1. SylabUZ
2. Wydział Nauk Inżynieryjno-Technicznych
3. semestr zimowy 2021/2022
4. Automatyka i robotyka - pierwszego stopnia z tyt. inżyniera
5. Podstawy techniki cyfrowej i mikroprocesorowej

Wygeneruj PDF dla tej strony

Podstawy techniki cyfrowej i mikroprocesorowej - opis przedmiotu

Cel przedmiotu

- zapoznanie studentów z podstawowymi układami cyfrowymi realizowanymi za pomocą układów małej skali integracji i programowalnych układów logicznych,
- ukształtowanie umiejętności w zakresie projektowania i minimalizacji układów cyfrowych,
- zapoznanie studentów z podstawami układów mikroprocesorowych,
- ukształtowanie umiejętności w zakresie  programowania mikroprocesorów.

Wymagania wstępne

Zapisz zmiany

Podstawy systemów dyskretnych, Programowanie z elementami algorytmiki, Podstawy elektroniki, Architektura systemów komputerowych

Zakres tematyczny

Podstawy techniki cyfrowej. Podstawowe bramki logiczne - parametry techniczne. Klasy układów scalonych. Skala integracji. Systemy i kody liczbowe. Algebra Boole'a. Funkcja logiczne. Systemy funkcjonalnie pełne. Sposoby reprezentacji funkcji logicznej.
Układy kombinacyjne. Analiza i synteza układu kombinacyjnego. Minimalizacja funkcji logicznej. Hazard w układach kombinacyjnych.
Podstawowe przerzutniki asynchroniczne i synchroniczne. Układy sekwencyjne: Moore'a, Mealy'ego. Synteza automatów synchronicznych i analiza automatów synchronicznych. Charakterystyka układów asynchronicznych oraz porównanie z układami synchronicznymi.
Cyfrowe bloki funkcjonalne w technice MSI. Liczniki, rejestry, rejestry przesuwne. Zasady projektowania liczników asynchronicznych i synchronicznych. Projektowanie układów kombinacyjnych z wykorzystaniem: multiplekserów, dekoderów, bramek NAND.

Formaty danych stosowane w procesorach stałoprzecinkowych i zmiennoprzecinkowych. Arytmetyka stało- i zmiennoprzecinkowa.
Układy arytmetyczne. Dodawanie, odejmowanie i komparacja liczb binarnych. Układy arytmetyczne średniej skali integracji.
Pamięci ROM, RAM, EEPROM, FLASH. Układy PLD, CPLD i FPGA. Projektowanie układów cyfrowych z wykorzystaniem układów PLD i CPLD.
Mikroprocesory. Definicje i podstawowe pojęcia, klasyfikacja mikroprocesorów. Bloki funkcjonalne mikrokomputera i zasady ich współdziałania. Architektura mikroprocesora, rola jego bloków funkcjonalnych, cykl rozkazowy mikroprocesora.
Techniki programowania, lista instrukcji procesora.
Wymiana informacji w systemie mikroprocesorowym. Organizacja i synchronizacja wymiany informacji między elementami sytemu mikroprocesorowego. Sposoby adresowania pamięci i elementów wejścia-wyjścia.
Wymiana informacji między systemem mikroprocesorowym a otoczeniem zewnętrznym. Sposoby i uwarunkowania obsługi elementów otoczenia zewnętrznego systemów mikroprocesorowych. Wymiana informacji między systemami mikroprocesorowymi. Sposoby wymiany informacji: z potwierdzeniem i bez potwierdzenia, synchronicznie i asynchronicznie, równolegle i szeregowo. Wady i zalety poszczególnych sposobów, zakres stosowania.
Mikrokomputery jednoukładowe - charakterystyka zasobów, zasady aplikacji. Środki wspomagające oprogramowanie i uruchamianie systemów mikroprocesorowych.
Mikrokontrolery rodziny AVR. Platforma Arduino.
Historia, tendencje rozwojowe i porównanie cyfrowych procesorów sygnałowych. Podstawowe cechy procesorów sygnałowych. Różnice pomiędzy cyfrowym procesorem sygnałowym a mikrokontrolerem i mikroprocesorem. Architektury procesorów sygnałowych: sprzętowy układ mnożący, architektura typu Harvard, architektury wieloszynowe, przetwarzanie potokowe, skoki z opóźnieniem, operacje równoległe, długi akumulator, układ przesuwający, bufor cyrkulacyjny. Tryby adresowania pamięci: bezpośrednie, pośrednie, natychmiastowe, cyrkulacyjne, z rewersją bitów. Układy bezpośredniego dostępu do pamięci (DMA). Układy wieloprocesorowe.

Metody kształcenia

wykład: wykład konwencjonalny,
laboratorium: ćwiczenia laboratoryjne.

Efekty uczenia się i metody weryfikacji osiągania efektów uczenia się

Opis efektu	Symbole efektów	Metody weryfikacji	Forma zajęć

Warunki zaliczenia

Wykład - warunkiem zaliczenia jest uzyskanie pozytywnej oceny z kolokwiów przeprowadzonych w formie pisemnej.
Laboratorium - warunkiem zaliczenia jest uzyskanie pozytywnych ocen ze wszystkich ćwiczeń laboratoryjnych, przewidzianych do realizacji w ramach programu laboratorium.
Składowe oceny końcowej = wykład: 60% + laboratorium: 40%.

Literatura podstawowa

1. Chmiel K.: Teoria układów logicznych, Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań, 1994.
2. G. De Micheli: Synteza i optymalizacja układów cyfrowych, WNT, Warszawa, 1998.
3. Lisiecka-Frąszczak J.: Synteza układów cyfrowych, Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań, 2000.
4. W. Stallings, Organizacja i architektura systemu komputerowego, WNT, Warszawa, 2009.
5. Łuba T., Zbierzchowski B.: Komputerowe projektowanie układów cyfrowych, WKiŁ, Warszawa, 2000
6.  Biernat J., Architektura komputerów, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław, 2013.
7. Arduino, https://www.arduino.cc/
8. Raspberry Pi, https://www.raspberrypi.org/
9. Beagle Board, http://beagleboard.org/bone
10. ARM, https://www.arm.com/
11. A. Elahi, T. Arjeski, ARM Assembly Language with Hardware Experiments, Springer, 2015.
12. Gadre, D. V., Gupta, S., Getting Started with Tiva ARM Cortex M4 Microcontrollers, Springer, 2018.
13. Trevennor, A., Experimenting with AVR Microcontrollers, Springer, 2014.

Literatura uzupełniająca

1. Biernat J., Metody i układy arytmetyki komputerowej, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław, 2001.
2. Łuba T.: Synteza układów logicznych, WSISiZ, Warszawa, 2000.
3. Majewski W.: Układy logiczne, WNT, Warszawa, 1992.
4. Majewski Wł., Łuba T., Jasiński K., Zbierzchowski B.: Programowalne moduły logiczne w syntezie układów cyfrowych, WKiŁ, Warszawa, 1992.
5. Pieńkos J., Turczyński J.: Układy scalone TTL w systemach cyfrowych, WKiŁ, Warszawa, 1986.
6. Texas Instruments, www.ti.com
7. Logisim, http://www.cburch.com/logisim/
8. B. Pochopień, Arytmetyka systemów cyfrowych, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice, 2003.

 

 

 

Uwagi

Zmodyfikowane przez dr hab. inż. Krzysztof Sozański, prof. UZ (ostatnia modyfikacja: 22-04-2021 13:45)