Проектування пристроїв на ПЛІС

Мета дисципліни:

формування комплексу знань і здобуття навичок з розробки апаратних та програмних засобів  радіоелектронних  і телекомунікаційних пристроїв на базі  програмованих логічних інтегральних схем (ПЛІС), аналіз проблем та особливостей їх використання. 

Завдання дисципліни: 
 
- вивчення, засвоєння і розуміння студентами основних  методик розробки апаратного та програмного забезпечення для проектування цифрових пристроїв на базі ПЛІС; 
-  оволодіння прийомами системного, архітектурного і алгоритмічного синтезу цифрових пристроїв і систем по поведінковим специфікаціям на мовах високого рівня; вивчення принципів побудови та функціонування ПЛІС, мови розробки  апаратних засобів VHDL і Verilog;
-  здобуття навичок здійснювати моделювання цифрових пристроїв на основі сучасних методів  комп’ютерного моделювання (Altera Quartus II) ;
-  підготовка студентів до виконання дипломних проектів та робіт, тематика яких пов'язана з проектуванням радіоелектронних  і телекомунікаційних пристроїв на базі  ПЛІС;
- придбання навичок та вмінь самостійно використовувати методи розробки апаратного та програмного забезпечення для проектування радіоелектронних  і телекомунікаційних систем на базі  ПЛІС при виконанні науково-дослідних та дослідно-конструкторських робіт.

 
Основні результати навчання 
 
- уміти застосовувати знання в галузі інформатики й сучасних інформаційних технологій, обчислювальної і мікропроцесорної техніки та програмування, програмних засобів для розв’язання спеціалізованих задач та практичних проблем у галузі професійної діяльності;   
- здатність брати участь у створенні прикладного програмного забезпечення для елементів (модулів, блоків, вузлів) телекомунікаційних систем, інфокомунікаційних, телекомунікаційних мереж, радіотехнічних систем, тощо;
- уміти використовувати системи моделювання та автоматизації схемотехнічного проектування для розроблення елементів, вузлів, блоків радіотехнічних та телекомунікаційних систем;
- здатність знаходити, оцінювати і використовувати інформацію з різних джерел, необхідну для розв’язання професійних завдань, включаючи відтворення інформації через електронний пошук; 
- уміти застосовувати знання в галузі інформатики й сучасних інформаційних технологій, обчислювальної і мікропроцесорної техніки та програмування, програмних засобів для розв’язання спеціалізованих задач та практичних проблем у галузі професійної діяльності.  
 

Форми організації освітнього процесу та види навчальних занять
 
Л – лекційні заняття; Лз – лабораторні заняття; СРС – самостійна робота здобувача вищої освіти; РГР – розрахунково-графічна робота; МКР – модульна контрольна робота; К – консультації.
 
Тематика та види навчальних занять
 
1 тиждень
Л1. Вступ.  Визначення і місце програмованих логічних інтегральних схем ( ПЛІС)  у проектуванні цифрових систем. 
Лз1. Розробка та моделювання роботи логічних схем  у програмному середовищі Quartus II”  
СРС. К.
 
2 тиждень
Л2. Особливості схемотехніки CPLD та FPGA. 
Лз2. Розробка та моделювання роботи цифрових пристроїв за допомогою мови VHDL у програмному середовищі Quartus II  (ч.1). 
СРС. К.
 
3 тиждень
Л3. Особливості застосування ПЛІС різних видів: SPLD, CPLD та FPGA при побудові вузлів тенлекомунікаційних систем. Особливості схемотехніки системи на кристалі, що програмується SOC
Лз3. Розробка та моделювання роботи цифрових пристроїв за допомогою мови VHDL у програмному середовищі Quartus II (ч.2).
СРС. К.
 
4 тиждень
Л4. Методи і засоби проектування цифрових пристроїв (ЦП) з використання сучасних видів ПЛІС
Лз4. Розробка та моделювання роботи цифрового пристрою на стенді DIGIASIC за допомогою мови VHDL.  (ч.1).
СРС. К.
 
5 тиждень
Л5. VHDL - погляд схемотехніка.  Структура програми на VHDL: інтерфейс об'єкту, опис архітектури об'єкту, зв'язок імен компонентів, поведінка об’єкту. Стилі опису цифрових пристроїв в мові  VHDL.
Лз5. Розробка та моделювання роботи цифрового пристрою на стенді DIGIASIC за допомогою мови VHDL.  (ч.2). 
СРС. К.
 
6 тиждень
Л6. VHDL - погляд  програміста. VHDL як програмна система. Типи даних і декларації об'єктів. Класи даних. Поняття сигналу.
Лз6. Реалізація цифрового пристрою з динамічною індикацією на мові VHDL у програмному середовищі Quartus (ч.1).
СРС. К.
 
7 тиждень
Л7. Основи мови VHDL  Структура проекту. Об’єкти  та архітектурні тіла. Сигнали і змінні. Процеси. Послідовні та паралельні оператори. Підпрограми. Пакети.
Лз7. Реалізація цифрового пристрою з динамічною індикацією на мові VHDL у програмному середовищі Quartus (ч.2).
 СРС. К.
 
8 тиждень
Л8. Приклади реалізації  цифрових проектів для ПЛІС
Основні конструкції підготовки синтезованого проекту. Опис проектів комбінаційних  і послідовних вузлів. Реалізація цифрових пристроїв мовою VHDL.
Лз8. Розробка та моделювання роботи цифрового пристрою на стенді DIGIASIC за допомогою мови Verilog HDL (ч.1).
СРС. К.
МКР1.
 
9 тиждень
Л9. Основи синтаксису мови Verilog. Основні оператори. Основи написання програм. Структурний опис схем. Поведінковий опис схем.
Лз9. Розробка та моделювання роботи цифрового пристрою на стенді DIGIASIC за допомогою мови Verilog HDL (ч.2).
СРС. К.
 
10 тиждень
Л10. Вентильний опис цифрової схеми на мові Verilog HDL. Поведінковий опис схеми на мові Verilog.
Лз10. Реалізація цифрового пристрою на мові VHDL з окремих модулів у програмному середовищі Quartus II  (ч.1).
СРС. К.
 
11 тиждень
Л11. Проектування схем комбінаційного типу на мові Verilog HDL з використанням структурного опису схеми. Проектування схем послідовного типу на мові Verilog HDL з використанням поведінкового опису схеми 
Лз11. Реалізація цифрового пристрою на мові VHDL з окремих модулів у програмному середовищі Quartus II  (ч.2).
СРС. К.
 
12 тиждень
Л12. Огляд основних практичних задач ЦОС. Базові елементи і схеми. Маршрут проектування.
Лз12. Реалізація цифрового пристрою з динамічною індикацією на мові  С за допомогою віртуального процесору NIOS II у програмному середовищі Quartus II 
 (ч.1).
СРС. К.
 
13 тиждень
Л13. Побудова цифрових фільтрів на базі ПЛІС. БІХ- і КІХ- фільтри. Основи і приклади схемної реалізації цифрових фільтрів на ПЛІС.
 Лз13. Реалізація цифрового пристрою з динамічною індикацією на мові  С за допомогою віртуального процесору NIOS II у програмному середовищі Quartus II 
 (ч.2).
СРС. К.
 
14 тиждень
Л14.  Маршрут проектування систем ЦОС в сучасних засобах САПР під FPGA. Проектування цифрових фільтрів на базі моделей Matlab. 
Лз14. Реалізація цифрового КІХ фільтру середовищі Quartus II (ч.1).
СРС. К.
 
15 тиждень
Л15. Приклад розробки та моделювання цифрового КІХ- фільтра з заданими параметрами у програмному середовищі 
Лз15. Реалізація цифрового КІХ фільтру середовищі Quartus II (ч.2).
СРС. К.
МКР2.
 
Індивідуальна робота
 
Не передбачена. 
 
Самостійна робота
 
Самостійна робота складає 75 години. Розподіл самостійної роботи за видами навчальних робіт:
1) підготовка до лекційних занять – 15 годин;
2) підготовка до лабораторних занять – 30 годин;
3) підготовка до екзамену – 30 годин;
 
 
Процедура оцінювання
 
Система оцінювання рівня навчальних досягнень ґрунтується на принципах ЄКТС та є накопичувальною. Дисципліна поділяється на два семестрові модулі. Здобувачі протягом семестру готуються до лекційних та лабораторних занять, виконують 2 модульні контрольні роботи.
 
Модульні контрольні роботи №1 та №2 виконуються у письмовій формі з використанням тестових запитань.  Максимальна оцінка за її виконання становить 30 балів. Модульна контрольна робота у вигляді тестів складається з 25 тестових запитань, кожна правильна відповідь на запитання 1-20 оцінюється в 1 бал, кожна правильна відповідь на запитання 21-25 оцінюється в 2 бали.

Кожний модуль оцінюється у максимально можливі 50 балів:

Семестровий модуль № 1
Лз1…7. Оцінка за виконання чотирьох лабораторних завдань – 20 балів (по 4 бали за перше і друге завдання, по 6 балів за третє і четверте завдання). 
МК1. Модульна контрольна робота – 30 балів (8 тиждень). Перескладання можливе протягом 9–11 тижнів за розкладом консультацій.
 
Семестровий модуль № 2
Лз8…15. Оцінка за виконання чотирьох лабораторних завдань – 20 балів (по 4 бали за перше і друге завдання, по 6 балів за третє і четверте завдання). 
МК2. Модульна контрольна робота – 30 балів (15 тиждень).
 
Максимальна оцінка за повний обсяг виконаних навчальних елементів дисципліни за семестр – 100 балів.
 
Підсумковим контролем з дисципліни є усний екзамен, білет до якого складається з теоретичної частини (3 запитання) та практичної частини (1 задача). Максимальна оцінка за правильні відповіді на всі питання екзаменаційного білету становить 100 балів.

Умови допуску до підсумкового контролю
 
До екзамену допускаються здобувачі вищої освіти, які виконали всі види навчальних елементів навчальної дисципліни на не менш, ніж на 60 %.

Екзамен відбувається за всіма тематичними (змістовними) модулями дисципліни.

Складання/перескладання екзамену організується за встановленим деканатом ІІБРТ розкладом.
 
 
Політика освітнього процесу
 
Здобувач зобов’язаний своєчасно та якісно виконувати всі отримані завдання; за необхідністю з метою з’ясування всіх не зрозумілих під час самостійної та індивідуальної роботи питань, відвідувати консультації викладача. Дотримуватись принципів академічної доброчесності. 
 
Відсутність здобувача на контрольній роботі або на екзамені відповідає оцінці «0».
 
Під час лекції здійснювати телефонні дзвінки забороняється.