مدارهای منطقی

معرفی و اهداف درس

هدف از این درس آشنایی با اصول طراحی مدارها و سیستم‌های دیجیتال، نحوه تحلیل و اشکال‌زدایی آن‌ها است. دانشجویانی که این درس را با موفقیت پشت سر بگذارند بینش مناسبی در موارد زیر خواهند داشت:

1- مفاهیم بنیادی سیستم‌ها و مدارهای دیجیتال.

2- طراحی سیستم‌های دیجیتال.

3- تحلیل سیستم‌های دیجیتال.

4- مدل‌سازی سیستم‌های دیجیتال.

فهرست مطالب درسی

1- مقدمات و مفاهیم اولیه

- تاریخچه سیستم‌های دیجیتال.

- کاربرد سیستم‌های دیجیتال در دنیای کنونی.

- مبانی سیستم‌های دیجیتال و تفاوت آن‌ها با سیستم‌های آنالوگ.

- معرفی اجمالی مدارهای دیجیتال بر پایه ترانزیستور MOS.

2- سیستم‌های عددی :

- نظریه اعداد و نمایش آن‌ها.

- محاسبات در سیستم‌های دیجیتال.

- مفاهیم Carry و Overflow.

- سیستم‌های نمایش BCD.

3- جبر بول

- اصول جبر بول.

- توابع، عملگرها و گیت‌های منطقی.

- روابط جبر بول.

- نمایش Canonical ،Minterm ،Maxterm و فرم‌های استاندارد نمایش توابع منطقی.

- آموزش زبان توصیف سخت‌افزار (VHDL یا Verilog) در سطح ساختاری.

4- تحلیل و طراحی سیستم‌های منطقی ترکیبی

- روش‌های ساده‌سازی مدارهای ترکیبی با جبر بول.

- بهینه‌سازی مدارهای ترکیبی با جدول کارنو و الگوریتم کوئین مک ـ کلاوسکی و مفهوم حالات بی‌اهمیت (don’t care).

- مفهوم Race ،Hazard و Glitch.

- انواع پیاده‌سازی مدارهای دوطبقه.

- مفهوم تأخیر.

- مدارهای کدگذار، کدگشا، تسیهم‌کننده (مالتی‌پلکسر)، پادتسهیم‌کننده (دی‌مالتی‌پلکسر)، نمایشگر هفت‌قسمتی (7-Segment) و کاربردهای آن‌ها به‌خصوص به‌عنوان یک بلوک پایه در طراحی مدارهای منطقی.

- طراحی با گیت جهانی (Universal).

- مدارهای جمع‌کننده انتشاری، مقایسه‌کننده و جمع‌کننده با پیش‌بینی رقم نقلی.

- مفهوم امپدانس بالا و استفاده از بافرهای سه‌حالته برای ایجاد امپدانس بالا، مدار با گیت‌های کلکتور باز، منطق سیمی، استفاده از مقاومت به‌عنوان pull-up و pull-down.

- مدارهای برنامه‌پذیر (FPGA، PLA و PAL).

- معرفی تراشه‌های استاندارد ترکیبی.

5- تحلیل و طراحی سیستم‌های منطقی ترتیبی

- معرفی عناصر حافظه، لچ‌ها و فلیپ‌فلاپ‌ها.

- تأخیر انتشار عناصر حافظه، مفهوم زمان راه‌اندازی و زمان نگهداشت، ورودی‌های همگام و ناهمگام.

- تحلیل مدارهای ترتیبی، جدول تحریک، نمودار حالت و جدول حالت.

- مراحل طراحی FSM، مدل‌های Mealy و Moore و تفاوت آن‌ها.

- طراحی مدارهای ترتیبی با انواع فلیپ‌فلاپ‌ها.

- شمارنده‌ها، ثبات‌ها، شیفت‌دهنده‌ها و ثبات‌های Universal.

- معرفی تراشه‌های استاندارد ترتیبی.

6- مبانی طراحی مدارهای ناهمگام