Циф схемот2201

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Государственное образовательное учреждение среднего профессионального образования
УФИМСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОЛЛЕДЖ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Авторская программа
дисциплины Цифровая схемотехника
для специальности (группы специальностей) 2201 "Вычислительные машины,
комплексы, системы и сети"
(код и наименование специальности)
Уфа 2002
ОДОБРЕНА
Предметной (цикловой)
комиссией
общепрофессиональных дисциплин
специальности 2201
Протокол №4
Составлена в соответствии с
Государственными требованиями к
минимуму содержания и уровню
подготовки выпускников
по специальности
от 4.12.2002 г.
Председатель ПЦК: Хабибуллина Н. Г.
Заместитель директора
по учебно-воспитательной
работе Туктарова Л. Р.
СОГЛАСОВАНО
Методист
Кильдибекова А.Г.
Авторы:
Заболоцкая И. В.- преподаватель УГКР
Рецензент:
Загидуллин Н. Ф. -директор научно-производственной фирмы
"Координата"
Хакимова Г. Г. - преподаватель спец. дисциплин УГКР.
РЕЦЕНЗИЯ
На
программу
дисциплины
«Цифровая
схемотехника»,
разработанную
преподавателем Уфимского государственного колледжа радиоэлектроники Заболоцкой И.В.
для специальности 2001 «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети».
Программа данной дисциплины содержит пояснительную записку, тематический
план, содержание дисциплины, перечень практических работ, перечень лабораторных работ,
перечень самостоятельных работ, перечень рекомендуемой литературы.
В пояснительной записке дано описание назначения дисциплины, отражена ее роль в
подготовке специалистов, связь с другими дисциплинами, отражен уровень образовательной
программы, указана принадлежность дисциплины к циклу в структуре основной
профессиональной образовательной программы, определены основные знания, умения и
навыки, какими должен овладеть студент после изучения дисциплины в соответствии с
государственными требованиями.
В тематическом плане раскрыта последовательность изучения разделов и тем
программы, показано распределение учебных часов по разделам и темам.
Содержание дисциплины состоит из 5 основных разделов, включающих темы,
рекомендованные для изучения.
Предусмотренные программой лабораторные и практические работы позволяют
закрепить теоретические знания.
Программа рассчитана на 115 часов (в том числе 30 часов, лабораторные и
практические работы) для базового уровня профессионального образования.
Содержание программы полностью соответствует государственным требованиям к
минимуму содержания и уровню подготовки выпускников по указанным выше
специальностям и может быть рекомендовано для средних специальных учебных заведений.
Рецензент
Загидуллин Н.З. - директор НПФ «Координата»
РЕЦЕНЗИЯ
на программу дисциплины «Цифровая схемотехника»
для специальности 2201 «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети»,
разработанную преподавателем
Уфимского государственного колледжа радиоэлектроники
Заболоцкой И.В.
Программа данной дисциплины состоит из пояснительной записки, тематического
плана, содержания дисциплины, перечня лабораторных, практических, самостоятельных
работ, а также рекомендованной литературы.
В пояснительной записке указаны цель изучения дисциплины, выделены аспекты, о
которых студент должен знать и уметь, указана принадлежность дисциплины к циклу,
структуре основной профессионально-образовательной программы.
В тематическом плане указана последовательность изучения материала по
дисциплине, приведено распределение часов по разделам и темам.
Дисциплина состоит из 5 разделов:
1. Логические основы цифровой техники;
2. Функциональные узлы комбинационного типа;
3. Последовательностные схемы;
4. Схемотехника цифровых устройств на основе БИС, СБИС;
5. Элементная база схемотехники;
Программа рассчитана на 115 часов.
Содержание программы полностью соответствует государственным требованиям к
минимуму содержания и уровню подготовки выпускников
по специальности 2201
«Вычислительные машины, комплексы, системы и сети».
Рецензент
Хакимова Г.Г. преподаватель УГКР
Содержание
Пояснительная записка ……….………………………………... 3
Тематический план ……….…………………………………… 4
Содержание дисциплины ……….…………………………….. 5
Перечень практических работ ……….………………………… 9
Перечень лабораторных работ ……………………………….. 10
Перечень самостоятельных работ ……………………………. 11
Региональный компонент …………………………………….. 12
Литература ……………………………….……………………... 13
Пояснительная записка
Программа учебной дисциплины «Цифровая схемотехника» предназначена для
реализации государственных требований к минимуму содержания и уровню подготовки
выпускников по специальности 2201 «Вычислительные машины, комплексы, системы и
сети».
Дисциплина предназначена для формирования базовой подготовки в области
цифровой схемотехники, на которой основывается изучение сложных цифровых систем в
дисциплинах данной специальности.
В результате изучения дисциплины
студент должен знать:
- о путях развития дисциплины современной микроэлектроники и цифровой
схемотехники;
- принципы действия комбинационных и последовательностных цифровых устройств
- современную элементную базу, цифровые устройства разной степени интеграции
- цифро-аналоговые, аналого-цифровые преобразователи;
студент должен уметь:
- производить выбор и обоснование выбора элементной базы для проектирования
цифровых схем.
- производить синтез и анализ цифровых схем
- по техническому заданию проектировать цифровые схемы на основе современной
элементной базе, включая микросхемы разной степени, в том числе ПЛИС;
Для закрепления теоретических знаний и приобретения необходимых практических
навыков предусмотрено проведение практических и лабораторных занятий.
Применяются автоматизированные обучающие системы и логическое моделирование
на
персональных
ЭВМ.
Программа рассчитана на 115 часов (теория) и 30 часов
практические и
лабораторные работы, в конце курса проводится экзамен.
Данная программа состоит из «Введения» и 5 разделов.
Раздел 1. Логические основы цифровой техники;
Раздел 2. Комбинационные схемы;
Раздел 3. Последовательностные схемы;
Раздел 4. Схемотехника цифровых устройств на основе БИС, СБИС;
Раздел 5. Элементная база схемотехники.
Тематический план учебной дисциплины
Наименование разделов и тем
Максимал Количество аудиторных часов
учебная.
при очной форме обучения
нагрузка
Всего Лабор.
Практич.
студента
работы
занятия
в час
36
2
4
2
основы
8
Введение.
Раздел
1.
Логические
цифровой техники.
Тема 1.1 Логические функции.
Тема 1.2. Логические элементы.
Тема 1.3 Минимизация логических
функций.
14
4
8
2
2
4
2
12
Самост.
работа
студента
Раздел 2. Функциональные узлы
комбинационного типа.
Тема 2.1. Шифраторы, дешифраторы,
преобразователи кодов.
Тема
2.2.
Мультиплексоры,
демультиплексоры.
Тема 2.3. Цифровые компараторы,
сумматоры.
22
8
4
8
10
2
4
2
6
4
2
6
2
4
Раздел 3. Последовательностные
схемы.
Тема 3.1. Триггеры в интегральном
исполнении.
Тема 3.2. Регистры, счетчики в
интегральном исполнении.
24
6
8
2
16
4
Раздел 4. Схемотехника цифровых
устройств на основе БИС, СБИС.
Тема 4.1. Схемотехника
запоминающих устройств.
Тема 4.2. Цифро-аналоговые и
аналого-цифровые преобразователи.
Тема 4.3. Программируемые
логические матрицы и
программируемые логические
интегральные микросхемы.
Раздел 5. Элементная база
схемотехники.
Тема 5.1. Резисторы, конденсаторы,
диоды, транзисторы, микросхемы.
22
2
Всего по дисциплине
4
2
4
2
12
6
12
4
4
2
4
4
4
11
3
11
150
115
18
12
35
4
Содержание дисциплины.
Введение.
Задачи дисциплины. Общее состояние отечественной и зарубежной цифровой
схемотехники. Содержание дисциплины и ее связь с другими дисциплинами.
Раздел 1. Логические основы цифровой техники.
Тема 1.1. Переключательные функции.
Студент должен:
Знать:
- основные базисы логических функций;
- свойства логических функций.
уметь:
- записывать элементарные функции.
Тема 1.2 Логические элементы.
Студент должен
Знать:
- базовые логические элементы, условно-графические обозначения;
- принципы работы преобразователей уровней логических сигналов;
- особенности проектирования логических схем на базе типовых элементов.
Уметь:
- проектировать схемы логических устройств.
Лабораторная работа № 1
«Исследование основных логических устройств».
Тема 1.3. Минимизация логических функций.
Студент должен
Знать:
- минимальную дизъюнктивную нормальную форму МДНФ;
- минимальную конъюнктивную нормальную форму МКНФ;
- основные методы минимизации.
Уметь:
- записывать МДНФ, МКНФ для диаграмм Вейча и карт Карно.
Практическая работа № 1.
« Минимизации логических функций методом Квайна».
Практическая работа № 2.
« Минимизация логических функций с помощью карт Карно».
Раздел 2.Комбинационные схемы.
Тема 2.1 Дешифраторы, шифраторы, преобразователи кодов.
Студент должен
Знать:
- принципы работы шифраторов, дешифраторов, преобразователей кодов;
- как и где применяются шифраторы и дешифраторы в цифровых устройствах.
Уметь:
- составлять таблицы истинности шифраторов, дешифраторов, преобразователей кодов.
- составлять схемы шифраторов, дешифраторов, преобразователей кодов в различных
базисах.
Лабораторная работа №2
“Исследование работы шифратора.".
5
Практическая работа № 3
“Синтез дешифратора на 8 выходов”
Практическая работа № 4
“Синтез преобразователя кода в базисе И-ИЛИ- НЕ, И -НЕ”
Тема 2.2 Мультиплексоры, демультиплексоры.
Студент должен
Знать:
- назначение, принцип работы мультиплексоров, демультиплексоров;
- таблицы истинности мультиплексоров, демультиплексоров;
Уметь:
- строить схемы мультиплексоров, демультиплексоров с различным числом
входных и выходных сигналов.
Лабораторная работа № 3.
«Исследование работы мультиплексоров».
Лабораторная работа № 4.
«Исследование работы демультиплексоров».
Тема 2.3.Цифровые компараторы, сумматоры.
Студент должен
Знать:
- назначение, принцип работы, таблицы истинности компараторов, сумматоров.
Уметь:
- составлять логическое выражение по таблице истинности, характеризующее
работу компаратора, сумматора;
- строить схемы одноразрядных компараторов, сумматоров;
- строить схемы многоразрядных компараторов, сумматоров.
Лабораторная работа № 5
«Исследование работы сумматора»
Виды самостоятельной работы: Выполнение творческих работ (рефератов, докладов).
Раздел 3. Последовательностные схемы.
Тема 3.1 Триггеры в интегральном исполнении
Студент должен:
Знать:
- назначение триггеров, различные типы триггеров, основные обозначения;
- таблицы переходов синхронных и асинхронных триггеров;
- принцип работы синхронного триггера, построенного по принципу двухступенчатого
запоминания информации.
Уметь:
- строить схемы различных типов триггеров в базисе И-НЕ, ИЛИ-НЕ;
- составлять логические выражения, определяющие функционирование различных
триггеров.
Лабораторная работа № 6.
«Исследование работы триггеров в интегральном исполнении».
Виды самостоятельной работы: Выполнение творческих работ (рефератов, докладов).
Тема 3.2. Регистры, счетчики в интегральном исполнении.
Студент должен:
Знать:
- классификацию регистров, счетчиков;
6
принципы работы сдвигающих двоичных регистров, параллельных и последовательных
регистров;
- работу двоичных суммирующих, вычитающих, реверсивных счетчиков;
- схемы делителей частоты с различными коэффициентами деления и временные
диаграммы этих делителей частоты.
Уметь:
- строить схемы двоичных циклических счетчиков с различным числом подсчета;
- строить схемы каскадных делителей частоты.
-
Лабораторная работа № 7.
«Исследование работы суммирующего двоичного счетчика».
Лабораторная работа № 8.
«Исследование работы сдвигового регистра».
Практическая работа №5.
«Построение счетчика с периодом циклической работы».
Практическая работа № 6.
«Синтез делителя частоты импульсной последовательности».
Виды самостоятельной работы: Выполнение творческих работ (рефератов, докладов).
Раздел 4 Схемотехника цифровых устройств на основе БИС, СБИС.
Тема 4.1. Схемотехника запоминающих устройств.
Студент должен
Знать:
- классификацию, назначение запоминающих устройств;
- основные характеристики и временные диаграммы запоминающих устройств.
Уметь:
- выбрать БИС, СБИС для конкретной схемы.
Тема 4.2. Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи.
Студент должен
Знать:
- принцип аналого-цифрового преобразования информации;
- различные схемные реализации аналого-цифровых преобразователей;
- базовую принципиальную схему цифро-аналогового преобразователя;
- принципиальную схему цифро-аналогового преобразователя на основе R-2R резисторной
матрицы лестничного типа.
Уметь:
- объяснить диаграммы АЦП;
- выбрать БИС, СБИС для конкретной схемы.
Лабораторная работа № 9
«Исследование работы АЦП».
Тема 4.3. Программируемые логические матрицы и программируемые логические
интегральные микросхемы.
Студент должен
Знать:
- классификацию программируемых логических матриц, программируемых логических
интегральных микросхем по архитектурным признакам и уровню интеграции.
Уметь:
- строить типовые узлы на основе программируемых логических матриц.
Раздел 5. Элементная база схемотехники.
Тема 5.1 Резисторы, конденсаторы, диоды, транзисторы, микросхемы, элементы
оптоэлектроники.
Студент должен:
Знать:
-
-
электрические, конструкторские, эксплуатационные параметры резисторов,
конденсаторов, диодов, транзисторов, стабилитронов, тиристоров, светоизлучающих
диодов, микросхем;
области применения микросхем различной логики;
ведущие фирмы-изготовители (отечественные и зарубежные) резисторов, конденсаторов,
диодов, транзисторов, стабилитронов, тиристоров, светоизлучающих диодов.
Уметь:
- применять необходимые виды и типы резисторов, конденсаторов, диодов, транзисторов,
микросхем для конкретной задачи.
8
Перечень практических работ
№№
№
раздела, тем
Наименование практической работы
1
Раздел 1 Тема 1.3
2
Раздел 1 Тема 1.3
3
4
Раздел 2 Тема 2.1.
Раздел 2 Тема 2.1
Синтез дешифратора на 8 выходов.
Синтез преобразователя кода в базисе И,
ИЛИ, НЕ; И, НЕ.
5
Раздел 3 Тема 3.2
6
Раздел 3 Тема 3.2
Построение счетчика с периодом циклической
работы .
Синтез делителя частоты импульсной
последовательности.
Минимизации логических функций методом
Квайна.
Минимизация логических функций с помощью
карт Карно.
9
Перечень лабораторных работ
№№
№
раздела
1
1
Исследование основных комбинационных
логических устройств.
2
3
4
5
2
Исследование работы шифратора.
Исследование работы мультиплексора.
Исследование работы демультиплексора.
Исследование работы сумматора.
6
3
Исследование работы триггеров в интегральном
исполнении.
Исследование работы двоичного счетчика.
Исследование работы сдвигового регистра.
4
Исследование работы аналого-цифрового
преобразователя.
7
8
9
Наименование лабораторной работы
10
Перечень самостоятельных работ
Специальность
2201
Общее
кол-во
часов
по
учеб.
плану
35
Подготов
ка опросу
Выполне-ние
творческих
работ
Выполнение
схем
9
8
10
Ответы на
контрольные
вопросы
8
11
Региональный компонент
Наименование раздела
Региональный компонент
№
1
Логические основы цифровой
техники.
Башинформсвязь
ЭАТС 33/35,
применение
логических схем.
2
Комбинационные схемы.
Башинформсвязь
АТС 32,
применение
комбинационных схем.
3
Последовательностные схемы.
Башинформсвязь
кроссировочный цех,
применение
последовательностных схем
4
Схемотехника цифровых устройств
на основе БИС/СБИС.
5
Элементная база схемотехники.
АО «Нефтеавтоматика»,
программирование микросхем
постоянных запоминающих устройств.
Башинформсвязь
линейно-аппаратный цех,
ознакомление с особенностью
применения различных видов
резисторов, транзисторов, диодов,
микросхем
12
Литература
1. Боборыкин А.В. и др. Однокристальные микроЭВМ. М., Микап,1994.
2. Грушвицкий Р.К. Проектирование систем на микросхемах программируемой логики.
С.Петербург, БХВ – Петербург, 2002.
3. Калабеков Б.А. Цифровые устройства и микропроцессорные системы.
М., Телеком, 2000.
4. Кардашев Г.А. Виртуальная электроника. М.,Телеком, 2002.
5. Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM PC. М., «СОЛОН-Р», 2001.
6. Пей А. Сопряжение ПК с внешними устройствами. М., 2001.
7. Томпкинс У. и Уэбстер Д. Сопряжение датчиков и устройств ввода данных с
компьютерами IBM PC, М., Мир, 1992.
8. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. М. Мир, 1993.
13