrakciója. A Boole-algebra alkalmazása a működés leírására. Számábrázolási módok és az aritmetikai műveletekre gyakorolt hatásuk.

     

     

    A kombinációs és a sorrendi logikai rendszerek ill. hálózatok lényege, a működés modellje és az alapvető leképezések tulajdonságai. A kombinációs rendszerek leírása igazságtáblával, logikai függvény fogalmának bevezetése, diszjunktív és konjunktív normálalakok felírása az igazságtábla alapján. 

     

     

    Elemi kombinációs hálózatok, kapuk, építőelemek működésének leírása logikai függvényekkel. Az elvi logikai rajz és a kapcsolási terv bemutatása. A legegyszerűbb kétszintű felépítés és a logikai függvények minimalizálásának kapcsolata. A diszjunktív és konjunktív, valamint az algebrai minimálalakok fogalma.

     

     

    Logikai függvények grafikus minimalizálása Karnaugh-tábla segítségével. A prímimplikáns fogalma. A diszjunktív és a konjunktív minimálalakok felírása a Karnaugh-táblából közvetlenül. Megkülönböztetett mintermek és lényeges prímimplikánsok bemutatása.

     

     

    Az optimális lefedés szükségességének bemutatása. Az optimális lefedés algoritmusa logikai segédfüggvény felírása révén (Petrick-módszer). A közömbös (don’t care) értékek kezelése. Többkimenetű kombinációs hálózatok minimalizálásának alapgondolata. 

     

     

    A szimmetrikus logikai függvények tulajdonságainak bemutatása. A minimalizálás nehézségeinek és néhány gyakorlati megoldásnak a szemléltetése. Kanonikus szimmetrikus függvények.

     

     

    A kombinációs rendszerek tranziens viselkedése. A jelkésleltetések okai és összetevői. Statikus, dinamikus és funkcionális hazárdjelenségek és kiküszöbölési módjaik. A legegyszerűbb kétszintű hazárdmentes felépítés tervezése.

     

     

    Többszintű kombinációs hálózatok tervezésének alapjai. 

     

     

    A sorrendi rendszerek csoportosítása működési elv (aszinkron, szinkron) és modell (Mealy és Moore) szerint. A sorrendi leképezések leírása állapot tábla és állapotgráf segítségével. A működés kiolvasása az állapot táblából adott bemeneti kombináció sorozat esetén. Az elemi sorrendi hálózatok (flip-flopok) jellemzése alapot táblával és állapot gráffal. A karakterisztikus egyenletek képzése SR, JK, T, DG és D flip-flop esetén. Adott flip-flop felépítése más típusú flip-flop felhasználásával. A vezérlési tábla kitöltésének módszere. A szinkronizációs feltételek biztosításához szükséges követelmények.

     

     

    A szinkron sorrendi hálózatok tervezési lépéseinek bemutatása a soros összeadó példáján (állapotok definíciója előzetes, összevont és kódolt állapot tábla, vezérlési tábla). A vezérlő kombinációs hálózat egyenleteinek felírása. Moore-modell tervezése. Szinkron sorrendi hálózatok állapotkódolási módszerei (szomszédos kódolás, önfüggő szekunderváltozó-csoportok keresése).

     

     

    Az aszinkron sorrendi hálózatok tervezési lépéseinek bemutatása a D flip-flopot megvalósító aszinkron hálózat példáján (stabil és instabil állapotok felvétele, az előzetes állapot tábla felvételekor betartandó szabályok, összevont állapot tábla).

     

     

    Az állapotkódok által létrehozható hazárdjelenség (kritikus versenyhelyzet) és kiküszöbölésének lehetősége szomszédos kódolással. A lényeges hazárd fogalma, vizsgálata és kiküszöbölése. Unger-tétel. Az órajel-elcsúszás (rendszer hazárd) jelenségének bemutatása szinkron hálózatokban egyszerű elvezérelt D flip-flipok alkalmazása esetén. A master-slave működésű flip-flop bemutatása. Az órajel-elcsúszás hatásának kiküszöbölése céljából szükséges data-lock-out működésű flip-flop bemutatása és felépítése két egyszerű élvezérelt flip-flop felhasználásával. 

     

     

    Állapotösszevonási eljárás teljesen határozott állapot tábla esetén. Az állapotekvivalencia tulajdonságai, az ekvivalencia tábla (lépcsős tábla) kitöltése és kifejtési algoritmusa. A maximális ekvivalencia osztályok alapján a minimális számú állapottal rendelkező összevont állapot tábla képzése. Állapotösszevonási eljárás nem teljesen határozott állapot tábla esetén. Az állapotkompatibilitás tulajdonságai. A maximális kompatibilitási osztályok alapján az optimális zárt lefedés keresése. A minimális számú állapottal rendelkező összevont állapot tábla szisztematikus meghatározhatóságának elvi akadályai. A sorrendi hallózatok analízisének lépései, a szinkron flip-flopként való értelmezhetőség vizsgálata.

     

     

    Aszinkron sorrendi hálózatok állapotkódolási módszereinek bemutatása és gyakorlása (instabil állapotok módosítása, átvezető állapotok beiktatása).

     

     

    Flip-flopok gyakorlati megvalósítása. Flip-flopok metastabil állapota. Szinkron flip-flopok osztályozása az órajelhez viszonyított működés alapján (élre billenő, master-slave, data-lock-out flipflopok). JK master-slave flip-flop megvalósítása aszinkron SR flip-flopokból. A master-slave működés feltételeinek indoklása.

     
    9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium) előadás, gyakorlat, példák megoldása
    10. Követelmények

    1 db. eredményes HF az aláírás megszerzésének, vizsgára bocsátás feltétele. Félév végén vizsga

    11. Pótlási lehetőségek -
    12. Konzultációs lehetőségek Konzultációs lehetőségekIgény szerint előzetes egyeztetés alapján
    13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom  

     

    Dr. Arató Péter: Logikai rendszerek tervezése - Egyetemi tankönyv, Tankönyvkiadó, 1984.
    14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
    Kontakt óra
    Félévközi készülés órákra
    Felkészülés zárthelyire
    Házi feladat elkészítése
    Kijelölt írásos tananyag elsajátítása
    Vizsgafelkészülés
    Összesen
    15. A tantárgy tematikáját kidolgozta Dr. Arató Péter egyetemi tanár