Формы описания цифровых устройств (ЦУ)
Цели и задачи дисциплины
Целями и задачами преподавания дисциплины являются:
- изучение методов проектирования цифровых устройств (ЦУ) на базе ПЛИС;
- разработка цифровых устройств и микропроцессорных систем с использованием ПЛИС.
Объем дисциплины и виды учебной работы
Таблица 1
| Вид учебной работы | Всего часов | Семестр | |
| Общая трудоемкость дисциплины | |||
| Аудиторные занятия | |||
| Лекции | |||
| Практические занятия (ПЗ) (семинары) | - | - | |
| Лабораторные работы (ЛР) | |||
| Самостоятельная работа студентов (СРС) | |||
| Курсовые работы (проекты) | - | - | |
| Подготовка к практическим занятиям (семинарам) | - | - | |
| Подготовка к лабораторным работам | |||
| Подготовка к зачету | |||
| Подготовка к экзамену | - | - | |
| Вид итогового контроля | зачет | зачет |
Лекция 1 Введение в дисциплину
Введение.
Цифровая схемотехника нового поколения активно используется в различных научных и технических направлениях и широко внедряется в системы радио, радиовещание и телевидение.
Наступил перевод современного электронного оборудования на цифровые "рельсы". В 2015г планируется переход в России на цифровое ТВ. Широкое применение цифровой техники резко увеличил спрос на специалистов соответствующего спроса.
Цифровое устройство (ЦУ) - это физическое устройство, в котором изменения напряжения, силы тока, частоты и др. параметров представлены импульсными (дискретными) сигналами, которые отображаются человеком в виде чисел двоичной системы счисления: 1 или 0.
В зависимости от наличия или отсутствия памяти цифровые устройства разделяются на 2 класса:
1. Комбинационные ЦУ (КЦУ)
2. Конечные автоматы (последовательностные ЦУ)
Комбинационные и последовательностные цифровые устройства
Литература
Основная
1. Амосов В.В. Схемотехника и средства проектирования цифровых устройств. – СПб: БХВ-Петербург, 2007г.
2. Тимченко В.И. Исследование цифровых устройств на компьютерной модели EWB 5.12; 2007г. Методические указания для проведения лабораторных работ.
Дополнительная
1. Микушин А., Сажнев А., Сединин В. Цифровые устройства и микропроцессоры. — СПб.: БХВ-Петербург, 2010 г. — 832 с.
2. Цифровая и вычислительная техника под редакцией Э.В. Евреинова.
1991г.
Раздел 1 Комбинационные цифровые устройства
Основные логические функции ЦУ.
Учебные вопросы:
Основные термины определения.
Основные элементы логических функции алгебры логики (или-or,и-and, не-not, и- не, and-not, и- или -не-and-or-not).
Задание логических функции с элементами структурных формул (СДНФ, СКНФ).
1-й учебный вопрос: Основные термины определения.
КЦУ - это ЦУ, в котором значения цифровых выходных сигналов в данный момент времени (на данном интервале) определяются только комбинацией цифровых входных переменных сигналов тоже в данный момент времени.
Примечание: Понятие цифрового сигнала рассмотрим позже.
Вход Выход
Yj= F(X1, X2…Xi…XN)
ПОМНИ!!!
КЦУ не обладает памятью!
Примеры КЦУ:
Элементарные логические функции, мажоритарные ЦУ, сумматор по модулю 2, шифратор, дешифратор, мультиплексор, демультиплексор.
Конечные автоматы (ПЦУ) - это ЦУ, в котором значение цифрового выходного сигнала Yj в данный момент времени (на данном интервале) определяется не только совокупностью цифровых входных сигналов Xi в данный момент времени, но и комбинацией цифровых входных сигналов, которые действовали на предыдущем интервале. Следовательно, КА обладает памятью, поскольку имеются обратные связи!!!
Yj= F {(X1, X2…Xi…XN)(Q1,Q2…QK)}
кцу зу
Пример КА:
Триггеры, регистры, счетчики.
Логическая функция (ЛФ)- математическое описание работы ЦУ.
Логический элемент (ЛЭ)- физическая реализация логической функции.
Понятие сигнала.Сигналом будем называть изменение физической величины, например, напряжение, частота. Сигналы являются носителем информации. Сигналы бывают аналоговые и дискретные (импульсные).
Аналоговый сигнал– несущая информацию величина (например, напряжение) меняется непрерывно по времени и значению
 |
Дискретный сигнал– физическая величина (например, напряжение) изменяется дискретно по величине и непрерывно во времени.
 |
Непрерывные и дискретные сигналы можно наблюдать с помощью измерительных приборов (например, на осциллографе).
В цифровой схемотехнике введено понятие цифровой сигнал.
Цифрой сигнал –сигнал, который принимает значение двоичной системы счисления, а именно, U(t) ≥ Uпорог, то цифровой сигналпринимает значение1. В противном случае, если U(t) Uпорог ,то цифровой сигнал принимает значение0.
Примечание: Далее в дисциплине будем рассматривать только цифровые сигналы.
2-ой учебный вопрос: Основные элементы логических функции алгебры логики (или-or,и-and, и- не -and-not, и- или -не-and-or-not)
Рассмотрим (вспомним) основные элементы логических функций алгебры логикив виде сводной таблицы (раскрываем отдельный файл).
………………………………………………………………………………
3-й учебный вопрос: Задание логических функций в виде структурных формул (СДНФ, СКНФ)
Формы описания цифровых устройств (ЦУ)
1.Смысловое описание работы ЦУ (вербальное)
2.Табличное описание (таблица истинности)
3.Математическое описание (структурные формулы)
4. Схемное представление
5. Физическая реализация
Рассмотрим формы описания ЦУ на примере мажоритарного ЦУ: