Belépés címtáras azonosítással
magyar nyelvű adatlap
angol nyelvű adatlap
Digitális technika 1
A tantárgy angol neve: Digital Design 1
Adatlap utolsó módosítása: 2016. május 25.
Villamosmérnöki szak alapképzés
A fenti forma a Neptun sajátja, ezen technikai okokból nem változtattunk.
A kötelező előtanulmányi rend az adott szak honlapján és képzési programjában található.
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:
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.
Heti 3 óra előadás és kéthetenként 2 óra gyakorlat tanulókörönkénti szervezésben valamint 1 óra laboratórium (3x4 óra + pótmérés)
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, jelesha p≥42, jóha p≥33, közepesha p≥24, elégségesellenkező 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 = 0ha hfp = 2n, vp = (hfp - 20) / 2ha 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.
A laborok közül egy a pótlási héten pótolható.
A vizsgaidőszakban a vizsgák előtti napon, a Neptun-rendszerben meghirdetett időpontokban.
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, 1991M. Morris Mano, Charles R. Kime: Logic and Computer Design Fundamentals, Prentice Hall, 2001, ISBN 0-13-031486-2John F. Wakerly: Digital Design, Prentice Hall, 2001, ISBN 0-13-089896-1
Név:
Beosztás:
Tanszék, Int.:
Dr. Arató Péter
Egyetemi tanár
Irányítástechnika és Informatika
Dr. Horváth Tamás
Tudományos munkatárs
Dr. Móczár Géza
Egyetemi docens
Dr. Pilászy György
Egyetemi adjunktus
Dr. Vajda Ferenc
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:
IMSc pontokat a hallgatók csak a vizsgán szerezhetnek. A pontszerzés lehetősége mindegyik vizsgán adott. A pontszerzés feltételei:
A megszerzett IP-ok számítása az alábbiak alapján történik:
Ha XP < 12, IP = XPHa XP >= 12, IP = 2*XP - 11
Az IMSc pontok megszerzése a programban nem résztvevő hallgatók számára is biztosított.