Σχεδίαση Ψηφιακών Συστημάτων

Γενικά

  • Κωδικός Μαθήματος: 1204
  • Εξάμηνο: 2ο
  • Τύπος Μαθήματος: Επιστημονικής Περιοχής - Ανάπτυξης Δεξιοτήτων (ΕΠ-ΑΔ)
  • Είδος Μαθήματος: Υποχρεωτικό (ΥΠ)
  • Γνωστική Περιοχή: Ενσωματωμένα - Υπολογιστικά Συστήματα (ΕΥΣ)
  • Διδασκαλία Θεωρίας: 4 ώρες/εβδομάδα
  • Διδασκαλία Εργαστηρίου: 1 ώρες/εβδομάδα
  • Πιστωτικές μονάδες ECTS: 6
  • Γλώσσα διδασκαλίας και Εξετάσεων: Ελληνικά
  • Το μάθημα προσφέρεται σε φοιτητές Erasmus
  • Διδάσκοντες: Μπάμνιος Γεώργιος, Τσιακμάκης Κυριάκος

Μαθησιακά Αποτελέσματα

Σκοπός του μαθήματος είναι η διδασκαλία των βασικών γνώσεων που απαιτούνται για τη μελέτη, ανάλυση και σχεδίαση των ψηφιακών κυκλωμάτων συνδυαστικής λογικής και η ανάπτυξη της ικανότητας ανάλυσης και σχεδίασης σύγχρονων και ασύγχρονων ακολουθιακών ψηφιακών κυκλωμάτων. Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος ο φοιτητής/τρια θα είναι σε θέση να:

  • Περιγράφει τις βασικές αρχές της ψηφιακής λογικής, να εφαρμόζει τα θεωρήματα της Άλγεβρας του Boole και να σχεδιάζει απλές λογικές εκφράσεις χρησιμοποιώντας τις βασικές λογικές πύλες.
  • Υπολογίζει συναρτήσεις συνδυαστικής λογικής, να τις βελτιστοποιεί και να σχεδιάζει τα αντίστοιχα κυκλώματα με πύλες AND, OR και NOT, ή με NAND ή NOR εφαρμόζοντας θεωρήματα De Morgan.
  • Αναλύει και σχεδιάζει πιο σύνθετα συνδυαστικά κυκλώματα όπως αθροιστές, συγκριτές, κωδικοποιητές αποκωδικοποιητές και κυκλώματα μετατροπής κωδίκων.
  • Αναγνωρίζει και διαφοροποιεί την περιγραφή κυκλωμάτων μέσω της γλώσσας περιγραφής κυκλωμάτων VHDL και να αναγνωρίζει και συγκρίνει τις υλοποιήσεις πολύπλοκων ψηφιακών κυκλωμάτων μέσω διατάξεων προγραμματιζόμενης λογικής (CPLD, FPGA).
  • Αναγνωρίζει τα είδη των μανδαλωτών (Flip-Flops), να εξηγεί τη λειτουργία των καταχωρητών σειριακής & παράλληλης εισόδου/εξόδου και να εξηγεί τη λειτουργία τους.
  • Αναλύει και να σχεδιάζει σύγχρονα ακολουθιακά κυκλώματα και να αναλύει και να συνθέτει ασύγχρονα ακολουθιακά κυκλώματα.
  • Αναγνωρίζει τους κινδύνους σε λογικά κυκλώματα και τις βασικές αρχές λειτουργίας των διαδικασιών ελέγχου ψηφιακών κυκλωμάτων.
Γενικές Ικανότητες
  • Αναζήτηση, ανάλυση και σύνθεση δεδομένων και πληροφοριών, με τη χρήση και των απαραίτητων τεχνολογιών
  • Λήψη αποφάσεων
  • Αυτόνομη εργασία
  • Ομαδική εργασία
  • Άσκηση κριτικής και αυτοκριτικής
  • Προαγωγή της ελεύθερης, δημιουργικής και επαγωγικής σκέψης

Περιεχόμενο Μαθήματος

• Άλγεβρα Boole και λογικές πύλες.
• Αριθμητικά συστήματα. Πράξεις μεταξύ ψηφιακών αριθμών. Δυαδικοί κώδικες.
• Συνδυαστική λογική. Μέθοδοι απλοποίησης λογικών συναρτήσεων.
• Σχεδίαση κυκλωμάτων με χρήση NAND και NOR Logic.
• Εφαρμογές συνδυαστικής λογικής. Αθροιστές, συγκριτές.
• Κωδικοποιητές, αποκωδικοποιητές, πολυπλέκτες, αποπολυπλέκτες. Υλοποίηση συναρτήσεων.
• Τεχνολογίες Υλοποίησης. Λογικές πύλες τεχνολογίας PMOS και CMOS. Αρνητική Λογική. Διατάξεις
Προγραμματιζόμενης Λογικής (PLD, PLA, PAL, CPLD, FPGA). Υλοποίηση Διατάξεων.
• Εισαγωγή στη γλώσσα VHDL. Παράσταση ψηφιακών σημάτων. Σύνθεση κυκλωμάτων. Σχεδίαση αριθμητικών
κυκλωμάτων.
• Μανδαλωτής. Είδη και λειτουργία των Flip-Flops.
• Καταχωρητές: Σειριακής & Παράλληλης εισόδου εξόδου.
• Σύγχρονα Ακολουθιακά Κυκλώματα – ΣΑΚ, Μηχανές Πεπερασμένων Καταστάσεων – FSM, Ανάλυση με
διάφορους τύπους FFs, Σχεδίαση με διάφορους τύπους FFs, Ελαχιστοποίηση καταστάσεων, Σχεδίαση
μετρητών.
• Ασύγχρονα Ακολουθιακά Κυκλώματα – ΑΑΚ, Ανάλυση και Σύνθεση ΑΑΚ, Κίνδυνοι σε λογικά κυκλώματα,
Έλεγχος Ψηφιακών Κυκλωμάτων.

Διδακτικές και Μαθησιακές Μέθοδοι - Αξιολόγηση

Τρόπος Παράδοσης
  • Πρόσωπο με πρόσωπο θεωρητική διδασκαλία (παράδοση, συζήτηση, επίλυση προβλημάτων).
  • Εργαστηριακή εκπαίδευση σε μικρές ομάδες φοιτητών.
Χρήση Τεχνολογιών Πληροφορίας και Επικοινωνιών
  • Χρήση λογισμικού παρουσιάσεων διαφανειών (Power point presentations).
  • Λογισμικό προγραμματισμού και υλοποίησης ψηφιακών κυκλωμάτων.
  • Χρήση moodle.
  • Ηλεκτρονική επικοινωνία με τους φοιτητές/τριες.
Οργάνωση Διδασκαλίας
Δραστηριότητα Φόρτος εργασίας εξαμήνου
Διαλέξεις52
Εργαστηριακές Ασκήσεις (υποχρεωτική παρουσία)13
Ατομική Μελέτη και ανάλυση βιβλιογραφίας76
Εβδομαδιαία εκπόνηση εργαστηριακών εργασιών σε μικρές ομάδες39
Σύνολο 180
Αξιολόγηση φοιτητών

Ι. Γραπτή τελική εξέταση (ΓΕ) (70%) που περιλαμβάνει επίλυση προβλημάτων με συνδυασμό γνώσεων της θεωρίας, υπολογισμούς και κριτική αξιολόγηση.

ΙΙ. Εργαστηριακή εξέταση (ΕΕ) (30%)
- Εβδομαδιαίες εργαστηριακές εργασίες σε μικρές ομάδες

Ο βαθμός του μαθήματος (ΓΕ*0,7 + ΕΕ*0,3) πρέπει να είναι τουλάχιστον πέντε (5).
Ο βαθμός της Γραπτής τελικής εξέτασης και της Συνολικής Εργαστηριακής εξέτασης πρέπει να είναι τουλάχιστον τέσσερα (4).
Τα κριτήρια αξιολόγησης είναι προσβάσιμα στους φοιτητές από την ηλεκτρονική σελίδα του μαθήματος.

Συνιστώμενη Βιβλιογραφία

Συγγράμματα μέσω του συστήματος "Εύδοξος"
  1. Α. Kleitz W., “Ψηφιακά Ηλεκτρονικά”, ΕΚΔΟΣΕΙΣ Α. ΤΖΙΟΛΑ & ΥΙΟΙ Α.Ε., 8η Έκδοση, 2011, ISBN: 978-960-418-338-8, Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 18548949.
  2. Β. Mano Morris, Ciletti Michael, “Ψηφιακή Σχεδίαση”, Α. ΠΑΠΑΣΩΤΗΡΙΟΥ & ΣΙΑ Ι.Κ.Ε., 6η Έκδοση, 2018, ISBN: 978-960-491-113-4, Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 68406394.
  3. Γ. Leach, Malvino, “Ψηφιακά Ηλεκτρονικά”, ΕΚΔΟΣΕΙΣ Α. ΤΖΙΟΛΑ & ΥΙΟΙ Α.Ε., 5η έκδ., 2006, ISBN: 960-8129-16-8, Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 18548697.
Συμπληρωματική ελληνόγλωσση βιβλιογραφία
  1. Α. Brown, Vranesic, “Σχεδίαση Ψηφιακών Συστημάτων με τη Γλώσσα VHDL”, ΕΚΔΟΣΕΙΣ Α. ΤΖΙΟΛΑ & ΥΙΟΙ Α.Ε., 3η Έκδοση, 2011, ISBN: 978-960-418-340-1, Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 18548944.
  2. Β. Tokheim Roger, “Ψηφιακά Ηλεκτρονικά”, ΕΚΔΟΣΕΙΣ Α. ΤΖΙΟΛΑ & ΥΙΟΙ Α.Ε., 1η Έκδοση, 2018, ISBN: 978-960-418-735-5, Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 68374023.
  3. Γ. Floyd Thomas L., “Ψηφιακά ηλεκτρονικά”, ΣΤΕΛΛΑ ΠΑΡΙΚΟΥ & ΣΙΑ ΟΕ, 1η έκδ., 2007, ISBN: 978-960-411-646-1, Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 14795.
Συμπληρωματική ξενόγλωσση βιβλιογραφία
  1. Α. Thomas Floyd, “Digital Fundamentals”, Pearson Group, 11th Ed., 2015, ISBN: 978-1292075983.
  2. Β. John F. Wakerly, “Digital Design Principles & Practices”, Pearson, 5th Ed., 2018, 978-0134460093.
Συναφή επιστημονικά περιοδικά
  1. IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems
  2. IET Computers & Digital Techniques