F7PBKZCT-C - Základy číslicové techniky

Předmět seznámí posluchače se základními kombinačními a sekvenčními logickými obvody, způsoby jejich návrhu realizace, s jejich parametry a způsoby propojování do složitějších konstrukčních celků. Důraz je kladen na postupnou a praktickou aplikaci logických obvodů a na znalost charakeristik jednotlivých funkčních bloků. Předmět dále seznamuje studenty se základními funkčními bloky mikropočítače a metodami počítačové simulace číslicových obvodů a rovněž s metodami návrhu a využití programovatelných logických obvodů.

Povinná účast na cvičeních, realizace průběžných úloh na jednotlivých cvičeních, odevzdání a obhajoba individuální semestrální úlohy. Podmínky zkoušky: ústní zkouška.

Osnova přednášek:

1. Logické funkce a výrazy, polyadické číselné soustavy (dvojková, šestnáctková, desítková), dvojkové kódy.

2. Kombinační logické obvody - analýza a syntéza, minimalizace logické funkce. Základní logické stavebnice.

3. Využití simulačních programů při analýze a sytntéze logických obvodů.

4. Propojování analogových a číslicových obvodů, převodníky úrovní, tvarovače, paralelní spojení výstupů, otevřený kolektor.

5. A/D převodníky - principy funkce, typy a srovnání parametrů.

6. Sekvenční logické obvody - popis, metody analýzy - synchronní a asynchronní sekvenční automat.

7. Zdroje impulzů a hodinového signálu, klopné obvody, paměťové obvody.

8. Čítače, časovače, multiplexory, dekodéry, komparátory, posuvné registry - druhy a přehled typových realizací.

9. Obvody pro realizaci aritmetických funkcí - sčítačky, násobičky, princip aritmeticko-logické jednotky.

10. Hazardy v sekvenčních logických obvodech - detekce, eliminace.

11. Paměti - přehled typů a srovnání parametrů. Paměť statická, dynamická, zásobník, fronta, ROM, EEPROM, Flash.

12. Propojování logických subsystémů. Třístavový výstup, paralelní a sériová komunikace, synchronní a asynchronní přenos, sběrnice.

13. Řadič - způsoby realizace, mikroprogramový řadič, operační kódy. Základní architektury a funkční jednotky mikropočítače.

14. Programovatelné logické obvody, přehled typů a parametrů, možnosti programování - PAL, CPLD, FPGA.

Osnova cvičení:

1. Dvojkové kódy a jejich konverze. Použití šestnáctkové a dvojkové číselné soustavy.

2. Realizace základních logických funkcí - příklady návrhu kombinačního logického obvodu.

3. Praktické příklady využití simulačních programů při analýze a syntéze logických obvodů.

4. Ukázky zapojení převodníků úrovní a tvarovačů. Využití výstupů s otevřeným kolektorem.

5. Paralelní, aproximační a sigma-delta A/D převodník - praktické ukázky.

6. Návrh a realizace jednoduchého sekvenčního logického obvodu - ukázky metod syntézy.

7. Praktické ukázky konstrukce přesných zdrojů hodinového signálu.

8. Realizace a příklady použití čítače, časovače a multiplexoru,

9. Realizace a příklady použití komparátoru a posuvného registru.

10. Realizace a využití dekodéru a sčítačky.

11. Ladění logických obvodů. Prevence, detekce a eliminace hazardů. Využití simulačního programu.

13. Návrh a realizace sekvenčního automatu.

13. Praktická realizace logického obvodu s využitím FPGA.

14. Řešení a prezentace samostatné realizační práce, zápočet.

Povinná literatura:

[1] ANTOŠOVÁ, Marcela a Vratislav DAVÍDEK. Číslicová technika. Čtvrté aktualizované vydání. České Budějovice: Kopp, 2009. ISBN 978-80-7232-394-4.

[2] ŠŤASTNÝ, Jakub. FPGA prakticky: realizace číslicových systémů pro programovatelná hradlová pole. Praha: BEN - technická literatura, 2010. ISBN 978-80-7300-261-9.

Doporučená literatura:

[1] BRTNÍK, Bohumil. Číslicové systémy. Praha: BEN - technická literatura, 2011. ISBN 978-80-7300-407-1.

• Bakalářská studijní specializace Informační a komunikační technologie (povinný předmět)
• Bakalářská studijní specializace Informační a komunikační technologie (povinný předmět)