Digital Device Development Technologies

Description: Basic information about digital circuitry. Families of logical microcircuits (TTL, CMOS, LVCMOS) their parameters and application features. Technical problems that arise during the operation of digital devices (glitches, logic races, etc.) and methods for solving them. The use of CAD in the development of digital devices (PCAD, Eagle). Features of the development of printed circuit boards (for digital devices). Hardware description languages ​​(HDL) and their application for the synthesis and verification of digital circuits. FPGA families CPLD and FPGA, their application and features. Technologies and development tools for programmable logic (Quartus and ModelSim). Verilog Hardware Description Language.

Amount of credits: 5

Пререквизиты:

• Current Programming Media and Languages
• Current Programming Media and Languages

Course Workload:

Component: University component

Cycle: Profiling disciplines

Goal

• Целью курса является подготовка специалистов, способных выполнять весь цикл разработки цифровых узлов аппаратуры, в том числе разрабатывать схемы, техническую документацию, проводить верификацию , разрабатывать печатную плату устройства и проводить тестирование прототипов устройства.

Objective

• Обучение применению САПР (PCAD , Eagle) в разных этапах цикла разработки цифровых узлов аппаратуры (от разработки принципиальной схемы устройства, до разработки печатных плат узла). Обучение работе с симуляторами схем (Microcap). Обучение разработке для устройств программируемой логики. Знакомство с языками описания аппаратуры (HDL). Приобретение практического опыта создания устройств на базе ПЛИС.

Learning outcome: knowledge and understanding

• архитектуру и состав цифровых микросхем типовых серий ТТЛ и КМОП; состав и назначение основных компонентов автоматизации технологических процессов на базе цифровых систем; методы и средства автоматизированного моделирования и проектирования электронных схем

Learning outcome: applying knowledge and understanding

• представлять числа в различных системах счисления и уметь переводить их из одной системы в другую, производить над числами, представленными в той или иной форме, простейшие арифметические операции

Learning outcome: formation of judgments

• описывать работу цифровых устройств в виде минимизированных логических выражений того или иного базиса

Learning outcome: communicative abilities

• объяснять принцип работы типового микропроцессора и микроконтроллера, составлять для них простейшие программы на языке ассемблера

Learning outcome: learning skills or learning abilities

• работы с электронной аппаратурой и контрольно-измерительными приборами; приемами диагностирования и обслуживания электронных схем, входящих в объекты технологического контроля и управления

Teaching methods

интерактивная лекция (применение следующих активных форм обучения: ведомая (управляемая) дискуссия или беседа; демонстрация слайдов или учебных фильмов; мозговой штурм; мотивационная речь);

информационно-коммуникационная (например, занятия в компьютерном классе с использованием различных операционных систем и профессиональных пакетов прикладных программ);

поисково-исследовательская (самостоятельная исследовательская деятельность студентов в процессе обучения).

Assessment of the student's knowledge

Teacher oversees various tasks related to ongoing assessment and determines students' current performance twice during each academic period. Ratings 1 and 2 are formulated based on the outcomes of this ongoing assessment. The student's learning achievements are assessed using a 100-point scale, and the final grades P1 and P2 are calculated as the average of their ongoing performance evaluations. The teacher evaluates the student's work throughout the academic period in alignment with the assignment submission schedule for the discipline. The assessment system may incorporate a mix of written and oral, group and individual formats.

The evaluating policy of learning outcomes by work type

Evaluation form

The student's final grade in the course is calculated on a 100 point grading scale, it includes:

• 40% of the examination result;
• 60% of current control result.

The final grade is calculated by the formula:

 

Where Midterm 1, Midterm 2are digital equivalents of the grades of Midterm 1 and 2;

E is a digital equivalent of the exam grade.

Final alphabetical grade and its equivalent in points:

The letter grading system for students' academic achievements, corresponding to the numerical equivalent on a four-point scale:

Topics of lectures

• Введение
• Арифметические основы цифровой техники
• Логические основы цифровой техники
• Схемотехника логических микросхем
• Последовательностные цифровые устройства
• Регистры и их разновидности
• Запоминающие устройства
• Цифро-аналоговый преобразователь
• Общие сведения о микропроцессорах

Key reading

• Бойко В.И., Гурджий А.Н., Жуков В.Я. и др. Схемотехника электронных устройств. Цифровые устройства. СПб.:БХВ – Петербурбг, 2004. – 512 с.
• Бойко В.И., Гурджий А.Н., Жуков В.Я. и др. Схемотехника электронных устройств. Микропроцессоры и микроконтроллеры. СПб.:БХВ – Петербурбг, 2004. – 464 с.
• Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника. СПб.:БХВ – Петербурбг, 2000. – 528 с.
• Гольденберг Л.М. и др. Цифровые устройства и микропроцессорные системы. Задачи и упражнения. Учебное пособие. – М.: Радио и связь, 1992. – 256 с.
• Бирюков С.А. Применение цифровых микросхем серии ТТЛ и КМОП. 2-е изд. – М.: ДМК, 2000. – 240 с.
• Калабеков Л.А. Цифровые устройства и микропроцессорные системы. 2-е изд. – М.: Горячая линия–Телеком, 2005. – 336 с.

Further reading

• Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM PC. Лабораторный практикум на базе Electronics Workbench и Matlab. – М.: СОЛОН-Пресс, 2004. – 800 с.
• Тавернье К. PIC-микроконтроллеры. Практика применения: Пер. с фр. – М.: ДМК Пресс, 2002.-272с.
• Ульрих В.А. Микроконтроллеры PIC 16C7XX. – Наука и техника.: СПб, 2000.- 255 с.