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: 2018. június 25.

    Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
    Villamosmérnöki és Informatikai Kar
    Villamosmérnöki szak, alapképzés
    Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
    VIIIAA04   3/1/1/v 6  
    3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Pilászy György, Irányítástechnika és Informatika Tanszék
    A tantárgy tanszéki weboldala https://www.iit.bme.hu/targyak/BMEVIIIAA04
    4. A tantárgy előadója
    • Dr. Horváth Tamás
    • Dr. Pilászy György
    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( "BMEVIIIAA01", "jegy" , _ ) >= 2
    VAGY TárgyEredmény("BMEVIIIAA01", "FELVETEL", AktualisFelev()) > 0
    VAGY TárgyEredmény( "BMEVIIIAA01" , "aláírás" , _ ) = -1 )

    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 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

    Előadások és gyakorlatok tematikája

    1-2. hét: Számábrázolás, alapvető digitális hálózatok

    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. Számrendszerek, 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.

    3-4. hét: Optimális logikai függvények

    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.

    A szimmetrikus logikai függvények tulajdonságainak bemutatása. 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.

    Adott funkciójú építőelem alkalmazástechnikája.

    5-6. hét: Sorrendi hálózatok alapjai

    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.

    7-8. hét: Aszinkron sorrendi hálózatok, szinkron hálózatok hazárdjelenségei

    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. Az órajel-elcsúszás hatásának kiküszöbölése céljából szükséges data-lock-out működésű flip-flop bemutatása és felépítése két egyszerű élvezérelt flip-flop felhasználásával.

    9-10. hét: Állapotösszevonás

    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.

    11-12. hét: Állapotkódolás, analízis

    Állapotkódolási eljárások szinkron hálózatok esetén, szomszédos kódolás

    A sorrendi hallózatok analízisének lépései, a szinkron flip-flopként való értelmezhetőség vizsgálata.

    13-14. hét: MSI áramkörök

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

    Számlálók, léptető regiszterek főbb típusai és funkciói. Összetett számláló alapú rendszerek.

    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 3x4 órás (plusz pótmérés) laboratóriumi foglalkozás.

    10. Követelmények

    Az előadások és gyakorlatok látogatása kötelező. Az gyakorlatokon a jelenlétet 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 gyakorlatok száma).

    a. A szorgalmi időszakban:

    Három kis házi feladat elkészítése és beadása rendszeres időközökkel.

    Laboratóriumi foglalkozás, amelynek teljesítése a foglalkozás során elkészített és elfogadott jegyzőkönyvhöz kötött.

    Az aláírás megszerzéséhez szükséges minimum két házi feladatban, egyenként az elérhető pontok 50%-ának megszerzése, az előadásokon és gyakorlatokon 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 vizsgajegy a kapott pontszám alapján kerül megállapításra.

    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 alkalommal pótolható. Házi feladatok pótlólagos beadására nincs 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. 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
    Kontaktóra70
    Készülés előadásokra13
    Készülés gyakorlatokra14
    Készülés laborra7
    Készülés zárthelyire0
    Házi feladat elkészítése16
    Önálló tananyag-feldolgozás0
    Vizsgafelkészülés60
    Összesen180
    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 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 30 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 <= 6, IP = XP
    Ha XP > 6, IP = 2*XP - 6
    

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

    Egyéb megjegyzések
    NEM (TárgyTeljesítve("BMEVIIIA105") ) 
    NEM (TárgyTeljesítve("BMEVIIIAA01") )