TCMB507 Увод в програмируемите логически устройства

Анотация:

Курсът е предназначен за студенти учещи в областта на електронните комуникации, електроника, електротехника, компютърни системи и технологии и софтуерни системи за управление. Целта е даде базисни познания за основните възможности на програмируемите логически устройства с ниска и по-висока сложност (PLD, CPLD), области на приложение, тяхната архитектура и различни функционални блокове в тях, фамилии чипове производство на различни корпорации и системите за разработка на хардуер. В лекционния материал се засягат основните подходи на проектиране на цифрови интегрални схеми чрез използването на интегрирани софтуерни приложения (чисто схемотехнически методи и различни описателни подходи с VHDL). Тъй като курсът е предвиден за широка аудитория слушатели в него се засягат и основи на булевата алгебра, оптимизацията на логически функции, основни аритметични и логически операции. Чрез кратки примери студентите навлизат постепенно в структура и специфика на езиците за описание на високоскоростен хардуер (VHDL), както и схемотехническия дизайн на цифрови електронни схеми. За нуждите на практическото обучение се ползва интегрираната развойна софтуерна система Quartus II Web Edition, производство на корпорация Altera, www.altera.com. Студентите се научават да изчертават електронни схеми и да преминават от електронна схема във VHDL описание и обратното, могат да ползват и създават и интегрират описателни и схемни блокове в по-сложни дизайни. Могат да създават макро логически блокове и да симулират тяхното действие. Студентите правят дизайн, програмират, симулират и тестват реално създаваните от тях схеми и логически устройства с кит FPT-3-PLUS — LEAP ELECTRONIC. Китът позволява програмиране и тестване на логически и аритметични операции, реализация на броячи, седем сегментна и светодиодна индикация, управление на стъпков електродвигател. Използваните софтуерни пакети са напълно безплатни. Материалът е така подбран, че може да се изучава и без наличен хардуерен кит. Задължително е студентите да имат достъп до персонален компютър, с Windows XP, както и административни права, за да могат да инсталират самостоятелно ползваните в курса софтуерни пакети.

прочети още
Телекомуникации и компютърни технологии

Преподавател(и):

доц. Росен Пасарелски  д-р
доц. Иван Богомилов  д-р
доц. Георги Петров  д-р

Описание на курса:

Компетенции:

1) знаят:

Основни понятия от булевата алгебра, необходими за системното проектиране и програмиране на хардуер

Принципи на проектиране на логическо устройство със специализиран софтуер.

Описание на цифрово устройство с помощта на VHDL

Схемотехнически дизайн

Архитектури и особености на съвременните CPLD&FPGA матрици

2) могат:

Да използват Quartus II Web Edition за разработка и симулация на елементарни комбинационни и последователни логически схеми.

Да програмират и тестват в действителност комбинационни и последователни логически схеми.


Предварителни изисквания:
Основи на цифровата и/или аналогова електроника, добро познаване на стандартни серии цифрови интегрални схеми. Да владеят английски език – четене и разбиране на специализирани термини. Да могат да работят с персонален компютър и интернет, да имат умения в менажиране на файлове и папки, текстообработка, инсталиране на софтуер и навигация в менютата. Не са задължително необходими познания по основи на програмирането или владеене на някакъв компютърен език.

Форми на провеждане:
Редовен

Учебни форми:
Лекция

Език, на който се води курса:
Български

Теми, които се разглеждат в курса:

1. Увод в програмируемите логически устройства, области на приложение, фамилии чипове и производители, специфични възможности, софтуерни системи за дизайн и проектиране

2. Увод в булевата алгебра, бройни системи, основни логически функции, таблици на истинност

3. Схемотехнически реализации на цифрови електронни схеми (запознаване със серията 74XXX - OR, AND, XOR, NOR, NAND, XNOR), градивни блокове (TTL, CMOS)

4. Комбинационни логически схеми, основи на оптимизацията на логическите функции

5. Аритметични операции с двоични числа: събиране, изваждане, умножение, деление, умножение с натрупване

6. Схемотехнически реализации на аритметични и логически блокове – суматор, умалител, умножител, делител

7. Увод във VHDL, езикови конструкции (ентити – портове, декларации, константи; архитектура – декларативна част – сигнали, променливи, процеси; основни типове данни, присвояване, оператори; проверка за условия). Техники за дизайн: ползване на функции, пакети, компоненти, процедури, библиотеки; методи за дизайн и синтез на хардуер

8. Схемотехнически дизайн, описание и симулиране на основни логически функции – OR, AND, XOR, NOR, NAND, XNOR

9. Дизайн на основни типови комбинационни логически схеми и тристабилен изходен драйвер, ползване на сигнали и променливи

10. Типични комбинационни логически компоненти – мултиплексор, декодер, суматор, компаратор, аритметично логическо устройство – симулиране, програмиране и тестване

11. Схемотехнически реализации на комбинационни логически компоненти

12. Тригери – D, JK. Регистри, преместващи регистри, броячи

13. Описание на сложни електронни логически блокове и последователни схеми – тригери, регистри и по-сложни устройства – симулиране, програмиране и тестване

14. Практически упражнения за проектиране, програмиране и тестване на цифрово логическо устройство по зададени изходни данни и искана функционалност.

Литература по темите:

Дизайн на цифрови електронни устройства с VHDL и Quartus II, част 1 - Основи на булевата алгебра, основи на програмируемите логически устройства, Г.Петров

Дизайн на цифрови електронни устройства с VHDL и Quartus II, част 2 - Основи на VHDL в примери и задачи, Г.Петров

Dr Peter R. Wilson, “Design Recipes for FPGAs”

Р.И.Грушвицкии, А.Х.Мурасев, Е.П.Угрюмов, “Проектирование систем на микросхемах с програмируемой структорой – bhv”, 2006

Кр. Нанчева-Филипова, В.Христов, М.Христов, И.Панайотов, “Използване на (v)HDL за синтез на електронен хардуер”, София 2004

“Digital-design-with-cpld-applications-and-VHDL”

Jari Nurmi, Tampere University of Technology, “Processor Design System-on-Chip Computing for ASICs and FPGAs”

http://www.altera.com/education/training/curriculum/cpld/trn-cpld.html “Introduction to VHDL (IHDL110)”

http://www.altera.com/education/training/curriculum/fpga-asic/trn-fpga-asic.html?GSA_pos=3&WT.oss_r=1&WT.oss=FPGA “ASIC-to-FPGA Designer Curriculum”

Средства за оценяване:

Тест - основи на булевата алгебра, цифрова логика - 50%

Самостоятелна работа със софтуер Quartus II, практически задачи за схемотехнически и VHDL дизайн на електронен хардуер, дискусия, обобщаване на симулационни резултати, промени в симулационни файлове, добавяне на нови функционалности в текущи проекти - 50%