Ψηφιακή Λογική Σχεδίαση (ECE_Κ140)
Λάμπρος Μπισδούνης
Τα ψηφιακά συστήματα, βοηθούμενα και από τις εξελίξεις στην τεχνολογία της μικροηλεκτρονικής, έχουν εξαπλωθεί σε κάθε είδους εφαρμογές. Ταυτόχρονα όμως οι ανάγκες της βιομηχανίας για γρήγορη παραγωγή ολοένα και περισσότερο πολύπλοκων συστημάτων απαιτούν την συνεχή βελτίωση των μεθόδων σχεδίασης και κατασκευής τους. O σχεδιασμός αυτών των συστημάτων απαιτεί ειδικές γνώσεις και γίνεται με τη βοήθεια εργαλείων λογισμικού.
Το μάθημα στοχεύει στην εξοικείωση των φοιτητών με τη δυαδική λογική και την άλγεβρα Boole, στην κατανόηση των εννοιών και της μεθοδολογίας της ψηφιακής λογικής, στην εκμάθηση των βασικών στοιχείων των συνδυαστικών λογικών κυκλωμάτων, στην εκμάθηση τεχνικών ανάλυσης και σχεδίασης της λειτουργίας συνδυαστικών λογικών κυκλωμάτων και στην εισαγωγή στην ακολουθιακή λογική, τα στοιχεία μνήμης και τα βασικά ακολουθιακά λογικά κυκλώματα.
Λέξεις κλειδιά: δυαδική λογική, άλγεβρα Boole, αριθμητικά συστήματα, λογικές συναρτήσεις, λογικές πύλες, λογικά κυκλώματα, συνδυαστικά κυκλώματα, ακολουθιακή λογική.
ΛιγότεραΤα ψηφιακά συστήματα, βοηθούμενα και από τις εξελίξεις στην τεχνολογία της μικροηλεκτρονικής, έχουν εξαπλωθεί σε κάθε είδους εφαρμογές. Ταυτόχρονα όμως οι ανάγκες της βιομηχανίας για γρήγορη παραγωγή ολοένα και περισσότερο πολύπλοκων συστημάτων απαιτούν την συνεχή βελτίωση των μεθόδων σχεδίασης και κατασκευής τους. O σχεδιασμός αυτών των συστημάτων απαιτεί ειδικές γνώσεις και γίνεται με τη βοήθεια εργαλείων λογισμικού.
Το μάθημα στοχεύει στην εξοικείωση των φοιτητών με τη δυαδική λογική και την άλγεβρα Boole, στην κατανόηση των εννοιών και της μεθοδολογίας της ψηφιακής λογικής, στην εκμάθηση των βασικών στοιχείων των συνδυαστικών λογικών κυκλωμάτων, στην εκμάθηση τεχνικών ανάλυσης και σχεδίασης της λειτουργίας συνδυαστικών λογικών κυκλωμάτων και στην εισαγωγή στην ακολουθιακή λογική, τα στοιχεία μνήμης και τα βασικά ακολουθιακά λογικά κυκλώματα.
Λέξεις κλειδιά: δυαδική λογική, άλγεβρα Boole, αριθμητικά συστήματα, λογικές συναρτήσεις, λογικές πύλες, λογικά κυκλώματα, συνδυαστικά κυκλώματ
Τα ψηφιακά συστήματα, βοηθούμενα και από τις εξελίξεις στην τεχνολογία της μικροηλεκτρονικής, έχουν εξαπλωθεί σε κάθε είδους εφαρμογές. Ταυτόχρονα όμως οι ανάγκες της βιομηχανίας για γρήγορη παραγωγή ολοένα και περισσότερο πολύπλοκων συστημάτων απαιτούν την συνεχή βελτίωση των μεθόδων σχεδίασης και κατασκευής τους. O σχεδιασμός αυτών των συστημάτων απαιτεί ειδικές γνώσεις και γίνεται με τη βοήθεια εργαλείων λογισμικού.
Το μάθημα στοχεύει στην εξοικείωση των φοιτητών με τη δυαδική λογική και την άλγεβρα Boole, στην κατανόηση των εννοιών και της μεθοδολογίας της ψηφιακής λογικής, στην εκμάθηση των βασικών στοιχείων των συνδυαστικών λογικών κυκλωμάτων, στην εκμάθηση τεχνικών ανάλυσης και σχεδίασης της λειτουργίας συνδυαστικών λογικών κυκλωμάτων και στην εισαγωγή στην ακολουθιακή λογική, τα στοιχεία μνήμης και τα βασικά ακολουθιακά λογικά κυκλώματα.
Λέξεις κλειδιά: δυαδική λογική, άλγεβρα Boole, αριθμητικά συστήματα, λογικές συναρτήσεις, λογικές πύλες, λογικά κυκλώματα, συνδυαστικά κυκλώματ
Πληροφορίες
Eνότητες μαθήματος
Ενότητα 1: Αναλογικά και ψηφιακά σήματα, μετατροπή σημάτων, ψηφιακά συστήματα.
Ενότητα 2: Αριθμητικά συστήματα (με έμφαση στο δυαδικό σύστημα), βασικές αριθμητικές πράξεις, αριθμοί κινητής υποδιαστολής, δυαδικοί κώδικες.
Ενότητα 3: Δυαδική λογική, λογικές πύλες και άλγεβρα Boole, λογικές συναρτήσεις και λογικά κυκλώματα.
Ενότητα 4: Ελαχιστοποίηση λογικών συναρτήσεων με τη μέθοδο του χάρτη Karnaugh, υλοποίηση ελαχιστοποιημένων συναρτήσεων, μερικώς καθορισμένες συναρτήσεις.
Ενότητα 5: Σύνθεση και ανάλυση συνδυαστικών κυκλωμάτων, τυποποιημένα συνδυαστικά κυκλώματα (αθροιστές, αφαιρέτες, συγκριτές, πολλαπλασιαστές, κωδικοποιητές, αποκωδικοποιητές, πολυπλέκτες, αποπολυπλέκτες) και εφαρμογές.
Ενότητα 6: Εισαγωγή στην ακολουθιακή λογική, στοιχεία μνήμης (μανταλωτές, φλιπ-φλοπ), βασικά ακολουθιακά κυκλώματα.
Μαθησιακά αποτελέσματα
Ο φοιτητής/τρια με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος θα είναι σε θέση να:
Σε επίπεδο γνώσεων
• γνωρίζει τις αρχές του δυαδικού αριθμητικού συστήματος, της άλγεβρας Boole, των λογικών συναρτήσεων και των αριθμητικών και
λογικών πράξεων
• κατανοεί τον τρόπο ανάλυσης, σχεδίασης και λειτουργίας των λογικών κυκλωμάτων και των εφαρμογών στις οποίες μπορούν να
χρησιμοποιηθούν
• αναλύει και συνθέτει λογικά κυκλώματα για απλές εφαρμογές
• έχει γνώση των εργαλείων λογισμικού τα οποία χρησιμοποιούνται για τη σχεδίαση και εξομοίωση λογικών κυκλωμάτων
• έχει γνώση του υλικού (hardware) που απαιτείται για την υλοποίηση συνδυαστικών αλλά και βασικών ακολουθιακών κυκλωμάτων
με τυποποιημένα ολοκληρωμένα κυκλώματα.
Σε επίπεδο δεξιοτήτων
• είναι εξοικειωμένος με την ανάλυση και το σχεδιασμό συνδυαστικών και απλών ακολουθιακών κυκλωμάτων
• είναι εκπαιδευμένος στη χρήση μεθόδων και τεχνικών για τη μελέτη της συμπεριφοράς των συνδυαστικών και απλών
ακολουθιακών κυκλωμάτων
• είναι εκπαιδευμένος στη χρήση εργαλείων λογισμικού για το σχεδιασμό και τη μελέτη συνδυαστικών και απλών ακολουθιακών
κυκλωμάτων
Σε επίπεδο ικανοτήτων
• επιλέγει τα κατάλληλα ηλεκτρονικά στοιχεία για το σχεδιασμό και την υλοποίηση ενός ψηφιακού κυκλώματος, λαμβάνοντας υπόψη
τις λειτουργικές απαιτήσεις
• επιλύει πρακτικά προβλήματα που εμφανίζονται κατά τη σχεδίαση ψηφιακών κυκλωμάτων
• χρησιμοποιεί εργαλεία λογισμικού για το σχεδιασμό και τη μελέτη ψηφιακών κυκλωμάτων.
Βιβλιογραφία
M. Mano, Μ. Ciletti, Ψηφιακή σχεδίαση (6η έκδοση), Εκδόσεις Παπασωτηρίου, 2018.
Μ. Ρουμελιώτης, Σ. Σουραβλάς, Ψηφιακή σχεδίαση: αρχές και εφαρμογές. Εκδόσεις Τζιόλα, 2013.
V. P. Nelson, H. Troy Nagle, J. David Irwin, B. D. Carrol, Ανάλυση και σχεδίαση κυκλωμάτων ψηφιακής λογικής, Εκδόσεις Επίκεντρο, 2007.
J. F. Wakerly, Ψηφιακή σχεδίαση: αρχές και πρακτικές (5η έκδοση), Εκδόσεις Κλειδάριθμος, 2019.
S. Brown, Z. Vranesic, Σχεδίαση ψηφιακών συστημάτων με τη γλώσσα VHDL (3η έκδοση), Εκδόσεις Τζιόλα, 2014.
Διαθέσιμα ηλεκτρονικά βιβλία:
Π. Γιαννακόπουλος, Λογικά κυκλώματα, Ελληνικά Ηλεκτρονικά Ακαδημαϊκά Συγγράμματα και Βοηθήματα, 2015.
Ι. Λιαπέρδος, Μαθήματα ψηφιακών ηλεκτρονικών, Ελληνικά Ηλεκτρονικά Ακαδημαϊκά Συγγράμματα και Βοηθήματα, 2016.
Λ. Μπισδούνης, Ψηφιακή λογική σχεδίαση, Σημειώσεις διδασκαλίας, Τμήμα ΗΜΜΥ, Πανεπιστήμιο Πελοποννήσου, 2022.
Λ. Μπισδούνης, Ψηφιακή λογική σχεδίαση, Ασκήσεις φροντιστηρίου, Τμήμα ΗΜΜΥ, Πανεπιστήμιο Πελοποννήσου, 2019.
Μέθοδος διδασκαλίας
Η διδασκαλία του μαθήματος, οργανώνεται ως εξής:
• Διαλέξεις (3 ώρες εβδομαδιαίως)
• Ασκήσεις πράξης (φροντιστήριο) (1 ώρα εβδομαδιαίως)
• Εκπόνηση εργασιών σχετικών με το μάθημα σε προαιρετική βάση (με χρήση εργαλείων λογισμικού).
Τρόπος παράδοσης
Το μάθημα διδάσκεται με δια ζώσης διαλέξεις κατά το χειμερινό εξάμηνο.
Χρήση τεχνολογιών πληροφοφικής & επικοινωνιών
Στα πλαίσια του μαθήματος γίνεται χρήση τεχνολογιών πληροφοφικής & επικοικοινωνιών και παρέχονται:
• Παρουσιάσεις θεωρίας και ασκήσεις, οι οποίες έχουν αναρτηθεί από την αρχή του εξαμήνου στο eClass.
• Υποστήριξη μαθησιακής διαδικασίας μέσω της πλατφόρμας eClass (για επικοινωνία μέσω μυνημάτων και forum, για διανομή
σημειώσεων διδασκαλίας, ασκήσεων, ηλεκτρονικών βιβλίων και συμπληρωματικού υλικού, ανακοινώσεις, χρήσιμους συνδέσμους
και βιβλιογραφία).
• Χρήση εργαλείων λογισμικού για την εκπόνηση εργασιών σε προαιρετική βάση.
Μέθοδος αξιολόγησης
Η αξιολόγηση των φοιτητών προκύπτει από την επίδοσή τους στην τελική γραπτή εξέταση του μαθήματος που περιλαμβάνει επίλυση προβλημάτων / ασκήσεων και ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής με διαβαθμισμένη δυσκολία. Η επιμέρους βαθμολογία κάθε θέματος της εξέτασης είναι διαθέσιμη.
Διδάσκων
Λάμπρος Μπισδούνης, Kαθηγητής
Εργαστήριο Αναλογικών Ηλεκτρονικών Κυκλωμάτων
Κτήριο Α1, 1ος όροφος
Τηλ. 2610 369293
E-mail: bisdounis@uop.gr
Webpage: http://econ.uop.gr/~bisdounis
Ενότητα 1: Αναλογικά και ψηφιακά σήματα, μετατροπή σημάτων, ψηφιακά συστήματα.
Ενότητα 2: Αριθμητικά συστήματα (με έμφαση στο δυαδικό σύστημα), βασικές αριθμητικές πράξεις, αριθμοί κινητής υποδιαστολής, δυαδικοί κώδικες.
Ενότητα 3: Δυαδική λογική, λογικές πύλες και άλγεβρα Boole, λογικές συναρτήσεις και λογικά κυκλώματα.
Ενότητα 4: Ελαχιστοποίηση λογικών συναρτήσεων με τη μέθοδο του χάρτη Karnaugh, υλοποίηση ελαχιστοποιημένων συναρτήσεων, μερικώς καθορισμένες συναρτήσεις.
Ενότητα 5: Σύνθεση και ανάλυση συνδυαστικών κυκλωμάτων, τυποποιημένα συνδυαστικά κυκλώματα (αθροιστές, αφαιρέτες, συγκριτές, πολλαπλασιαστές, κωδικοποιητές, αποκωδικοποιητές, πολυπλέκτες, αποπολυπλέκτες) και εφαρμογές.
Ενότητα 6: Εισαγωγή στην ακολουθιακή λογική, στοιχεία μνήμης (μανταλωτές, φλιπ-φλοπ), βασικά ακολουθιακά κυκλώματα.
Ο φοιτητής/τρια με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος θα είναι σε θέση να:
Σε επίπεδο γνώσεων
• γνωρίζει τις αρχές του δυαδικού αριθμητικού συστήματος, της άλγεβρας Boole, των λογικών συναρτήσεων και των αριθμητικών και
λογικών πράξεων
• κατανοεί τον τρόπο ανάλυσης, σχεδίασης και λειτουργίας των λογικών κυκλωμάτων και των εφαρμογών στις οποίες μπορούν να
χρησιμοποιηθούν
• αναλύει και συνθέτει λογικά κυκλώματα για απλές εφαρμογές
• έχει γνώση των εργαλείων λογισμικού τα οποία χρησιμοποιούνται για τη σχεδίαση και εξομοίωση λογικών κυκλωμάτων
• έχει γνώση του υλικού (hardware) που απαιτείται για την υλοποίηση συνδυαστικών αλλά και βασικών ακολουθιακών κυκλωμάτων
με τυποποιημένα ολοκληρωμένα κυκλώματα.
Σε επίπεδο δεξιοτήτων
• είναι εξοικειωμένος με την ανάλυση και το σχεδιασμό συνδυαστικών και απλών ακολουθιακών κυκλωμάτων
• είναι εκπαιδευμένος στη χρήση μεθόδων και τεχνικών για τη μελέτη της συμπεριφοράς των συνδυαστικών και απλών
ακολουθιακών κυκλωμάτων
• είναι εκπαιδευμένος στη χρήση εργαλείων λογισμικού για το σχεδιασμό και τη μελέτη συνδυαστικών και απλών ακολουθιακών
κυκλωμάτων
Σε επίπεδο ικανοτήτων
• επιλέγει τα κατάλληλα ηλεκτρονικά στοιχεία για το σχεδιασμό και την υλοποίηση ενός ψηφιακού κυκλώματος, λαμβάνοντας υπόψη
τις λειτουργικές απαιτήσεις
• επιλύει πρακτικά προβλήματα που εμφανίζονται κατά τη σχεδίαση ψηφιακών κυκλωμάτων
• χρησιμοποιεί εργαλεία λογισμικού για το σχεδιασμό και τη μελέτη ψηφιακών κυκλωμάτων.
M. Mano, Μ. Ciletti, Ψηφιακή σχεδίαση (6η έκδοση), Εκδόσεις Παπασωτηρίου, 2018.
Μ. Ρουμελιώτης, Σ. Σουραβλάς, Ψηφιακή σχεδίαση: αρχές και εφαρμογές. Εκδόσεις Τζιόλα, 2013.
V. P. Nelson, H. Troy Nagle, J. David Irwin, B. D. Carrol, Ανάλυση και σχεδίαση κυκλωμάτων ψηφιακής λογικής, Εκδόσεις Επίκεντρο, 2007.
J. F. Wakerly, Ψηφιακή σχεδίαση: αρχές και πρακτικές (5η έκδοση), Εκδόσεις Κλειδάριθμος, 2019.
S. Brown, Z. Vranesic, Σχεδίαση ψηφιακών συστημάτων με τη γλώσσα VHDL (3η έκδοση), Εκδόσεις Τζιόλα, 2014.
Διαθέσιμα ηλεκτρονικά βιβλία:
Π. Γιαννακόπουλος, Λογικά κυκλώματα, Ελληνικά Ηλεκτρονικά Ακαδημαϊκά Συγγράμματα και Βοηθήματα, 2015.
Ι. Λιαπέρδος, Μαθήματα ψηφιακών ηλεκτρονικών, Ελληνικά Ηλεκτρονικά Ακαδημαϊκά Συγγράμματα και Βοηθήματα, 2016.
Λ. Μπισδούνης, Ψηφιακή λογική σχεδίαση, Σημειώσεις διδασκαλίας, Τμήμα ΗΜΜΥ, Πανεπιστήμιο Πελοποννήσου, 2022.
Λ. Μπισδούνης, Ψηφιακή λογική σχεδίαση, Ασκήσεις φροντιστηρίου, Τμήμα ΗΜΜΥ, Πανεπιστήμιο Πελοποννήσου, 2019.
Η διδασκαλία του μαθήματος, οργανώνεται ως εξής:
• Διαλέξεις (3 ώρες εβδομαδιαίως)
• Ασκήσεις πράξης (φροντιστήριο) (1 ώρα εβδομαδιαίως)
• Εκπόνηση εργασιών σχετικών με το μάθημα σε προαιρετική βάση (με χρήση εργαλείων λογισμικού).
Τρόπος παράδοσης
Το μάθημα διδάσκεται με δια ζώσης διαλέξεις κατά το χειμερινό εξάμηνο.
Χρήση τεχνολογιών πληροφοφικής & επικοινωνιών
Στα πλαίσια του μαθήματος γίνεται χρήση τεχνολογιών πληροφοφικής & επικοικοινωνιών και παρέχονται:
• Παρουσιάσεις θεωρίας και ασκήσεις, οι οποίες έχουν αναρτηθεί από την αρχή του εξαμήνου στο eClass.
• Υποστήριξη μαθησιακής διαδικασίας μέσω της πλατφόρμας eClass (για επικοινωνία μέσω μυνημάτων και forum, για διανομή
σημειώσεων διδασκαλίας, ασκήσεων, ηλεκτρονικών βιβλίων και συμπληρωματικού υλικού, ανακοινώσεις, χρήσιμους συνδέσμους
και βιβλιογραφία).
• Χρήση εργαλείων λογισμικού για την εκπόνηση εργασιών σε προαιρετική βάση.
Η αξιολόγηση των φοιτητών προκύπτει από την επίδοσή τους στην τελική γραπτή εξέταση του μαθήματος που περιλαμβάνει επίλυση προβλημάτων / ασκήσεων και ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής με διαβαθμισμένη δυσκολία. Η επιμέρους βαθμολογία κάθε θέματος της εξέτασης είναι διαθέσιμη.
Λάμπρος Μπισδούνης, Kαθηγητής
Εργαστήριο Αναλογικών Ηλεκτρονικών Κυκλωμάτων
Κτήριο Α1, 1ος όροφος
Τηλ. 2610 369293
E-mail: bisdounis@uop.gr
Webpage: http://econ.uop.gr/~bisdounis
