برنامه درسی

فعالیت کلاسی 

تمرینات 

آزمون میان ترم 

آزمون پایان ترم

ارایه کلاسی ، حل مثال و تمرینات 

مدارهای منطقی، موریس مانو ، ترجمه قدرت سپیدنام

[1] Roth, C. Kinney, L. (2014) Fundamentals of Logic Design (7th edition) Cengage Learning.
[2] Vahid, F. Digital (2011) Design with RTL Design, VHDL, and Verilog (2nd edition) Wiley.
[3] Mano, M. (2017) Digital Design: With an Introduction to the Verilog HDL, VHDL, and
SystemVerilog, (6th edition).
[4] Katz, R. H. Borriello, G. (2004) Contemporary Logic Design (2nd edition) Benjamin
Cummings/Addison Wesley.
 

مقدمات و مفاهیم اولیه مدارهای منطقی
سیستمهای عددی
جبر بول
گیتهای منطقی
تحلیل و طراحی مدارهای منطقی ترکیبی
روشهای ساده سازی مدارهای ترکیبی (جبر بول، جدول کارنو)
مدارهای بلوکهای پایه
(تسهیم کننده ( ،)multiplexerپادتسهیم کننده ( ،)de-multiplexerکدگذار ( ،)encoderکدگشا ( ،)decoderهفت بخشی
( )7-segmentو کاربردهای آنها)
مدارهای محاسباتی (جمع کننده، تفریق کننده، مقایسه کننده، ضرب کننده)
مدارهای الکترونیکی گیتهای منطقی
مفاهیم مقدماتی الکترونیکی مدارهای منطقی (امپدانس بالا، مقاومت بالابر و پایین بر، منطق سیمی، تأخیر)
عناصر اصلی مدارهای ترتیبی (لچ و فلیپ فلاپ)
تحلیل و طراحی مدارهای منطقی ترتیبی
روشهای بهینه سازی مدارهای ترتیبی

هدف این درس آشنایی با اصول و اجزای مدارهای منطقی و نحوة عملکرد این مدارها، کسب مهارت در طراحی مدارها و سیستم-
های دیجیتال و مهارت در تحلیل مدارهای دیجیتال از لحاظ عملیات و سرعت عملکرد آنها است

فعالیت کلاسی ،آزمون میان ترم ، آزمون پایان ترم ، پروژه نهایی

ارایه شفاهی ، آموزش عملی نرم افزار

1] M. A. Mazidi, S. Naimi, S. Naimi, The AVR Microcontroller and Embedded Systems using
Assembly and C, 1st Edition, Prentice Hall, 2010.
[2] M. A. Mazidi, D. Causey, R. D. McKinlay, PIC Microcontroller and Embedded Systems using
Assembly and C for PIC18, Prentice Hall, 2008.
3] B. van Dam, Microcontroller System Engineering, 45 projects for PIC, AVR and ARM, 2008.
[4] T. Wilmshurst, Designing Embedded Systems with PIC Microcontrollers, Principles and
Applications, 2nd Edition, Newnes, 2010.

 

مقدمه ای بر پردازنده ها، تاریخچه آنها و روشهای بسته بندی آنها، آشنایی با انواع پردازنده ها شامل پردازنده های همه
منظوره، پردازنده های پردازش سیگنال دیجیتال و پردازنده های کاربرد خاص، فلسفه پیدایش میکروکنترلرها
معرفی ریزپردازنده ها و میکروکنترلرها و اجزاء داخلی آنها با انتخاب یکی از معماریهای موجود، آشنایی با ثباتها،
باسهای داده، آدرس و کنترل، صف دستورالعمل، معماری خط لوله، واحد پردازشگر مرکزی، واحد محاسبه و منطق،
حافظه و پشته
معرفی اجمالی شرکتهای سازنده، انواع معماریها، ابزارهای توسعه نرمافزار، برنامه نویسی و عیبیابی برنامه میکروکنترلر
برنامهنویسی میکروکنترلر به زبان اسمبلی، حالتهای آدرسدهی، قالب دستورالعمل، مجموعه دستورالعملها،
شبهدستورالعملها، زیرروال، ماکرو، عبارات و دایرکتیوها
سیستم تولید ساعت و گزینه های آن
مباحث ریست، انواع ریست و تایمر نگهبان
درگاه های ورودی/خروجی موازی در میکروکنترلرها
وقفه و نحوه مدیریت آن، ارتباط با واحد کنترل وقفه خارجی
زمان سنج/شمارنده (شمارش، تولید موج، PWMو غیرو
مقایسه کننده آنالوگ
مبدلهای آنالوگ به دیجیتال و دیجیتال به آنالوگ
آشنایی با مدهای کاهش توان مصرفی و سیستم مدیریت توان مصرفی در میکروکنترلرها
درگاه سریال و ارتباط همگام و ناهمگام، معرفی ،USARTآشنایی با پروتکلهای RS232و RS485و اتصال
Daisy Chain
انواع حافظه ها ( Flash ،EEPROM ،SRAMو ،)BootLoaderنحوه ارتباط با حافظه خارجی، رمزگشایی
آدرس، رعایت زمانبندی در ارتباط حافظه ها و پردازنده
نحوه ارتباط با درگاه های خارجی، رمزگشایی آدرس برای درگاه ورودی/خروجی، زمانبندی ارتباط درگاه
کنترل ارتباط داده با تجهیزات خارجی (سرکشی، وقفه) و مدارات سختافزاری برای مدیریت وقفه و رعایت اولویتدهی
وقفه ها
بررسی مثالهای واقعی از کاربرد میکروکنترلرها در سیستمهای نهفته بر حسب زمان باقیمانده

در این درس دانشجویان با معماری یک ریزپردازنده (با انتخاب یک معماری مانند ،)ARMتشکیلات نرمافزاری، سختافزاری و
اجزاء میکروکنترلرها (با انتخاب یک میکروکنترلر از خانواده ARM ،AVRو مانند آن)، برنامه نویسی به زبان اسمبلی و سطوح
بالاتر، نحوه اتصال و ارتباط پردازنده با حافظهها و ادوات جانبی آشنا میشوند. همچنین در این درس دانشجویان میآموزند که
چگونه از زیرپردازنده و میکروکنترلرها در ساخت سیستمهای نهفته، اینترنت اشیاء و مانند آن استفاده نمایند
 

• تمرین‌های نظری

• آزمون‌‌های میان‌ترم و پایانی

• فعالیت کلاسی

ارایه نظری

شبیه سازی نرم افزاری

1. N. Weste and D. Harris, CMOS VLSI Design, a Circuit and System Perspective, 4th Edition, Addison-Wesley Press, 2011.

2. R. Jacob Baker, CMOS Circuit Design, Layout, and Simulation, 3rd Edition (IEEE Press Series on Microelectronic System), 2010.

3. Vishwajit Barbuddhe, Shraddha N. Zanjat, Bhavana S. Karmore, VLSI Design: Basic of VLSI Design, LAP LAMBERT Academic Publishing, 2020.

1. مروری بر مدارهای VLSI

   • تاریخچه، موقعیت کنونی و روند صنعت VLSI

   • چرخه طراحی VLSI

   • طراحی، جانمایی، ساخت، راستی‌آزمایی و آزمون مدارهای CMOS

2. تئوری ترانزیستور MOS

   • ویژگی جریان-ولتاژ ترانزیستورهای nMOS و pMOS

   • ترانزیستور غیر ایده‌ال (اثر بدنه، اثرChannel Length Modulation، نشت جریان و جریان زیر آستانه)

   • عناصر پارازیت ترازیستور MOS

3. ساخت و جانمایی CMOS

   • طراحی جانمایی (layout)، قواعد طراحی، ابزار طراحی جانمایی

   • متدولوژی‌های طراحی VLSI (مدارهای سفارشی، سلول‌های استاندارد، آرایه‌های گیتی، FPGA)

   • فرایند ساخت

4. طراحی گیت منطقی و مدار ترکیبی

   • عناصر پایه (گیت‌ها، مولتی‌پلکسر، latch و فلیپ فلاپ)

   • منطق‌های CMOS، Pseudo-nMOS، دومینو، سوئیچ، DCVS

5. تحلیل و بهینه‌سازی تاخیر

   • مدل تاخیر خطی و RC

   • تلاش منطقی (logical effort) برای مدارهای متقارن و نامتقارن

   • مدل‌های تحلیل زمانی و روش‌های بهینه‌سازی تاخیر

   • نوسانات فرایند ساخت (process variation)، تحلیل زمانی آماری، گوشه‌های طراحی

6. تحلیل و بهینه سازی توان

   • توان ایستا و پویا و اتصال کوتاه، بهینه سازی توان-تاخیر

   • معماری‌های کم‌توان در سطح VLSI

7. اتصالات روی تراشه

   • مدل‌سازی اتصالات، نویز همشنوایی، طراحی آگاه از اتصالات، مهندسی اتصالات

8. عناصر ترتیبی

   • قفل (latch) ایستا و پویا

   • فلیپ فلاپ

   • تاخیرهای عناصر حافظه

   • روش‌های clocking و سربارهای آن‌ها

هدف از این درس آشنایی دانشجویان با مفاهیم و نحوه‌ی طراحی مدارهای مجتمع بسیار پرتراکم از جمله مدارهای CMOS، طراحی جانمایی (layout)، تحلیل و بهینه‌سازی تأخیر و توان مصرفی مدارهای مجتمع و اتصالات روی تراشه است. دانشجویان با روش‌های طراحی دستی و هم‌چنین استفاده از ابزار طراحی خودکار مدارهای دیجیتال آشنایی پیدا می‌کنند.

فعالیت کلاسی ، آزمون میان ترم و پایان ترم ، پروژه شبیه سازی کامپیوتری

ارایه شفاهی ، حل مثال و تمرین ، آموزش نرم افزار شبیه سازی

[1]م. صدیقی، ع. ولی زاده، الکترونیک تراشههای دیجیتال، انتشارات دانشگاه صنعتی امیرکبیر، .1394
[2] N. Weste, D. Harris, CMOS VLSI Design: A Circuits and Systems Perspective, 4th Edition,
Addison-Wesley Press, 2011.
 

معرفی ساختار فیزیکی ترانزیستورهای ،MOSFETمنحنی مشخصه رفتاری، پارامترهای مهم آنها، و مروری کلی بر
فرایند ساخت این ترانزیستورها
معرفی، تحلیل عملکرد، و ارزیابی وارونکننده ( NMOSدر دو حالت با بار مقاومتی و بار افزایشی)
معرفی، تحلیل عملکرد، و ارزیابی وارونکننده CMOSشامل رفتار ایستا، رفتار پویا، خازنهای پارازیتیک، انواع مصرف
توان و روابط مربوطه
دروازههای ترکیبی ،CMOSمعرفی CMOSاستاندارد و ویژگیهای آن
مفهوم درایورها در فناوری ،CMOSتحلیل کمّی و کیفی مدارهای بافر
وارونکننده CMOSبا خروجی ،Tri-Stateوارونکننده CMOSبا ورودی Schmitt Trigger
منطقهای مبتنی بر ترانزیستور عبور و دروازه انتقال
مدارهای ترتیبی CMOS
مدارهای CMOSپویا، منطق تفاضلی
 

آشنایی با مفهوم و عملکرد نیمههادیها، آشنایی با جزئیات رفتاری ترانزیستورهای ،MOSFETشناخت کامل
مدارهای مجتمع دیجیتال مبتنی بر فناوری CMOS
کسب توانایی تجزیه و تحلیل مدارهای الکترونیکی دیجیتال به صورت کمی و کیف، کسب مهارت در مدل سازی و شبیه
سازی این مدارها در سطح منطقی و ترانزیستوری
 

ریزپردازنده و زبان اسمبلی
 

ارزیابی مستمر ، آزمون نهایی

ارایه شفاهی ، ارایه عملی 

[1] دستور کار آزمایشگاه ریزپردازنده ، معلمی ، دانشگاه تبریز

]2م. همایونپور و همکاران، ریزپردازنده و زبان اسمبلی، انتشارات شیخ بهایی، 1394
[3] M. A. Mazidi, S. Naimi, S. Naimi, The AVR Microcontroller and Embedded Systems using
Assembly and C, 1st Edition, Prentice Hall, 2010.
[4] M. A. Mazidi, D. Causey, R. D. McKinlay, PIC Microcontroller and Embedded Systems using
Assembly and C for PIC18, Prentice Hall, 2008.
 

آشنایی با یک نرمافزار شبیهسازی (مانند )Proteusبرای شبیهسازی و تست، آشنایی با یک نرمافزار ساخت طراحی بورد
مدار چاپی (مانند نرمافزار آلتیوم) برای طراحی شماتیک و PCBو نهایتا انجام یک پروژه ساده الکترونیکی. این پروژه به
عنوان مثال میتواند طراحی و شبیهسازی یک مدار چشمکزن با دو ( LEDمدار مولتی ویبراتور بیاستابل) و طراحی
شماتیک و PCBآن، سفارش بورد و مونتاژ قطعات بر روی PCBو لحیمکاری و تست آن باشد. از آموخته های حاصل
از انجام این پروژه در انجام پروژه نهایی آزمایشگاه استفاده خواهد شد.
آشنایی با یک اسمبلر و کمپایلر میکروکنترلر (مثل AVR Studioو CodeVisionبرای خانواده )AVR
تهیه یا ساخت پروگرامر، راهاندازی مدار بازنشانی، برنامهریزی بیتهای فیوز، تولید سیگنال ساعت ) (clockبرای
میکروکنترلر
 

کار با وقفه های خارجی و استفاده از حالات صرفهجویی در توان
کار با درگاه ها، خواندن مقدار مشخص شده توسط یک Dip-Switchچهار یا هشت بیتی متصل به یک درگاه، تبدیل
مقدار خوانده شده به ،BCDتبدیل ارقام BCDبه معادل 7-segو نمایش نتیجه توسط دو یا چهار عدد نمایش دهنده
7قطعهای
کار با کیبورد ماتریسی (طراحی کیبورد و نمایش ارقام خوانده شده از کیبورد توسط نمایشدهنده های 7قطعهای)
کار با ( LCDاتصال LCDبه میکروکنترلر و نمایش اطلاعات دریافتی از کیبورد توسط آن
 

با انجام موفقیتآمیر این آزمایشگاه دانشجویان میبایست به طور عملی با موارد مطرح شده در سرفصل ذیل در طراحی و
پیادهسازی سیستمهای مبتنی بر ریزپردازنده و میکروکنترلر آشنا شوند. به منظور هدفمند کردن فعالیتهای این آزمایشگاه و ایجاد
علاقه و اشتیاق در دانشجو، توصیه میشود که پروژه نهایی از ابتدا و در اولین جلسات آزمایشگاه تعریف گردد و مشخصات آن به
گونهای باشد که با آزمایشهایی که دانشجو در طی هر جلسه آزمایشگاه انجام میدهد با چگونگی انجام بخشی از پروژه نهایی
آزمایشگاه آشنا گردد
 

فعالیت کلاسی ؛ آزمون میان ترم ، آزمون پایان ترم ، پروژه نرم افزاری

ارایه شفاهی ، حل مثال و تمارین ، آموزش نرم افزار مربوطه

[1] T. Dillinge, VLSI Design Methodology Development, Prentice Hall, 2019.
[2] R.Jacob Baker, CMOS: Circuit Design, Layout, and Simulation (IEEE Press Series on
Microelectronic Systems), 2019.
[3] D. Harris, N. Weste, CMOS VLSI Design: A Circuits and Systems Perspective, Pearson, 2015.
[4] A. Kahng, J. Lieniq, VLSI physical design, Springer, 2017.
[5] S.K. Lim, VLSI physical design automation, Springer, 2010.
 

مروری بر مدارهای VLSI
آشنایی با مدارهای طراحی شده با ترانزیستورهای ماسفت
بررسی قوانین جریان و تحلیل مدارهای ترازیستوری
بررسی و تحلیل نمودارهای ولتاژ – جریان
اصول طراحی مدارهای مجمتع با توجه به پارامترهای طراحی مختلف
-2مروری بر پورسه ساخت و طراحی لی اوت
قوانین طراحی
نمودارهای میله ای
تحلیل و استراخ مدار از نمودار میله ای
تخمین مساحت و تعداد تراشه های ویفر و محاسبه ی بازده
قوانین مقیاس پذیری
-3آشنایی با روند طراحی و سنتز خودکار مدارهای مجتمع
مفاهیم سنتز در سطح ترانزیستور
مقاهیم جایابی و مسیریابی
آشنایی با الگوریتمهای جایابی و مسیریابی
تحلیل سرعت و مصرف توان
آشنایی با ابزارهای دانشگاهی و صنعتی طراحی خودکار مدارهای مجتمع
 

آشنایی دانشجویان با اصول طراحی مدارهای مجتمع، طراحی لی اوت و آشنایی با عوامل مهم در طراحی سطح ترانزیستوری،
استفاده از ابزارهای سنتز در سطح ترانزیستور
 

طراحی سیستمهای دیجیتال به کمک کامپیوتر

فعالیت کلاسی ، آزمون عملی ،

آموزش نر افزار، آموزش کار با سخت افزار

1] L. Ngalamou, Advanced Digital Systems Design with Rapid Prototyping on FPGAs using VHDL,
Springer, 2020.
[2] P. Pong, FPGA Prototyping by VHDL Examples: Xilinx MicroBlaze MCS SoC, Wiley,2018.
[3] S. Kilts, Advanced FPGA Design: Architecture, Implementation, and Optimization, Wiley-IEEE
Press, 2007.
 

انجام سنتز منطقی با در نظر گرفتن محدودیت های طراحی
بررسی نحوه نگاشت سخت افزار روی FPGA
پیاده سازی یک سیستم سخت افزار، نرم افزار روی FPGA
آشنایی با نرم افزار ISEو مراحل پیادهسازی کد VHDLروی FPGA
راه اندازی دکمه های فشاری و دیودهای نورانی روی بورد FPGA
آشنایی با مباحث تاخیر و فرکانس کلاک در FPGA
آشنایی با نرم افزار CoreGeneratorو نحوه بکارگیری Coreها
آشنایی با Block RAMها و زمانبندی خواندن و نوشتن در آنها
آشنایی با FIFOها و نحوه استفاده از آنها
آشنایی با رده های مختلف شبیهسازی: فانکشنال و Post Route Simulation
آشنایی با نرم افزار ChipScop
 

تکیهی اصلی این آزمایشگاه، کسب مهارت در استفاده از ابزارهای طراحی خودکار است. در این آزمایشگاه دانشجویان با طراحی و
پیادهسازی سیستمهای سخت افزاری روی FPGAآشنا میشوند