Zajęcia w Laboratorium Układów Cyfrowych odbywają się w ramach przedmiotów Podstawy Techniki Cyfrowej, Technika Cyfrowa i Układy Cyfrowe prowadzonych dla studentów Wydziału Elektroniki, Informatyki i Telekomunikacji, i Wydziału Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej Politechniki Gdańskiej.
Celem zajęć w laboratorium jest lepsze zrozumienie zasad działania układów cyfrowych, poznanie wybranych cyfrowych układów scalonych oraz umożliwienie studentom praktycznego sprawdzenia umiejętności projektowania z wykorzystaniem katalogów układów scalonych a także uruchamiania i testowania prostych układów cyfrowych.
Opisy zestawów laboratoryjnych umieszczono w instrukcji do laboratorium gdzie obszernie omówiono programy poszczególnych ćwiczeń. W przypadku ćwiczeń wykraczających tematyką poza zakres wykładów z wspomnianych przedmiotów podano hasłowo elementarne informacje teoretyczne.
Zapoznanie się z treścią instrukcji do odrabianego ćwiczenia jest niezbędne do właściwego przygotowania się do zajęć laboratoryjnych lecz nie wystarczające. Konieczne jest skorzystanie z literatury pomocniczej i katalogów układów scalonych. Ćwiczenia odbywają się na gotowych stanowiskach wyposażonych w zestawy laboratoryjne ,przyrządy i zasilacze niezbędne do wykonywania poszczególnych ćwiczeń. Zestawy są modyfikowane w zależności od koncepcji prowadzenia laboratorium. Ćwiczenia 1 i 10 dają bardzo dużą swobodę.
Ogólne zasady odbywania się zajęć w laboratorium
- Studenci odbywający zajęcia w Laboratorium Układów cyfrowych zobowiązani są do przestrzegania obowiązujących na terenie Politechniki Gdańskiej przepisów BHP.
- Przed przystąpieniem do wykonywania każdego ćwiczenia studenci zobowiązani są do:
- zapoznania się z instrukcją do danego ćwiczenia;
- zapoznania się z budową i działaniem układów scalonych wykorzystywanych w zestawie laboratoryjnym;
- wykonania zadanych projektów, opracowania układów pomiarowych, napisania programów – w zależności od programu ćwiczenia;
- przemyślenia sposobów uruchamiania, testowania i demonstracji poprawnego działania zaprojektowanych układów;
- przygotowania sprawozdania, w którym muszą być zamieszczone zadane projekty ze wszystkimi istotnymi wynikami analiz, minimalizacji funkcji, grafami, tabelami;
- przebiegami czasowymi, obliczeniami wartości elementów i przede wszystkim schematami ideowymi zaprojektowanych układów.
W zakres programu laboratorium wchodzą następujące ćwiczenia:
- cyfrowe bloki funkcjonalne
- badanie bramek logicznych
- układy iteracyjne
- układy czasowe
- układy synchroniczne
- liczniki scalone
- rejestry
- układy asynchroniczne
- sterowanie szyną danych
- bloki funkcjonalne
Cele merytorycznie poszczególnych ćwiczeń i ich wyposażenie są następujące:
1. CYFROWE BLOKI FUNKCJONALNE
Celem ćwiczenia jest sprawdzenie praktycznych umiejętności projektowania i realizacji układów opartych na różnych cyfrowych i cyfrowo-analogowych układach scalonych. Podczas projektowania i uruchamiania studenci mają do czynienia z pojedynczymi układami, które muszą fizycznie połączyć w działający układ łącznie z zasilaniem,eliminacją zakłuceń itp.
Poszczególne układy i elementy wraz z płytą łączeniową studenci otrzymują do domu co umożliwia spokojne przygotowanie zadanych układów. Po przyjściu do laboratorium układów cyfrowych uruchamiane są przygotowane układy.
2. BADANIE BRAMEK LOGICZNYCH
Celem ćwiczenia jest poznanie podstawowych metod pomiarowych parametrów i charakterystyk statycznych bramek TTL i CMOS, zapoznanie się z zasadami łączenia układów scalonych wykonanych w różnych technologiach oraz zapoznanie się z zasadami sterowania elementów sygnalizacyjnych i wykonawczych przez bramki różnych serii i technologii.
Zadaniem studenta jest pomiar charakterystyk bramek, zademonstrowanie możliwości łączenia między sobą bramek o różnych technologiach i z elementami wykonawczymi (przekaźniki, diody elektroluminescencyjne).
3. UKŁADY ITERACYJNE
Celem ćwiczenia jest sprawdzenie praktycznych umiejętności projektowania i realizacji układów iteracyjnych projektowanych na ćwiczeniach.
Zestaw laboratoryjny jest symulatorem umożliwiającym prostą realizację szerokiej klasy układów iteracyjnych dających się sprowadzić do typowych struktur. W trakcie ćwiczenia łączy się układy iteracyjne na podstawie przygotowanych wcześniej projektów zadań podanych przez prowadzącego ćwiczenia.
4. UKŁADY CZASOWE
Celem ćwiczenia jest poznanie wybranych scalonych układów uzależnień czasowych i podstawowych elementów używanych przy ich budowie oraz sprawdzenie umiejętności projektowania, uruchamiania i testowania takich układów. Dla zdobycia tych umiejętności poprzez zrozumienie fizyki zjawisk zachodzących w układach uzależnień czasowych zalecane jest rzetelne przestudiowanie literatury. Dostępne w zestawie układy scalone i elementy dyskretne umożliwiają realizację szerokiej klasy układów uzależnień czasowych. Umieszczone w zestawie dwa generatory funkcyjne i przełączniki mogą być wykorzystane do testowania typowych układów czasowych.
Przy realizacji nietypowych lub bardziej złożonych układów może być konieczne korzystanie z dodatkowych przyrządów, których przyłączenie umożliwiają wydzielone gniazda.
5. UKŁADY SYNCHRONICZNE
Celem ćwiczenia jest badanie prostych układów synchronicznych .Sprawdzenie umiejętności projektowania i realizacji układów synchronicznych opartych na układach scalonych będących na wyposażeniu ćwiczenia. W skład zestawu laboratoryjnego wchodzą następujące elementy: rejestry, przerzutniki JK ,bramki logiczne, wskaźniki stanów i generatory. Ćwiczenie jest zbudowane w oparciu o technologię TTL. Podczas projektowania i uruchamiania studenci mają do czynienia z wyprowadzeniami pojedynczych układów, które muszą fizycznie połączyć w działający układ.
6. LICZNIKI SCALONE
Celem ćwiczenia jest praktyczne zapoznanie się studentów z wybranymi typami liczników scalonych TTL serii 74.
W skład zestawu laboratoryjnego wchodzą następujące elementy: liczniki, bramki. przerzutniki, dekodery kodu BCD na kod wskaźnika siedmiosegmentowego.
Wszystkie wyprowadzenia liczników, z wyjątkiem zasilania, są połączone z gniazdami na płycie czołowej i są dostępne dla użytkowników na złączach umieszczonych ponad schematycznym rysunkiem danego układu. Numery opisujące styki gniazda odpowiadają numerom wyprowadzeń poszczególnych układów scalonych. Opis funkcji poszczególnych wyprowadzeń podawany jest w katalogach układów. Stan wyjść Q wszystkich liczników wyświetlany jest na diodach elektroluminescencyjnych, które są wkomponowane w schematyczne rysunki układów.
7. REJESTRY
Celem ćwiczenia jest sprawdzenie umiejętności projektowania i praktycznej realizacji układów rejestrów oraz sumatorów opartych na różnych cyfrowych układach scalonych. W skład ćwiczenia wchodzą zarówno rejestry szeregowe jak i równoległe z serii TTL w standardzie 74. Zestaw umożliwia wprowadzanie i wyprowadzanie informacji zarówno szeregowo jak i równolegle. Stan wyjść Q wszystkich rejestrów wyświetlany jest na diodach elektroluminescencyjnych, które są podłączone pod poszczególne wyjścia układów. Podczas projektowania i uruchamiania studenci mają do czynienia z wyprowadzeniami pojedynczych układów, które muszą fizycznie połączyć w działający układ .Układy są dobierane przez prowadzącego tak by sprawdzić umiejętność łączenia zarówno kilku rejestrów ze sobą jak i rejestrów i sumatorów między sobą.
8. UKŁADY ASYNCHRONICZNE
Celem ćwiczenia jest projektowanie, uruchomienie i badanie prostych układów asynchronicznych. Dostępne w zestawie układy scalone przerzutniki, rejestry, i elementy dyskretne umożliwiają one realizację szerokiej klasy układów asynchronicznych. Umieszczone w zestawie cztery generatory funkcyjne oparte na rejestrach dostępne dla studentów i umożliwiające zadawanie żądanych przebiegów czasowych oraz jeden wewnętrzny mogą one być wykorzystane do testowania typowych układów asynchronicznych. Wymagania stawiane studentom są przedstawiane za pomocą opisu werbalnego a ich zadaniem jest doprowadzić do opisu formalnego przedstawić przebiegi czasowe ,grafy układów i w końcu ich uruchomić i za prezentować działanie.
9. STEROWANIE SZYNĄ DANYCH
Celem ćwiczenia jest zapoznanie studentów z zagadnieniami sterowania transmisją informacji poprzez szynę danych , pomiędzy kilkoma układami nadającymi i odbierającymi. W ćwiczeniu tym sterowanie transmisją jest programowe i daje możliwość sprawdzenia praktycznych umiejętności programowania układów logicznych. Podczas projektowania i uruchamiania studenci mają do czynienia z pojedynczymi układami pamięci RAM , które muszą zaprogramować aby zapewnić właściwe funkcjonowanie układu.
10. CYFROWE BLOKI FUNKCJONALNE
Celem ćwiczenia jest sprawdzenie umiejętności projektowania różnych bloków funkcjonalnych stosowanych w złożonych układach cyfrowych i cyfrowo-analogowych oraz zapoznanie się z metodami uruchamiania i testowania takich bloków. W tym celu wykorzystuje się specjalizowane przyrządy, umożliwiające szybki montaż układów – bez lutowania – oraz sprawdzenie poprawności ich działania i ewentualny dobór niektórych parametrów. Podczas projektowania urządzeń elektronicznych często zachodzi potrzeba praktycznego zweryfikowania otrzymanych rozwiązań. Ten etap modelowania daje możliwości weryfikacji założeń projektowych.
W tym ćwiczeniu studenci zapoznają się z edukacyjnym zestawem laboratoryjnym ETS-5000 (produkcji firmy K&H z Taiwanu), przeznaczonym do testowania układów elektronicznych zbudowanych z cyfrowych układów scalonych TTL i CMOS jak również układów analogowych.
