EEM211 Sayısal Mantık Tasarımı: BME 231 Digital Design Ders Sunuları (Mehmet Yüksekkaya, 2006)

Bu yazı, Başkent Üniversitesi Biyomedikal Mühendisliği Bölümü'nün BME 231 Digital Design dersinde, öğretim görevlisi Mehmet Yüksekkaya'nın 2006 güz döneminde kullandığı haftalık sunuları tanıtıyor; aynı dersin, biri İ. Cengiz Koçum'un adını taşıyan, sonraki bir döneme ait iki Türkçeleştirilmiş sunusu da (MSI ve PLD elemanları; senkron ardışıl mantık) dosyalar arasında. Ders kitabı M. Morris Mano'nun Digital Design (3. baskı, Prentice Hall, 2002) kitabı; sunulardaki şekillerin çoğu bu kitaptan. Her sununun konuları aşağıda özetlendi; on üç PowerPoint dosyası yazının sonunda ZIP olarak indirilebilir.

Ders bilgileri

Haftalık sunular

1. Hafta 1 – Ders tanıtımı ve sayı sistemleri: ders içeriği, tanımlar, sayısal devreler, başarı için öneriler; tabanlar arası dönüşümler (ikili, sekizli, onaltılı ve onluk arasında tüm yönler) ve alıştırmalar.
2. Hafta 2 – İşaretli sayılar, kodlar ve Boole cebrine giriş: işaretsiz ve işaretli sayılar, 2'ye tümleyen gösterimi ve tamsayı aralıkları, BCD, Gray ve ASCII kodları, AND ve OR kapıları, Boole cebri aksiyomları.
3. Hafta 3 – Boole fonksiyonları ve sadeleştirme: temel teoremler, De Morgan teoremleri, dualite, fonksiyonların tümleyeni, NAND ve NOR ile diğer kapıların kurulması, XOR ve XNOR, minterm-maksterm ve kanonik biçimler, doğruluk tablosundan ifadeye geçiş, Boole kurallarıyla sadeleştirme.
4. Hafta 4 – Karnaugh haritalarıyla sadeleştirme.
5. Hafta 5 – Kapı düzeyinde sadeleştirme ve kombinezonsal devreler: keyfi (don't care) durumlarla harita sadeleştirme, NAND-NAND ve NOR-NOR gerçekleştirme, kod çevirici ve tam çıkarıcı tasarımı.
6. Hafta 6 – Kod çözücü ve kodlayıcılar: 2'ye 4 ve 3'e 8 kod çözücüler, kod çözücüyle fonksiyon gerçekleştirme, iki 3'e 8'den 4'e 16 kod çözücü, 8'e 3 kodlayıcı, toplayıcı-çıkarıcı devresi, kod çevirme.
7. Hafta 10 – Senkron ardışıl mantık, yazmaçlar ve sayıcılar: S-R ve D mandalları, kenar tetiklemeli D, J-K ve T flip-floplar, asenkron girişler, çıkış ve durum denklemleri, durum tablosu ve diyagramı, tasarım örnekleri (ör. 00, 11, … sırasında sayan sayıcı, 0–10 arası sayan 4 bitlik sayıcı), paralel yüklemeli yazmaç, kaydırmalı yazmaçlar, seri aktarım, evrensel kaydırmalı yazmaç, senkron ve asenkron (ripple) sayıcılar. Sununun sonunda dönem projesinin tanımı var: dijital tümleşik devrelerin özel karakteristiklerini (çıkış yelpazesi, güç harcaması, yayılma gecikmesi, gürültü payı vb.) anlatan ve her öğrencinin seçtiği bir entegreyi veri sayfasından inceleyen bir rapor; son teslim 27 Aralık Çarşamba, geciken her gün için %25 kesinti.
8. Hafta 13 – ROM ve programlanabilir mantık: ROM iç yapısı ve bellek dizisi, ROM ile fonksiyon gerçekleştirme, PAL ve PLA.
9. Hafta 14 – RAM: RAM arayüz sinyalleri, boyut, okuma ve yazma işlemleri, RAM'in iç yapısı, bellek hiyerarşisi, ROM ile kare tablo (square lookup table), PLA ve PAL tasarım örnekleri.
10. Hafta 14 – ADC ve DAC: analog ve sayısal kavramları, analog-sayısal ve sayısal-analog dönüştürücüler, çıkış seviyeleri ve çözünürlük, örnekleme ve nicemleme.
11. Hafta 14 – Farklı tasarım örnekleri: verilen bir doğruluk tablosunun yedi farklı yolla tasarlanması: kapılarla, kod çözücüyle, 4x1 MUX ile, 2x1 MUX ile, PROM ile, PAL ile ve PLA ile.

Sonraki dönemden iki Türkçe sunu

• MSI ve PLD elemanları: SSI, MSI, LSI, VLSI tanımları, toplayıcı-çıkarıcı devresi, kod çözücüler ve kodlayıcılar, tekilleyici (demultiplexer), öncelik kodlayıcısı, çoklayıcılar, programlanabilir mantık dizisi (PLA) ve PLA program tablosu, kod çevirme.
• Senkron ardışıl lojik (İ. Cengiz Koçum): NOR kapılı RS flip-flop, mandallar ve flip-floplar, asenkron girişler, durum denklemleri, tablo ve diyagramı; beş adımda ardışıl devre tasarımı, D flip-floplarla tasarım, sayıcı tasarımı, durum azaltma, durum tahsisi, kullanılmayan durumlarla tasarım, ikili olmayan dizili sayıcılar, yazmaçlar, kaydırmalı yazmaçlar ve seri toplayıcı.