2. oldal 1. A tantárgy célja A digitális technika tantárgy oktatásának célja azoknak az elméleti és gyakorlati ismereteknek a megtanítása, amelyek ala

Átírás

1 1. oldal BUDAPESTI MŰSZAKI FŐISKOLA Kandó Kálmán Villamosmérnöki Főiskolai Kar Villamosmérnök-asszisztens DIGITÁLIS TECHNIKA TANULÁS és KÖVETELMÉNYEK Tantárgyfelelős: Zalotay Péter főiskolai docens

2 2. oldal 1. A tantárgy célja A digitális technika tantárgy oktatásának célja azoknak az elméleti és gyakorlati ismereteknek a megtanítása, amelyek alapján a villamosmérnök hallgatók elsajátíthatják a korszerű irányítástechnikai, hírközlési, háztartási, stb. berendezések, és készülékek működését, az üzembe helyezés, hibakeresés módszereit. Alapismereteket kíván adni a hardver, és szoftver tervezés módszereiről, eszközeiről, amelyre építve továbbtanulás, illetve önképzés után tervezési feladatokat is elláthat a hallgató. 2. A tantárgy témái logikai alapismeretek, digitális integrált áramkörök, és használatuk, a kombinációs, és a sorrendi feladatokat megvalósító hálózatok tervezésének alapjai. 3. Követelmények A hallgatók ö n ál ló t anulással kell, elsajátítsák a mellékelt CD-n rendelkezésükre bocsátott tananyagot. Az önálló munkát segítik a kidolgozott mintapéldák elemzése, a példák önálló megoldása, a témakörökhöz kapcsolódó fogalmak megismerése, a kérdésekre adott válaszok. A félév végén - az előírt tananyag teljes anyagát átfogó kérdésekből s z ób eli v i zs gát kell tenni. A kérdések két témacsoportot fognak át. Alapismeretekből példa, a hardver ismeretek.

3 3. oldal Az alapismeretekből kapott feladat helyes megoldása feltétele az elégséges, vagy annál jobb vizsgaeredmény elérésének. ( A feladat helytelen megoldása ismétlő vizsgára küldést eredményez. ) 4. A tananyag. A Digitális technika tananyaga a a digitális r e n dszertechnikai alapismeretek, a digitális logikai á r a mk ö rök működése, alkalmazásuk, a k o mbináci ós feladatokat megvalósító logikai hálózatok, a s o r r endi feladatokat megvalósító logikai hálózatok. A tananyagot a hallgatók digitális adathordozón ( CD n ) kapják meg, ezért számítógép használat szükséges. A CD-n található írásos anyagok a Microsoft Word 7.0 verziójával írottak, s csak ezzel, vagy magasabb verzió-számú Word szövegszerkesztő használható. A CD-n négy alkönyvtárban Digit_HW Dig_Mer Dig_Rajz találhatók az egyes témakörök anyagai. A Digit_HW könyvtárban találhatók a digitális rendszertechnikai és áramköri ismeretek. Az alkönyvtárakban a - következő félélvben végzendő - hardvermérések útmutatói (Dig_Mer), valamint mérésekben használt mérő-panelek kapcsolási rajzai - *. pcx formátumban találhatók (Dig_Rajz). 5. Útmutató a tantárgy tanulásához A tananyag feldolgozását célszerű ütemezése szerint végezni. A folyamatos tanulás, megértés, begyakorlás részeit célszerű tovább bontani h e ti ü t e mezés r e. A tanulást segíti az, hogy a részletes útmutatásnál hhi ippeerrhhi ivvaat tkkoozzááss --ok segítségével az írásos anyag megfelelő része jeleníthető meg. Az egyes témaköröket ismertető í r á sos anyag elolvasása után szükséges p é ldák megoldása, kapcsolási vázlatok értelmezése. Egy egy rész végleges megismeréséhez segítséget nyújt az e l l en ő rző kérd é s ek megválaszolása. A tanulási program részletezésében kiemeljük azokat az a l apfogalmak at, j e lölés ek e t, amelyek i s merete feltétlen szükséges mind az anyag megértéséhez, mind pedig az eredményes vizsgázáshoz.

4 4. oldal 6. RÉSZLETES TANULÁSIPROGRAM A konzultációkon elhangzottakról saját jegyzet készítése célszerű. Otthoni munkában odjon meg minél többet a példákból. (Az eredményeket ellenőrizze a mellékletként megadott megoldások alapján.) Első téma: Digit_HW \ LOG_ALG.DOC, KAPUK.DOC Logikai aal laappi issmeerreet teekk, logikai (Boole) aal lggeebbrraa, aaxxi ióómáái i, téét t teel leei i. Kombinációs feladat felírása IIggaazzssáággt táábbl láázzaat tbbaa, Logikai feladat függvényeinek feel f lírráássaa, teljes (ddi isszzj juunnkkt t (mintermek), kkoonnj juunnkkt t (maxtermek)) alakjai, eeggyysszzeerrűűssí íteet ttt felírású (helyettesített jeel j lööl lééss, innddeexxeel i lt) alakok. Logikai függvények eeggyysszzeerrűűssí ítééssee ( aal lggeebbrraai i, illetve ggrraaf fikkuuss módszerrel ), ppéél lddaa egyszerűsítésre. LLooggi ikkaai i áramkörök fogalma, áramköri változatok, Logikai éérrt téékkeekk villamos jelhordozói, A digitális áramkörök sst taat tikkuuss, és ddi innaami ikkuuss jellemzői, Digitális innt i teeggrráál ltt áramkörök fogalma, leggyakrabban használt változatai, TTTTLL rendszerű kapuk jellemzői, NAND és NOR, valamint nnyyi itoot ttt kollektoros kapuk áramköri felépítése, a kapuk aal lkkaal lmaazzáássaa, CMOSS rendszerű integrált áramkörök jellemzői, innvveerrt i teerr, NAND, és NOR kapuk, bbi ilaat teerri iáál liss kapcsoló alkalmazása Alapfogalmak, jelölések: A következőekben megadott fogalmakat, jelöléseket stb. keresse meg az írásos anyagokban, és értelmezze azokat. Logika, logikai érték, axióma, logikai műveletek, kommutatív, asszociatív, disztributív, de Morgan, AND, NAND, OR, NOR, EXKLUSIV OR. Igazságtáblázat, minterm, maxterm, Karnaugh, logikai egyszerűsítés. Logikai szintek, LOW, HIGH, komparálási szint, jelterjedési-, felfutási-, lefutási idő. TTL, logikai kapuk, bipoláris tranzisztor, pnp, npn, multiemitteres tranzisztor, open collector, egység-terhelés, fan-in, fan-out, térvezérelt tranzisztor, FET, MOSFET, komplementer, CMOS, bilateriális kapcsoló, GATE, SOURCE, SUBSTRAT, DRAIN, Ucc, GND, Uss, Udd.

5 5. oldal Példák: 1. Egyszerűsítse és NAND kapukkal, valósítsa meg a 0,1,5,7,11,13,15 indexű MINTERM-ket tartalmazó 4 változós logikai függvényt! ( meeggool lddááss ) 2. Határozza meg az ábra szerinti logikai hálózat kimenetének a függvényét! ( meeggool lddááss ) 3. Írja fel az alábbi ábra kimeneteinek a logikai függvényeit! ( meeggool lddááss ) 4. Egyszerűsítse és két bemenetű NOR kapukkal, valósítsa meg azt a 4 változós függvényt, amely a 0,1,2,4,5,6,7,13,15 indexű MAXTERM - ket tartalmazza! ( meeggool lddááss ) 5. Határozza meg a 0,2,3,4,6,8,10,11 indexű mintermek -et tartalmazó 4 változós függvény egyszerűsített konjunktív alakját! Rajzolja meg a megvalósítás NAND kapus logikai vázlatát! ( meeggool lddááss )

6 6. oldal Ellenőrző kérdések: Melyek a Boole algebra axiómái, alapműveletei, és alaptételei? Mi az igazságtáblázat, és mire használható? Mire vonatkoznak a de Morgan tételek? Hogyan írhatók fel a logikai függvények kanonikus alakjai az igazságtáblázatból? Melyek az algebrai egyszerűsítés feltételei? A függvény egyszerűsítésének milyen grafikus módszerét ismeri? Mi a hazárd, és milyen változatait ismeri? Hogyan szüntethető meg a hazárd? Milyen logikai rendszereket ismernek? Hogyan működik a TTL alapkapu? Mi a transzfer karakterisztika? Mit ért a következő katalógus paraméterek alatt: Vcc, Voh, Vol, Vih, Vil, Ioh, Iol, Iil, Iih, Tpd0, Tpd1, zaj tartalék stb.? Milyen tranzisztorokból épülnek fel a CMOS digitális áramkörök? Mi a bilateriális kapcsoló, és hogyan működik? 6.2. A második téma: Konzultációs kérdések a logikai algebra, kombinációs hálózatok logikai kapuk témákból. (Digit_HW \ LOG_ALG.DOC, KAPUK.DOC) Uj témák megbeszélése Funkcionális kombinációs áramkörök Digit_Hw\ FUNKCIO.DOC Deekkóóddool lááss, áramkörei (bbi innáárri iss, BCD), aal lkkaal lmaazzáássaai ikk, Kóóddool lááss és áramköri megvalósítása, Addaat teel loosszzt tááss és áramkörei, Addaat tkki ivváál laasszzt tááss és áramkörei, Naaggyyssáággkkoomppaarráát toorr és használata Funkcionális áramkörök alkalmazása.

7 7. oldal Sorrendi áramkörök alapeleme a flip-flop Digit_Hw\ FLIP_FLOP.DOC A táárrool t lááss áramkörei, vveezzéérrl lééssi i, és billentési módok, Tároló alapáramkörök (flip-flop) típusai, működésük, használatuk RSS tárolók, és változatai, D típusú tárolók, Közbenső tárolós mss flip-flopok, JJK ms típusú tároló, aasszzi innkkrroonn beírás ms tárolókba, Dinnaami ikkuuss billentés, CMOSS tárolók Alapfogalmak, jelölések: Kódolás, bináris és BCD kódok, dekódolás, dekóder, adat elosztás, kiválasztás, multiplexer, demultiplexer. összehasonlítás, komparátor, reláció, kodolt információ átviteli módjai, soros kód, párhuzamos kód, flip_flop, statikus, illetve dinamikus billentés, asszinkron, szinkron működés RS, JK, D, T előkészítő bemenetek funkciói, Billentés módjai egy,- és kétütemű megoldás Példák: 1. Rajzoljon NAND, illetve NOR kapukból statikus RS tárolót és adja meg állapottáblázatukat! 2. Rajzoljon fel egy kapuzott D, RS flip-flopot, adja meg állapot-táblázatukat! 3. Ismertesse a kettős komparálási szinttel megoldott MS flip-flop működési elvét! 4. Ismertesse az élvezérelt D flip-flop működését! 5. Ismertesse a kapuzott RS, D, T, JK flip-flopok állapot táblázatát! 6. Írja fel a T flip-flop -al felépülő szinkron bináris előre számláló T bemenetére vonatkozó vezérlési függvényt. 7. Rajzolja fel a három flip-flop kimeneteinek időfüggvényét az ábra szerinti vezérlésnél.

8 8. oldal V1 V2 t F1 F2 t F3 VCC VCC V2 V1 D Ellenőrző kérdések Milyen logikai feladatot lát el a dekódoló? Mire használható a multiplexer áramkör? Hogyan valósítható meg kombinációs logikai feladat dekódolóval? Hogyan valósítható meg kombinációs logikai feladat multiplexerrel? Mire használhatók a statikus flip-flop-ok? Mit ért T setup, T hold time alatt? Hogyan működik a két komparálási szintű ms flip-flop? Milyen flip-flopokból lehet sorrendi áramköröket megolvalósítani? Mi a különbség az RS, JK információközlési megoldások között? 6.3. A harmadik téma: Konzultációs kérdések a funkcionális kombinációs áramkörök, a flip-flopok témákból. ( Digit_Hw\ FUNKCIO.DOC, FLIP_FLOP.DOC Uj témák megbeszélése Sorrendi feladatok tervezése Digit_Hw\ SORRENDI.DOC SSoorrrreennddi i feladatok fogalma, helyettesítő modellek, Sorrendi feladatok leeí l írráássáánnaakk módozatai, áál llaappoot tggrrááf f, áál llaappoot ttáábbl láázzaat t,

9 9. oldal Sorrendi hálózatok teerrvveezzéésséénneekk t lépései. Számlálók és alkalmazásuk SSzzááml láál lááss művelete, és megvalósításuk vváál ltoozzaat taai i, Számlálók felépítése, bbi innáárri iss (sszzi innkkrroonn, aasszzi innkkrroonn), valamint BCD (sszzi innkkrroonn, aasszzi innkkrroonn)- működése és tervezése, IInnt teeggrráál ltt áramköri számlálók, Számlálók kkaappaaccí ítáássáánnaakk bővítése, Csökkentett-, és vváál ltoozzt taat thhaat tóó moodduul luussúú számlálók, Alapfogalmak, jelölések: Sorrendi feladat, szekvencia, szekvenciális, Mealy, Moore, állapot-táblázat, vezérlési táblázat, állapot-gráf, állapot-változó, bemeneti kombináció. Számlálás, számlálók, preset, clear, modulus, kapacitás, szinkron, aszinkron, csökkentett modulus, változtatható modulus, végszám, kezdőszám Példák: 8. Ismertesse a számlálók tervezési lépéseit. 9. Rajzoljon fel egy bináris 3-as osztót! 10. Rajzolja fel az ábra szerinti számláló kimeneteinek jelalakjait D C B Imp 11. Tervezzen szinkronműködésű számlálót a 3.1. feladatban adott áramkörök felhasználásával, mely a ciklikusan ismétlődő állapotokat valósítja meg Ellenőrző kérdések Milyen kódolású számlálókat ismer? Mi a számláló tervezésének menete? Mi a különbség az aszinkron és a szinkron-működés között? Hogyan lehet osztályozni a számlálókat?

10 10. oldal Mit jelent a szinkron, aszinkron működési mód? Rajzoljon fel egy szinkron, és egy aszinkron működésű 3 bites bináris számlálót! Hogyan lehet változtatni egy számláló modulusát? 6.4. A negyedik téma: Konzultációs kérdések a sorrendi hálózuatok tervezése, a számlálók, és alkalmazásuk témákból. ( Digit_Hw\ SORRENDI.DOC ) Uj témák megbeszélése Léptetőregiszeterek Digit_Hw\ SORRENDI.DOC LLééppt teet tőő--rreeggi isszzt teerreekk működése, funkciója, Léptetőregiszterek faaj f jtáái i, IInnt teeggrráál ltt áramköri megoldások, Gyyűűrrűűss számlálók, Kóóddáát taal laakkí ítááss léptetőregiszterekkel Alapfogalmak, jelölések: Léptetés, forgatás, regiszter, léptető regiszter, gyűrűs számláló, Jhonsson kód, teljes ciklus, csonka ciklus, soros-párhuzamos kódátalakítás, párhuzamos-soros kódátalakítás Példák: Rajzolja fel egy négy bites, szinkron-párhuzamos beírással rendelkező jobbra léptető regiszter logikai vázlatát! Rajzolja meg egy 4 bites 2n modulusú gyűrüs számláló kimenetein mérhető jel időbeli változását, ha a léptető jel állandó frekvenciájú, és kitöltési tényezőjű négyszög jelsorozat! Tervezzen szimmetrikus háromfázisú jelsorozatot előállítő áramkört! Ellenőrző kérdések Milyen feladatot lát el a léptetőregiszter?

11 11. oldal Mi a gyűrűs számláló? Mire használhatók a gyűrűs számlálók? Milyen léptetőregiszterr alkalmazható háromfázisú szimmetrikus jelsorozat előállítására?