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

    Belépés
    címtáras azonosítással

    vissza a tantárgylistához   nyomtatható verzió    

    Digitális technika 1

    A tantárgy angol neve: Digital Design 1

    Adatlap utolsó módosítása: 2016. május 25.

    Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
    Villamosmérnöki és Informatikai Kar

    Villamosmérnöki szak alapképzés           

    Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
    VIIIAA01 1 3/1/1/v 5  
    3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Vajda Ferenc, Irányítástechnika és Informatika Tanszék
    A tantárgy tanszéki weboldala https://www.iit.bme.hu/digit1
    5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít -
    6. Előtanulmányi rend
    Kötelező:
    NEM (TárgyEredmény( "BMEVIIIA104", "jegy" , _ ) >= 2
    VAGY TárgyEredmény("BMEVIIIA104", "FELVETEL", AktualisFelev()) > 0
    VAGY TárgyEredmény( "BMEVIIIA105", "jegy" , _ ) >= 2
    VAGY TárgyEredmény("BMEVIIIA105", "FELVETEL", AktualisFelev()) > 0
    VAGY TárgyEredmény( "BMEVIIIAA04", "jegy" , _ ) >= 2
    VAGY TárgyEredmény("BMEVIIIAA04", "FELVETEL", AktualisFelev()) > 0
    VAGY TárgyEredmény( "BMEVIIIAA04" , "aláírás" , _ ) = -1 )

    ÉS (Training.Code=("5N-A7")
    VAGY Training.Code=("5N-A7H") )

    A fenti forma a Neptun sajátja, ezen technikai okokból nem változtattunk.

    A kötelező előtanulmányi rendek grafikus formában itt láthatók.

    Ajánlott:
    -
    7. A tantárgy célkitűzése

    A tárgy rendeltetése, hogy egyszerű példákon keresztül megadja mindazokat az alapfogalmi és rendszertechnikai alapismereteket, amelyek a digitális berendezések logikai tervezési szintjén szükségesek. A tervezői szemlélet kialakítása érdekében az előadásokon és gyakorlatokon az elméleti ismereteket gyakorlati példákkal illusztráljuk. A megszerzett gyakorlati ismereteket a hallgatók vezetett laborgyakorlatokon próbálják ki.

    A tárgy keretében a hallgatók: 

    • megismerik a digitális integrált áramköri építőelemek főbb típusait felhasználói szinten, 
    • elsajátítják a kombinációs és sorrendi hálózatok tervezési lépéseit,  
    • készséget szereznek a hazárdjelenségek felismerésében és kiküszöbölésében,
    • A megszerzett ismeretekkel és készségekkel a hallgatók képesek lesznek a villamosmérnöki gyakorlatban felmerülő bármely logikai tervezési alapfeladat megoldására a feladat megfogalmazásából kiindulva.
    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.

    A Verilog hardver leíró nyelv alapfogalmainak és használatának összefoglalása.

    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 esetén a tervezés nehézségeinek bemutatása. Adott funkciójú építőelem alkalmazástechnikája.

    A sorrendi rendszerek csoportosítása működési elv (aszinkron, szinkron) és modell (Mealy és Moore) szerint. A sorrendi leképezések leírása állapottábla és állapotgráf segítségével. A működés kiolvasása az állapottáblából adott bemeneti kombináció sorozat esetén. Az elemi sorrendi hálózatok (flip-flopok) jellemzése állapottáblával és állapotgráffal. 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 állapotkódolásának hatása a kombinációs rész bonyolultságára.

    Az aszinkron sorrendi hálózatok tervezési lépéseinek és hazárdjelenségeinek (metastabil állapot, gerjedés, kritikus versenyhelyzet, lényeges hazárd) bemutatása a D flip-flopot megvalósító aszinkron hálózat példáján.

    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 állapottábla esetén. Az állapotekvivalencia tulajdonságai, az ekvivalencia tábla (lépcsős tábla) kitöltése és kifejtési algoritmusa. A maximális ekvivalencia osztályok alapján a minimális számú állapottal rendelkező összevont állapottábla 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.

    Multiplexerek, demultiplexerek, kódolók átkódolók, komparátorok, funkcionális leírása és alkalmazásuk kombinációs hálózatok megvalósítására.

    Számlálók, léptető regiszterek főbb típusai és funkciói.

    A laboratóriumi mérések tematikája:

    1. mérés. - Kombinációs hálózatok vizsgálata.

    Egy megvalósított kombinációs hálózat igazságtáblázatának meghatározása.

    Kombinációs hálózat tervezése és megépítése szöveges specifikáció alapján.

    Kombinációs hálózatok hazárdjelenségeinek demonstrálása.

     2. mérés. - Sorrendi hálózatok vizsgálata 1.

    Mealy és Moore modell szerint megvalósított sorrendi hálózat működésének vizsgálata.

    Flip-flop megvalósítása másik flip-flop, mint építőelem felhasználásával.

    3. mérés. - Sorrendi hálózatok vizsgálata 2.

    Kritikus versenyhelyzet és lényeges hazárd vizsgálata megvalósított aszinkron sorrendi hálózaton.

    Órajel elcsúszás vizsgálata megvalósított szinkron sorrendi hálózaton.

    Egyszerű szinkron sorrendi hálózat tervezése és megvalósítása. 

    9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium)

    Heti 3 óra előadás és kéthetenként 2 óra gyakorlat tanulókörönkénti szervezésben valamint 1 óra laboratórium (3x4 óra + pótmérés)

    10. Követelmények

    Az előadások és gyakorlatok látogatása kötelező. Az előadásokon a jelenlétet azok kezdetén és végén is a félév folyamán minden alkalommal ellenőrizzük, aláírást nem kaphat az a hallgató, aki ezek alapján az alkalmak több, mint 30%-áról hiányzott (a viszonyítási alap a ténylegesen megtartott előadások száma).

    a. A szorgalmi időszakban:

    Kis házi feladatok elkészítése és beadása rendszeres időközökkel.
    Az aláírás megszerzéséhez szükséges a házi feladattal elérhető pontok 60%-ának megszerzése, az előadásokon való megfelelő számú részvétel és a laborgyakorlatok teljesítése.

    b. A vizsgaidőszakban:

    A vizsga írásbeli. A vizsgán elérhető maximális pontszám 60, ebből 20 a belépő rész és 40 pont a nagyfeladatok megoldásával szerezhető meg. Az elégséges osztályzathoz a belépő kérdésekből legalább 12 pontot, a vizsgán összesen legalább 24 pontot kell elérni. A legalább elégséges eredményt elért hallgatóknál a vizsgán elért eredményhez hozzáadjuk a házi feladatokra kapott plusz pontokat. A vizsgajegy az így kapott összpontszám alapján a következő táblázat szerint kerül megállapításra:
    • ha p≥51, jeles
    • ha p≥42, jó
    • ha p≥33, közepes
    • ha p≥24, elégséges
    • ellenkező esetben, elégtelen
    A házi feladatok elkészítése során elért pontok (hfp) alapján a vizsgán az alábbi képlet alapján határozzuk meg a vizsgán hozzáadott pontok számát (vp):
    • ha hfp < 20, vp = 0
    • ha hfp = 2n, vp = (hfp - 20) / 2
    • ha hfp = 2n+1, vp = (hfp - 19) / 2
    A kreditpont megszerzésének feltétele legalább elégséges vizsgaosztályzat elérése.

    c. Elővizsga: nincs

    Minden egyéb kérdésében a TVSZ rendelkezései irányadók.

    11. Pótlási lehetőségek

    A laborok közül egy a pótlási héten pótolható.

    12. Konzultációs lehetőségek

    A vizsgaidőszakban a vizsgák előtti napon, a Neptun-rendszerben meghirdetett időpontokban.

    13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

    Kötelező:

    Dr. Arató Péter: Logikai rendszerek tervezése - Egyetemi tankönyv, Tankönyvkiadó, 1984.
    Horváth Tamás – Pilászy György: Digitális technikai alapmérések, BME Viking Zrt, 2011, VI205010

    Ajánlott:

    Dr. Gál Tibor: Digitális rendszerek I-II. Egyetemi jegyzet (J5-1429)
    Dr. Selényi Endre - Benesóczky Zoltán: Digitális technika - Példatár, BME, Budapest, 1991
    M. Morris Mano, Charles R. Kime: Logic and Computer Design Fundamentals, Prentice Hall, 2001, ISBN 0-13-031486-2
    John F. Wakerly: Digital Design, Prentice Hall, 2001, ISBN 0-13-089896-1

    14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
    Kontakt óra70
    Félévközi készülés órákra (laboratórium is)
    25
    Felkészülés zárthelyire 0
    Házi feladat elkészítése15
    Kijelölt írásos tananyag elsajátítása 0
    Vizsgafelkészülés40
    Összesen150
    15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

    Név:  

    Beosztás:  

    Tanszék, Int.:  

    Dr. Arató Péter  

    Egyetemi tanár

    Irányítástechnika és Informatika 

    Dr. Horváth Tamás 

    Tudományos munkatárs 

    Irányítástechnika és Informatika

    Dr. Móczár Géza 

    Egyetemi docens 

    Irányítástechnika és Informatika

    Dr. Pilászy György 

    Egyetemi adjunktus 

    Irányítástechnika és Informatika

    Dr. Vajda Ferenc 

    Egyetemi docens 

    Irányítástechnika és Informatika

    IMSc tematika és módszer

    A programban résztvevő hallgatóknak szeparált gyakorlatot és laboratóriumi foglalkozást tartunk. A gyakorlatok és a laboratóriumi foglalkozások anyaga a törzsanyag szempontjából nem tér el a programban nem résztvevő hallgatókétól. Az eltérések az alábbiakban foglalhatók össze:

    • gyakorlatok: alapszintű feladatokkal nem, vagy csak röviden foglalkozunk. A hallgatók több, ill. nagyobb mérnöki gondolkodást igénylő feladatot kapnak.
    • laboratórium: A hallgatók több egyéni tervezési feladat megoldására kapnak lehetőséget.
    IMSc pontozás

    IMSc pontokat a hallgatók csak a vizsgán szerezhetnek. A pontszerzés lehetősége mindegyik vizsgán adott. A pontszerzés feltételei:

    • A tárgy követelményeinek teljesítése során összesen 25 IMSc pont (IP) szerezhető.
    • Az IMSc pontokért a vizsgán 18 extra pont (XP) szerezhető, amelyekért külön feladatokat kell megoldani.
    • Az IP-ok miatt kiírt extra feladatokért szerzett pontok az érdemjegyet nem befolyásolják.
    • IP abban az esetben szerezhető, ha a hallgató a vizsgán jeles osztályzatot ért el.

    A megszerzett IP-ok számítása az alábbiak alapján történik:

    Ha XP < 12, IP = XP
    Ha XP >= 12, IP = 2*XP - 11

    Az IMSc pontok megszerzése a programban nem résztvevő hallgatók számára is biztosított.

    Egyéb megjegyzések NEM (TárgyTeljesítve("BMEVIIIA105") )