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, Aγγλικά
• Συντονιστής: Μπάμνιος Γεώργιος
• Διδάσκοντες: Μπάμνιος Γεώργιος, Τσιακμάκης Κυριάκος, Βάσσιος Βασίλειος, Μιζέλη Χάιδω

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 μόνο με NAND ή NOR εφαρμόζοντας τα θεωρήματα του De Morgan.
• Αναλύει και σχεδιάζει πιο σύνθετα συνδυαστικά κυκλώματα όπως αθροιστές, συγκριτές, κωδικοποιητές, αποκωδικοποιητές και κυκλώματα μετατροπής κωδίκων.
• Αναγνωρίζει τις τεχνολογίες σχεδίασης και υλοποίησης ψηφιακών συστημάτων, τις λογικές πύλες τεχνολογίας ΝMOS, PMOS και CMOS, τις διατάξεις προγραμματιζόμενης λογικής (PLA, PAL, CPLD, FPGA) και τη γλώσσα περιγραφής κυκλωμάτων VHDL.
• Αναγνωρίζει και αναλύει τα είδη των Flip-Flops και να εξηγεί τη λειτουργία των καταχωρητών σειριακής και παράλληλης εισόδου/εξόδου.
• 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

• Αριθμητικά συστήματα και δυαδικοί κώδικες.
• Λογικές πύλες και Άλγεβρα Boole.
• 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.
• Εισαγωγή στην τεχνολογία σχεδίασης και υλοποίησης ψηφιακών συστημάτων, στις λογικές πύλες τεχνολογίας ΝMOS, PMOS και CMOS, στις διατάξεις προγραμματιζόμενης λογικής (PLA, PAL, CPLD, FPGA) και στη γλώσσα VHDL.
• Είδη και λειτουργία μανδαλωτών και Flip-Flops.
• Καταχωρητές σειριακής & παράλληλης εισόδου-εξόδου.
• Σύγχρονα Ακολουθιακά Κυκλώματα – ΣΑΚ, μηχανές πεπερασμένων καταστάσεων – FSM, ανάλυση και 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

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