Digitális technika 1

 1-2 hét                 

A logikai feladat és a logikai tervezés fogalma. Az analóg és digitális jelfeldolgozás lényege és összehasonlításuk. A logikai rendszer, mint a digitális eszközök elvi absztrakciója. A Boole-algebra alkalmazása a működés leírására. Számrendszerek (2,10,16), számábrázolási módok és az aritmetikai műveletekre gyakorolt hatásuk. Átváltás a számrendszerek között, Horner szabály, gyors átalakítás kettes és hexadecimális számrendszerek között. Törtek ábrázolása, negatív számok ábrázolása, előjel és abszolút érték, kettes komplemens. Tízes számrendszer kezelése, BCD ábrázolás.

Logikai érték, logikai változó, logikai függvény fogalma. Logikai érték származtatása feszültség logika. Logikai függvények megadási módjai, konjunktív és diszjunktív kanonikus algebrai és számjegyes alakok. Minterm és maxtermes ábrázolás. Átalakítás különböző számjegyes alakok között. Logikai kapuk ábrázolása rajzjelekkel.

3-4 hét

Logikai függvények minimalizálása, szomszédosság fogalma, algebrai egyszerűsítés, prímimplikáns fogalma, megkülönböztetett minterm/maxterm, prímimplikánsok és lényeges prímimplikánsok keresése, grafikus minimalizálás, Karnaugh tábla, közömbös fogalma, legegyszerűbb kétszintű alak előállítása.

Szöveges specifikáció, szöveges leírás alapján különféle megadási módok igazságtábla, Karnaugh tábla, számjegyes alakok előállítása. Számjegyes alakok átalakítása.

5-6 hét

Kombinációs hálózatok átmeneti jelenségei (hazárdok). Jelterjedési idő fogalma, hatása a kombinációs hálózat működésére. Kétszintű és többszintű hálózatok dinamikus viselkedése. Statikus dinamikus és funkcionális hazárd fogalma, kiküszöbölése.

Szimmetrikus logikai függvények, szimmetriaszám fogalma, szimmetrikus függvényeken végzett műveletek tulajdonságai. Egy bites teljes összeadó, összeadás/kivonás megvalósítása. Szorzás megvalósítása.

Multiplexerek, kombinációs hálózatok megvalósítása multiplexerek, mint funkcionális építőelem felhasználásával.

Prioritás enkóder, dekóder felépítése, tipikus dekóderek 1/ 2, 2/ 4, 3/ 8. Komparátor áramkörök. Komparátorok soros és párhuzamos kaszkádosítása. Kettes komplemens számok összehasonlítása.

7-8 hét

Sorrendi hálózatok bevezetése, aszinkron és szinkron működés. Sorrendi hálózatok megadása: állapottábla, állapotgráf. Sorrendi működés követése állapottábla alapján, Mealy és Moore modell.

Elemi sorrendi hálózatok (flip-flopok) és átalakításuk. Regiszter fogalma, reset, preset és tetszőleges érték betöltésének megvalósítása. Tárolók időzítési jellemzői, adat előkészítési-, tartási idő, maximális működési frekvencia meghatározása.

Szinkron sorrendi hálózat tervezésének lépései egy konkrét példán keresztül. (Mealy és Moore modell szerint működő hálózat)

9-10 hét

Szinkron sorrendi hálózat formális specifikálása: állapottábla, állapotgráf felvétele szöveges leírás és idődiagram alapján.

Állapottábla feleslegesen megkülönböztetett állapotainak megkeresése, összevonása. Megkülönböztethető és nem megkülönböztethető állapotok. Állapotekvivalencia, állapotkompatibilitás fogalma. Paul-Unger eljárás. Összevont állapottábla szisztematikus előállítása.

Szinkron sorrendi hálózatok állapotkódolása. Állapotkódolás célja, hatása a megvalósítás bonyolultságára. Szomszédos kódolás, HT partíció, kimenet alapján történő kódolás, n-ből 1 kód.

11-12 hét

Szinkron sorrendi hálózatok analízise, Elvi logikai rajz alapján működés elemzése, állapottábla előállítása, rendszerhazárd fogalma, metastabilitás.

Szinkron számlálók, kezdeti érték beállítási lehetőségek, szinkron és aszinkron törlés, kezdőérték betöltés, bináris és BCD számlálók. Számlálók soros és párhuzamos kaszkádosítása.

13-14 hét

Shift regiszter, barrel shifter megvalósítása. Általános regiszter. Kezdőérték betöltésének biztosítása. Komplex tervezési feladat funkcionális elemekből. Pl. csúszóablakos mintafelismerés sorosan érkező bemeneti adatokon.

Vezérlési szerkezet – adatstruktúra szétválasztás.

Bemutatás példán keresztül: szorzás elvégzése szekvenciálisan, több órajel alatt

Kompozíciós feladatok megoldása számlálók és komparátorok felhasználásával (fel/le számlálás, páros/páratlan számlálás)

A gyakorlatok tematikája

1. Számrendszerek gyakorlása, számok átváltása különböző számrendszerek között, törtszámok felírása, kettes komplemens használata, BCD ábrázolás

2. Szöveges feladat alapján formális specifikáció készítése: Igazságtábla, Karnaugh tábla, elvi logikai rajz, algebrai alak. Grafikus minimalizálás gyakorlása.

3. Kombinációs hálózatok előállítása multiplexerek felhasználásával, funkcionális építőelemmel és elvevő/hozzáadó hálózattal.

4. Sorrendi hálózat állapotkövetése állapottábla alapján. Kimenet jelalakjának meghatározása idődiagramon.

5. Szinkron sorrendi hálózat komplett tervezése a specifikációtól az elvi logikai rajzig. Állapottábla felvétele szöveges feladatok alapján. Állapotösszevonás, állapotkódolás, vezérlési tábla felvétele. Vezérlési egyenletek meghatározása. Elvi logikai rajz készítése.

6. Tervezési feladat megoldása számláló áramkörök és minimális kiegészítő hálózat felhasználásával.

7. Vizsgagyakorlás

A laboratóriumi mérések tematikája: 

1. mérés. - Kombinációs hálózatok vizsgálata.

Statikus és dinamikus hazárd demonstrálása. Kombinációs hálózatok tervezése, építése mérőpanelen.

2. mérés. - Sorrendi hálózatok vizsgálata 1.

Sorrendi hálózatok építése D vagy J-K flip-flopok felhasználásával, bitsoros összeadó működésének vizsgálata.

3. mérés. - Sorrendi hálózatok vizsgálata 2.

Szinkron sorrendi hálózatok építése, vizsgálata (számláló, léptető regiszter, kétkezes indítás)