Digitális technika 2

A tantárgy angol neve: Digital Design 2

Adatlap utolsó módosítása: 2019. január 29.

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Villamosmérnöki és Informatikai Kar
Villamosmérnök szak, alapképzés
Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
VIIIAA02 2 3/1/0/v 5  
3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Pilászy György,
A tantárgy tanszéki weboldala https://www.iit.bme.hu/digit2
4. A tantárgy előadója
  • Dr. Horváth Tamás
  • Dr. Pilászy György
  • Dr. Vajta László
5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít

-

6. Előtanulmányi rend
Kötelező:
(TárgyEredmény( "BMEVIIIAA01" , "jegy" , _ ) >= 2 VAGY
TárgyEredmény( "BMEVIIIAA04" , "jegy" , _ ) >= 2 VAGY
TárgyEredmény( "BMEVIIIA104" , "jegy" , _ ) >= 2 VAGY
TárgyEredmény( "BMEVIIIA105" , "jegy" , _ ) >= 2 )

ÉS NEM (TárgyTeljesítve("BMEVIIIA106") VAGY TárgyTeljesítve("BMEVIIIA108") )

ÉS (Training.Code=("5N-A7") VAGY Training.Code=("5N-A7H") VAGY Training.Code=("5NAA7"))

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 mikroprocesszor és mikrokontroller alapú digitális berendezések logikai tervezési szintjén szükségesek. A tervezői szemlélet kialakítása érdekében az előadásokon gyakorlati példákat mutatunk és a hallgatók a házi feladatok révén tervezési részfeladatok önálló megoldásával mélyítik el a tananyagot. Ennek keretében

  • módszereket ismernek meg és készséget szereznek a mikroprocesszoros és mikrokontrolleres rendszerek analízisében és szintézisében,
  • egy mikroprocesszoros eszközbázis és egy assembly nyelv alapszintű megismerése révén olyan alapismereteket kapnak, amelyek birtokában további mikroprocesszor és mikrokontroller rendszerek megismerése és alkalmazása könnyen elsajátítható.
8. A tantárgy részletes tematikája

1-2. hét: Hardver leíró nyelv, aritmetika

Multiplexerek, dekóderek, komparátorok, számlálók, bináris aritmetikai alapműveletek. Teljes összeadókból felépülő összeadó/kivonó. Túlcsordulás kezelése. BCD számok összeadása, szorzás megvalósítása összeadó áramkörökkel.

3-4. hét: Memória áramkörök, sínrendszerek, Számítógépek felépítése

Memória áramkörök: írható és olvasható memóriák. Statikus RAM felépítése. ROM jellegű memóriák

Sínrendszerek definíciója, kialakulása, osztályozása. Vezetékek csoportosítása, az egyes vezetékcsoportok feladata.

A digitális számítógép felépítése, működése. Mikroprocesszoros rendszerek kialakulása, fejlődése. A mikroszámítógépek általános felépítése, blokkvázlata, a funkcionális egységek jellemzői, a működés modellje. Egy egyszerű mikroprocesszor sínrendszerének felépítése. Alaphelyzetbe állítás, órajel generálás.

Memóriák illesztése sínrendszerekhez. EPROM, RAM memória elemek. Időzítési viszonyok a memóriák szempontjából. Az adatszélesség növelése. Flash memóriák alkalmazástechnikája.

5-6. hét: Mikroprocesszorok és mikrovezérlők programozása

Az utasítás-szervezés fejlődése. Az assembly programozás alapfogalmai. Egyszerű architektúra utasításkészlete. Adatmozgató utasítások, ugró utasítások, aritmetikai és logikai utasítások. Címzési módok és direktívák.

Egyszerű architektúra utasításkészlete. FIFO, LIFO memóriaszervezés. Verem memória, hardver szoftver megvalósítás. Szubrutin fogalma, feltétel nélküli és feltételes szubrutinhívó és visszatérő utasítások.

7-8. hét: Megszakítási rendszerek

A mikroszámítógépek megszakítási rendszerének általános ismertetése. A megszakítás fogalma (egyszintű, többszintű, programvezérelt megszakítások). A megszakítási szubrutin felépítése, automatikus és programozható mentések, prioritási megoldások.

Egyszerű mikroprocesszorokban és mikrokontrollerekben lévő speciális egységek. Maszkolható és nem maszkolható megszakítások alkalmazása.

9-10. hét: Programozható I/O egységek

A soros adatátvitel szervezése, megoldási változatok. Aszinkron és szinkron adatátvitel. Soros adatátviteli egység felépítése, működése, programozása.

A párhuzamos adatátvitel szervezése. Programozható párhuzamos adatátviteli egység felépítése, működése, programozása.

Időzítő áramkörök felépítése, működése, programozása.

11-12. hét: DMA, Saját tervezésű hardver illesztése

A DMA működés fogalma, megvalósítása, alkalmazása, programozása. Egy és kétciklusú DMA átvitel.

Egyszerű periféria elemek (kapcsolók, nyomógombok) illesztése a mikroprocesszor vagy mikrovezérlő sínrendszerére. A periféria elemeket működtető szoftverek tervezése.

13-14. hét: Korszerű mikroprocesszoros kiegészítők, programozható hardverek

Korszerű memóriatípusok ismertetése (NVRAM, FRAM, MRAM, SDRAM, FLASH, stb.). Nagy kapacitású memóriák belső szervezési kérdései, interfészük felépítése.

Alkalmazás-specifikus (ASIC) áramkörök, fontosabb csoportok. Memória, PLA és FPGA építőelemek felépítése és alkalmazásuk módszerei kombinációs és sorrendi feladatok megoldására. FPGA áramkörök. RAM bázisú FPGA áramkör felépítése, erőforrásai, konfigurálása.

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

Heti 3 óra előadás és kéthetenként 2 óra gyakorlat tanulókörönkénti szervezésben.

10. Követelmények

a. A szorgalmi időszakban:

Három kis házi feladat elkészítése és beadása rendszeres időközökkel.

Az aláírás megszerzéséhez szükséges minimum kettő házi feladatban, egyenként az elérhető pontok 50%-ának megszerzése, illetve az előadásokon és gyakorlatokon való megfelelő számú részvétel.

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 vizsgajegy a kapott pontszám alapján megállapításra.

A kreditpont megszerzésének feltétele legalább elégséges vizsgaosztályzat elérése.

c. Elővizsga: nincs

Minden egyéb kérdésében a TVSZ rendelkezései irányadók.

11. Pótlási lehetőségek Nincs pótlási lehetőség.
12. Konzultációs lehetőségek

A gyakorlatokon, vagy egyéni jelentkezés alapján az előadóknál, vagy a gyakorlatvezetőknél.

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.
  • Grantner - Horváth - László: Mikroprocesszor alkalmazási segédlet, rövidített kiadás (VI205030)

Ajánlott:

  • A tárgy weblapján elérhető segédanyagok
  • D. M. Harris, S.L. Harris: Digital Design and Computer Architecture
  • Morgan Kaufmann (Elsevier), 2013, ISBN 9978-0-12-394424-5
  • 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
Kontaktóra56
Készülés előadásokra14
Készülés gyakorlatokra14
Készülés laborra0
Készülés zárthelyire0
Házi feladat elkészítése16
Önálló tananyag-feldolgozás0
Vizsgafelkészülés50
Összesen150
15. A tantárgy tematikáját kidolgozta
Név:Beosztás:Tanszék, Int.:
Dr. Arató PéterEgyetemi tanárIrányítástechnika és Informatika
Dr. Horváth TamásTudományos munkatársIrányítástechnika és Informatika
Dr. Móczár GézaEgyetemi docensIrányítástechnika és Informatika
Dr. Pilászy GyörgyEgyetemi docensIrányítástechnika és Informatika
Dr. Vajda FerencEgyetemi docensIrányítástechnika és Informatika
IMSc tematika és módszer

A programban résztvevő hallgatóknak szeparált gyakorlatot tartunk. A gyakorlatok anyaga a törzsanyag szempontjából nem tér el a programban nem résztvevő hallgatókétól. Az eltérések az alábbiakban foglalhatók össze: alapszintű feladatokkal nem, vagy csak röviden foglalkozunk. A hallgatók több, ill. nagyobb mérnöki gondolkodást igénylő feladatot kapnak.

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.