Название тем лекционных занятий,

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Цель преподавания дисциплины.

Целью преподавания дисциплины «Цифровые и микропроцессорные устройства » является изучения основ теории, методов анализа и синтеза современных цифровых устройств и систем, широко применяемых в радиоэлектронике.

Задачи изучения дисциплины.

В результате изучения дисциплины студент должен:

знать:

- системы счисления, используемые в цифровых устройствах и формы представления информации;

- математический аппарат, используемый для анализа и синтеза комбинационных и последовательностных цифровых устройств;

- современную базу цифровой техники;

- принципы организации функциональных цифровых устройств и систем;

уметь:

- характеризоватьфизические процессы, происходящие в цифровых устройствах;

- проектировать и анализировать цифровые устройства, используя аппарат булевой алгебры и теорию конечных автоматов;

- составлять алгоритмы и программы, реализующие типовые процедуры формирования сигналов, арифметические и логические преобразования.

 

Перечень дисциплин, усвоение которых необходимо для изучения

данной дисциплины

Дисциплина «Цифровые и микропроцессорные устройства» базируется на знаниях, полученных студентами при изучении следующих дисциплин:

 

№ пп	Название дисциплины	Раздел, тема
	Физика	Электричество, магнетизм и электромагнитные волны
	Высшая математика	Дифференциальное и интегральное исчисления. Операционное исчисление
	Теория электрических цепей	Переходные процессы в электрических цепях.
	Радиотехнические цепи и сигналы	Спектральный анализ сигналов. Прохождение сигналов через линейные и нелинейные цепи
	Электронные приборы	Биполярные и полевые транзисторы. Интегральные микросхемы
	Основы алгоритмизации и программирования	Системы программирования. Алгоритмы вычислительной математики

 

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

НАЗВАНИЕ ТЕМ ЛЕКЦИОННЫХ ЗАНЯТИЙ,

ИХ СОДЕРЖАНИЕ, ОБЪЕМ В ЧАСАХ

№ пп	Название темы	Содержание	Всего часов (аудит.) по дневн. форме обучения	Всего часов (аудит.) по заочной форме обучения	Контролируемая самостоятельная работа студентов
Шестой семестр. Часть 1. Цифровые устройства
	Цифровые сигналы и устройства	Классификация радиотехнических сигналов. Принцип аналого-цифрового преобразования информации. Цифровые и логические сигналы. Виды и параметры импульсных сигналов. Комбинационные и последовательностные цифровые устройства.		-
	Системы счисления	Позиционные системы счисления: двоичная, восьмеричная, десятичная и шестнадцатеричная. Преобразование чисел из одной системы счисления в другую. Арифметические действия над многоразрядными двоичными числами.		-
	Основы алгебры логики	Основные понятия алгебры логики (булевой алгебры). Логические переменные и константы. Основные логические операции: отрицание(инверсия), логическое умножение (конъюнкция), логическое сложение (дизъюнкция). Логические функции. Способы задания логических функций: таблицы истинности, логические уравнения. Законы, аксиомы и правила алгебры логики. Преобразования логических уравнений с помощью законов и правил алгебры логики.		-
	Функции алгебры логики	Элементарные функции алгебры логики одной и двух переменных. Логические элементы, реализующие элементарные функции. Реализация логических функций на логических элементах. Логический базис. Функционально полные базисы. Аналитические формы представления логических функций. Дизъюнктивные и конъюнктивные формы записи функций алгебры логики.		-
	Минимизация логических функций	Методы минимизации функций алгебры логики. Аналитические и табличные методы минимизации функций. Минимизация логических функций методом Квайна – Мак-Класски. Не полностью определенные логические функций и их минимизация. Анализ и синтез комбинационных устройств на логических элементах.
	Ключевые схемы на дискретных элементах	Электронные ключи: основные понятия и определения. Ключи на биполярных и полевых транзисторах. Принцип действия, условия работоспособности, рабочие характеристики транзисторного ключа. Методы повышения быстродействия ключевых схем. Переключатели тока на дифференциальных каскадах.		-
	Цифровые интегральные микросхемы	Серии цифровых интегральных микросхем (ИМС). Параметры логических элементов: напряжение питания, логические уровни, быстродействие, потребляемая мощность, помехоустойчивость, коэффициент объединения по входу, коэффициент разветвления по выходу. Схемы, параметры и характеристики базовых логических элементов стандартных серий цифровых ИМС транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ), транзисторно-транзисторной логики с диодами Шоттки (ТТЛШ), эмиттерно-связанной логики (ЭСЛ), МОП и КМОП (CMOS) логики; биполярно-полевой логики (BiCMOS); сверхбыстродействующей КМОП логики (Fast CMOS), совместимые с ТТЛ. Сравнительные характеристики стандартных серий интегральных микросхем.
8	Программируемые логические устройства	Цифровые логические устройства с программируемыми характеристиками. Обобщенная структурная схема программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС). Программируемые логические устройства (ПЛУ). Программируемые логические матрицы (ПЛМ). Программируемая матричная логика (ПМЛ). Проектирование цифровых устройств на ПЛУ.	2	1	1
	Сумматоры, вычитатели	Цифровые устройства комбинационного типа. Двоичный полусумматор. Одноразрядный полный двоичный сумматор. Многоразрядные сумматоры с последовательным и параллельным переносом. Двоичные вычитатели.		-
	Преобразователи кодов	Преобразование двоично-десятичного кода в двоичный. Преобразование двоичного кода 8421 в код Грея. Синтез преобразователя двоично-десятичного кода в семисегментный код для управления индикатором. Цифровые компараторы. Структурный синтез компаратора. Каскадное соединение компараторов.		-
	Шифраторы и дешифраторы	Реализация шифраторов и дешифраторов на логических элементах, расширение разрядности, области применения. Проектирование шифраторов и дешифраторов на программируемых логических матрицах.		-
	Мультиплексоры и демультиплексоры	Назначение и принципы работы мультиплексоров. Расширение разрядности мультиплексора. Проектирование мультиплексоров на программируемых логических матрицах. Области применения мультиплексоров. Структура демультиплексора, расширение разрядности. Применение дешифраторов с входом расширения в качестве демультиплексоров.		-
	Триггеры	Триггеры: классификация, синтез и принципы реализации, условные обозначения. Асинхронные RS-триггеры. Синхронные RS-триггеры, D-триггеры, JK-триггеры, Т-триггеры. Двухступенчатые триггеры (МS-триггеры). Комбинированные триггеры с динамическим управлением. Триггеры с внутренней задержкой.
	Регистры	Регистры: классификация и область применения. Параллельные (регистры памяти), последовательные (регистры сдвига), реверсивные, специального назначения. Применение регистров сдвига для построения генераторов псевдослучайных последовательностей. Кольцевые схемы.
	Счетчики	Счетчики: общие сведения, классификация. Асинхронные (последовательные) суммирующие, вычитающие и реверсивные счетчики. Синхронные (параллельные) двоичные и двоично-десятичные счетчики. Методы межразрядного переноса сигналов в счетчиках. Наращивание разрядности счетчика. Счетчики с произвольным модулем счета. Логический синтез счетчиков.
16	Последовательностные автоматы	Общие сведения о конечных цифровых автоматах. Основные понятия теории конечных автоматов. Способы задания функционирования автомата: таблицы переходов и выходов, граф автомата. Абстрактная модель цифрового автомата. Автоматы Мили и Мура. Минимизация абстрактных автоматов. Структурная модель цифрового автомата. Структурный синтез цифрового автомата. Сравнение по быстродействию автоматов с жесткой и программируемой логикой.	2		2
	Формирователи импульсов	Формирователи импульсов по длительности на основе элементов задержки. Формирователь укороченных импульсов на основе дифференцирующей цепи. Триггер-формирователь сигналов (триггер Шмитта): назначение, основные характеристики, варианты реализации на логических элементах и интегральном таймере.		-
	Генераторы прямоугольных импульсов	Общие сведения о генераторах импульсов. Мультивибраторы. Основные характеристики и режимы работы мультивибраторов. Автоколебательные и ждущие мультивибраторы на логических элементах: принцип действия, разновидности схемной реализации, условия работоспособности и основные характеристики. Генераторы на интегральном таймере: принцип действия, варианты схем, основные характеристики. Мультивибраторы на операционных усилителях.		-
	Генераторы линейно изменяющегося напряжения	Генераторы линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН): основные характеристики и области применения. ГЛИН на основе интегрирующей RC-цепи. Методы улучшения линейности генераторов линейно изменяющегося напряжения.		-
	Заключение	Актуальность применения цифровых устройств, сравнительные характеристики, основные проблемы их практической реализации.		-
Итого за 6 семестр

 

ИХ СОДЕРЖАНИЕ И ОБЪЕМ В ЧАСАХ

№ пп	Название темы	Содержание	Всего часов (аудит.) по дневн. форме обучения	Всего часов (аудит.) по заочной форме обучения	Контролируемая самостоятельная работа студентов
Шестой семестр
2.1	Алгебра логики. Тождественные преобразования логических выражений.	Основные понятия алгебры логики. Преобразования логических уравнений с помощью законов и правил алгебры логики.	-		-
Итого за 6 семестр	-		-

ИХ СОДЕРЖАНИЕ И ОБЪЕМ В ЧАСАХ

№ пп	Название темы	Содержание	Всего часов (аудит.) по заочной форме обучения
Шестой семестр
3.1	Исследование триггерных устройств	Исследование RS-, D-, JK-, и Т- триггерных устройств в среде MULTISIM.
3.2	Исследование электронных тронных счетчиков	Исследование синхронных и асинхронных счетчиков в среде MULTISIM.
Итого за 6 семестр 8

ЛИТЕРАТУРА

ОСНОВНАЯ

6.1. Опадчий Ю. Ф. Аналоговая и цифровая электроника: учебник для вузов / Ю. Ф. Опадчий, О. П. Глудкин, А. И. Гуров. – М.: Горячая линия – Телеком, 2005. – 768 с.

6.2. Безуглов Д. А. Цифровые устройства и микропроцессоры: учебное пособие для вузов / Д. А. Безуглов, И. В. Калиенко. – Ростов н/Д: Феникс, 2008. – 468 с.

6.3. Браммер Ю. А. Цифровые устройства: учебное пособие для вузов / Ю. А. Браммер, И. Н. Пащук. – М.: Высш. шк., 2004. – 229 с.

6.4. Угрюмов Е. П. Цифровая схемотехника: учебное пособие для вузов /

Е. П. Угрюмов. – СПб.: БХВ-Петербург, 2007. – 800 с.

6.5. Новиков Ю. В. Основы цифровой схемотехники / Ю. В. Новиков. – М.: Мир, 2001. – 379 с.

6.6. Новожилов О.П. Основы цифровой техники. – М.: ИП РадиоСофт, 2004. – 528 с.

 

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ

6.7. Калабеков Б.А. Цифровые устройства и микропроцессорные системы: учебник для сузов. – М.: Горячая линия – Телеком, 2002. – 336 с.

6.8. Грушвицкий Р.И., Мурсаев А.Х., Угрюмов Е.П. Проектирование систем на микросхемах программируемой логики. – СПб.: БХВ, 2002.

6.9. Уэйкерли Дж. Проектирование цифровых устройств: в 2 т. / Дж. Уэйкерли; пер. с англ. – М.: Постмаркет, 2002. – 1072 с.

6.10. Точчи Р. Д. Цифровые системы. Теория и практика, 8-е изд. / Р. Д. Точчи, Н. С. Уидмер; пер. с англ. – М.: Изд. дом «Вильямс», 2004. – 1024 с.

6.11. Хернитер М. Е. Multisim. Современная система компьютерного моделирования и анализа схем электронных устройств / Марк Е. Хернитер; пер. с англ. – Изд. дом «ДМК-пресс», 2006. – 488 с.

6.12. Левкович В.Н., Ходасевич Р.Г. Исследование электронных ключей на биполярных транзисторах: методическое пособие к лабораторной работе. – Мн.: БГУИР, 1999.

6.13. Будько А.А. Исследование генераторов линейно изменяющегося напряжения: методическое пособие к лабораторной работе. – Мн.: БГУИР, 1999.

6.14. Левкович В.Н. Исследование мультивибраторов: методическое пособие к лабораторной работе. - Мн.: БГУИР, 2000.

6.15. Левкович В.Н. Исследование формирователей импульсов на интегральных микросхемах: методическое пособие к лабораторной работе. – Мн.: БГУИР, 2000.

6.16. Левкович В.Н., Ходасевич Р.Г. Исследование триггерных устройств: методическое пособие к лабораторной работе. – Мн.: БГУИР, 2007.

6.17. Левкович В.Н., Ходасевич Р.Г. Исследование регистров: методическое пособие к лабораторной работе. – Мн.: БГУИР, 2008.

6.18. Левкович В.Н., Ходасевич Р.Г. Исследование электронных счетчиков: методическое пособие к лабораторной работе. – Мн.: БГУИР, 2008.

6.19. Цифровые устройства. Лабораторный практикум: учеб.-метод. пособие / Р. Г. Ходасевич, В. Н. Левкович, А. В. Мартинович, Е. Н. Каленкович. – Минск: БГУИР, 2010. – 112 с.: ил.

Учебно-методическая карта дисциплины

 

План-график учебного процесса	Номер темы (по п. 1)	Название вопросов, которые изучаются на лекциях	Практические (семинарские) занятия (по п. 2)	Лабораторные занятия (по п. 3)	Литература (номера) (по п.6)	Наглядные и методические пособия (номера) (по п.5)	Форма контроля знаний студентов
Установ. сессия	3-5	Математические основы цифровой техники	2.1		6.1; 6.2; 6.7; 6.10	5.4	текущий опрос
Лабора- торно- экзаменац.		Функциональные устройства комбинационного типа		3.1	6.1; 6.2; 6.3; 6.7	5.3; 5.4; 6.16	защита лаб. работы
		Функциональные устройства последовательностного типа		3.2	6.1; 6.2; 6.3; 6.7	5.3; 5.4; 6.18	защита лаб. работы
							зачет

 

 

С ДРУГИМИ ДИСЦИПЛИНАМИ СПЕЦИАЛЬНОСТИ

 

 

Название дисциплины, с которой требуется согласование	Кафедра, обеспечивающая изучение этой дисциплины	Предложения об изменениях в содержании учебной программы по изучаемой дисциплине	Решение, принятое кафедрой, разработавшей учебную программу (с ука- занием даты и но- мера протокола)
Сигнальные процессоры и проектирование программируемых цифровых устройств	Кафедра радиотехнических систем	Предложений и замечаний нет. С другими дисциплинами согласования не требуется.	Протокол №11 от 05. 05. 2009 г

 

 

Зав. кафедрой РТС И.Ю. Малевич

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Цель преподавания дисциплины.

Целью преподавания дисциплины «Цифровые и микропроцессорные устройства » является изучения основ теории, методов анализа и синтеза современных цифровых устройств и систем, широко применяемых в радиоэлектронике.

Задачи изучения дисциплины.

В результате изучения дисциплины студент должен:

знать:

- системы счисления, используемые в цифровых устройствах и формы представления информации;

- математический аппарат, используемый для анализа и синтеза комбинационных и последовательностных цифровых устройств;

- современную базу цифровой техники;

- принципы организации функциональных цифровых устройств и систем;

уметь:

- характеризоватьфизические процессы, происходящие в цифровых устройствах;

- проектировать и анализировать цифровые устройства, используя аппарат булевой алгебры и теорию конечных автоматов;

- составлять алгоритмы и программы, реализующие типовые процедуры формирования сигналов, арифметические и логические преобразования.

 

Перечень дисциплин, усвоение которых необходимо для изучения

данной дисциплины

Дисциплина «Цифровые и микропроцессорные устройства» базируется на знаниях, полученных студентами при изучении следующих дисциплин:

 

№ пп	Название дисциплины	Раздел, тема
	Физика	Электричество, магнетизм и электромагнитные волны
	Высшая математика	Дифференциальное и интегральное исчисления. Операционное исчисление
	Теория электрических цепей	Переходные процессы в электрических цепях.
	Радиотехнические цепи и сигналы	Спектральный анализ сигналов. Прохождение сигналов через линейные и нелинейные цепи
	Электронные приборы	Биполярные и полевые транзисторы. Интегральные микросхемы
	Основы алгоритмизации и программирования	Системы программирования. Алгоритмы вычислительной математики

 

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

НАЗВАНИЕ ТЕМ ЛЕКЦИОННЫХ ЗАНЯТИЙ,

ИХ СОДЕРЖАНИЕ, ОБЪЕМ В ЧАСАХ

№ пп	Название темы	Содержание	Всего часов (аудит.) по дневн. форме обучения	Всего часов (аудит.) по заочной форме обучения	Контролируемая самостоятельная работа студентов
Шестой семестр. Часть 1. Цифровые устройства
	Цифровые сигналы и устройства	Классификация радиотехнических сигналов. Принцип аналого-цифрового преобразования информации. Цифровые и логические сигналы. Виды и параметры импульсных сигналов. Комбинационные и последовательностные цифровые устройства.		-
	Системы счисления	Позиционные системы счисления: двоичная, восьмеричная, десятичная и шестнадцатеричная. Преобразование чисел из одной системы счисления в другую. Арифметические действия над многоразрядными двоичными числами.		-
	Основы алгебры логики	Основные понятия алгебры логики (булевой алгебры). Логические переменные и константы. Основные логические операции: отрицание(инверсия), логическое умножение (конъюнкция), логическое сложение (дизъюнкция). Логические функции. Способы задания логических функций: таблицы истинности, логические уравнения. Законы, аксиомы и правила алгебры логики. Преобразования логических уравнений с помощью законов и правил алгебры логики.		-
	Функции алгебры логики	Элементарные функции алгебры логики одной и двух переменных. Логические элементы, реализующие элементарные функции. Реализация логических функций на логических элементах. Логический базис. Функционально полные базисы. Аналитические формы представления логических функций. Дизъюнктивные и конъюнктивные формы записи функций алгебры логики.		-
	Минимизация логических функций	Методы минимизации функций алгебры логики. Аналитические и табличные методы минимизации функций. Минимизация логических функций методом Квайна – Мак-Класски. Не полностью определенные логические функций и их минимизация. Анализ и синтез комбинационных устройств на логических элементах.
	Ключевые схемы на дискретных элементах	Электронные ключи: основные понятия и определения. Ключи на биполярных и полевых транзисторах. Принцип действия, условия работоспособности, рабочие характеристики транзисторного ключа. Методы повышения быстродействия ключевых схем. Переключатели тока на дифференциальных каскадах.		-
	Цифровые интегральные микросхемы	Серии цифровых интегральных микросхем (ИМС). Параметры логических элементов: напряжение питания, логические уровни, быстродействие, потребляемая мощность, помехоустойчивость, коэффициент объединения по входу, коэффициент разветвления по выходу. Схемы, параметры и характеристики базовых логических элементов стандартных серий цифровых ИМС транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ), транзисторно-транзисторной логики с диодами Шоттки (ТТЛШ), эмиттерно-связанной логики (ЭСЛ), МОП и КМОП (CMOS) логики; биполярно-полевой логики (BiCMOS); сверхбыстродействующей КМОП логики (Fast CMOS), совместимые с ТТЛ. Сравнительные характеристики стандартных серий интегральных микросхем.
8	Программируемые логические устройства	Цифровые логические устройства с программируемыми характеристиками. Обобщенная структурная схема программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС). Программируемые логические устройства (ПЛУ). Программируемые логические матрицы (ПЛМ). Программируемая матричная логика (ПМЛ). Проектирование цифровых устройств на ПЛУ.	2	1	1
	Сумматоры, вычитатели	Цифровые устройства комбинационного типа. Двоичный полусумматор. Одноразрядный полный двоичный сумматор. Многоразрядные сумматоры с последовательным и параллельным переносом. Двоичные вычитатели.		-
	Преобразователи кодов	Преобразование двоично-десятичного кода в двоичный. Преобразование двоичного кода 8421 в код Грея. Синтез преобразователя двоично-десятичного кода в семисегментный код для управления индикатором. Цифровые компараторы. Структурный синтез компаратора. Каскадное соединение компараторов.		-
	Шифраторы и дешифраторы	Реализация шифраторов и дешифраторов на логических элементах, расширение разрядности, области применения. Проектирование шифраторов и дешифраторов на программируемых логических матрицах.		-
	Мультиплексоры и демультиплексоры	Назначение и принципы работы мультиплексоров. Расширение разрядности мультиплексора. Проектирование мультиплексоров на программируемых логических матрицах. Области применения мультиплексоров. Структура демультиплексора, расширение разрядности. Применение дешифраторов с входом расширения в качестве демультиплексоров.		-
	Триггеры	Триггеры: классификация, синтез и принципы реализации, условные обозначения. Асинхронные RS-триггеры. Синхронные RS-триггеры, D-триггеры, JK-триггеры, Т-триггеры. Двухступенчатые триггеры (МS-триггеры). Комбинированные триггеры с динамическим управлением. Триггеры с внутренней задержкой.
	Регистры	Регистры: классификация и область применения. Параллельные (регистры памяти), последовательные (регистры сдвига), реверсивные, специального назначения. Применение регистров сдвига для построения генераторов псевдослучайных последовательностей. Кольцевые схемы.
	Счетчики	Счетчики: общие сведения, классификация. Асинхронные (последовательные) суммирующие, вычитающие и реверсивные счетчики. Синхронные (параллельные) двоичные и двоично-десятичные счетчики. Методы межразрядного переноса сигналов в счетчиках. Наращивание разрядности счетчика. Счетчики с произвольным модулем счета. Логический синтез счетчиков.
16	Последовательностные автоматы	Общие сведения о конечных цифровых автоматах. Основные понятия теории конечных автоматов. Способы задания функционирования автомата: таблицы переходов и выходов, граф автомата. Абстрактная модель цифрового автомата. Автоматы Мили и Мура. Минимизация абстрактных автоматов. Структурная модель цифрового автомата. Структурный синтез цифрового автомата. Сравнение по быстродействию автоматов с жесткой и программируемой логикой.	2		2
	Формирователи импульсов	Формирователи импульсов по длительности на основе элементов задержки. Формирователь укороченных импульсов на основе дифференцирующей цепи. Триггер-формирователь сигналов (триггер Шмитта): назначение, основные характеристики, варианты реализации на логических элементах и интегральном таймере.		-
	Генераторы прямоугольных импульсов	Общие сведения о генераторах импульсов. Мультивибраторы. Основные характеристики и режимы работы мультивибраторов. Автоколебательные и ждущие мультивибраторы на логических элементах: принцип действия, разновидности схемной реализации, условия работоспособности и основные характеристики. Генераторы на интегральном таймере: принцип действия, варианты схем, основные характеристики. Мультивибраторы на операционных усилителях.		-
	Генераторы линейно изменяющегося напряжения	Генераторы линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН): основные характеристики и области применения. ГЛИН на основе интегрирующей RC-цепи. Методы улучшения линейности генераторов линейно изменяющегося напряжения.		-
	Заключение	Актуальность применения цифровых устройств, сравнительные характеристики, основные проблемы их практической реализации.		-
Итого за 6 семестр