Detail předmětu

Návrh digitálních integrovaných obvodů VLSI a jazyk VHDL

FEKT-BPC-NDIAk. rok: 2025/2026

Pokročilý návrh digitálních systémů v jazyce VHDL. Praktický návrh sekvenčních systémů a stavových automatů. Návrh periferií a komunikačních rozhraní SPI, UART apod. Implementace aritmetických operací v jazyce VHDL. V rámci předmětu budou studenti realizovat projekt implementovatelný do obvodu FPGA. Bude kladen velký důraz na metodiku návrhu, návrh jednotlivých bloků a verifikaci návrhu jako celku. Projekt se bude řešit ve skupinách a musí být následně obhájen formou záverečné zprávy ve zkouškovém období

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

6

Vstupní znalosti

Student, který si zapíše předmět, musí:
- absolvovat předmět BPC-DIO
- znát základní kombinační a sekvenční obvody a ručně je navrhnout
- popsat tyto digitální systémy s využitím jazyka VHDL
- z VHDL popisu nakreslit koncepční schéma digitálního systému
- znát teorii stavových automatů a jejich návrh
- znát metodiku synchronního návrhu
- umět pracovat s návrhovým systémem Xilinx

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

Obhajoba projektu a závěrečná zkouška.
Podmínky pro úspěšné ukončení předmětu stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

Učební cíle

Předmět navazuje na povinný předmět BPC-DIO z druhého ročníku. Předmět je mnohem komplexnější a studenti získají nové informace z oblasti návrhu digitálních systémů, zejména jak metodicky přistupovat k návrhu složitějšího digitálního systému. Cílem předmětu je naučit studenty pracovat samostatně na dílčím úkolu, vytvoření blokové struktury, následný popis těchto bloků, verifikaci návrhu a finální implementací do cílového obvodu.
Absolvent předmětu:
- umí navrhnout komplexní kombinační a sekvenční obvody s využitím jazyka VHDL,
- je schopen podle zadaní logického systému definovat vstupní podmínky a blokové zapojení výsledného digitálního systému,
- je schopen navrhnout výsledný digitální obvod z definice popsané v katalogovém listu (komunikační sběrnice SPI, UART, apod.),
- umí implementovat logický systém do programovatelného obvodu,
- je schopen verifikovat a vyhodnotit navržený logický systém. 

Studijní opory

elektronické texty, prezentace, videonávody  

Základní literatura

Frank Bruno, Guy Eschemann, The FPGA Programming Handbook - Second Edition: An essential guide to FPGA design (EN)
Kang, Yusuf Leblebici, Chulwoo Kim, CMOS Digital Integrated Circuits, 2019, ISBN 978-9353165093 (EN)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program BPC-NCP bakalářský 3 ročník, zimní semestr, povinný

  • Program BPC-AUD bakalářský

    specializace AUDB-TECH , 0 ročník, zimní semestr, volitelný

  • Program BPC-EKT bakalářský 3 ročník, zimní semestr, povinně volitelný
  • Program BPC-MET bakalářský 3 ročník, zimní semestr, povinně volitelný
  • Program BPC-SEE bakalářský 0 ročník, zimní semestr, volitelný
  • Program BPC-TLI bakalářský 0 ročník, zimní semestr, volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Osnova

Druhy digitálních integrovaných obvodů.
Technologie bipolární, CMOS, BiCMOS.
Standardní IO, řady.
Obvody ASIC, konfigurovatelné obvody.
Základní funkční bloky digitálních IO.
Návrhové a simulační podpůrné prostředky.
Elektrická simulace, logická simulace.
Návrh rozmístění a propojení.
Jazyk VHDL.
Nové principy pro návrh a výrobu IO.
Měření a testování IO ve výrobě.
Mikromechanické struktury.
Ekonomické aspekty při návrhu a aplikacích integrovaných obvodů.

Cvičení na počítači

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Osnova

Nastavení návrhového prostředí, demo úloha.
Elektrická simulace digitálních obvodů.
Logická simulace, kritická cesta.
Analýza nejhoršího případu, hazardy.
Základní funkční bloky digitálních IO.
Standardní řady.
Programovatelné obvody.
Návrh rozmístění a propojení.
Jazyk VHDL - struktura a syntaxe.
Jazyk VHDL - statické a dynamické struktury.
Jazyk VHDL - komplexní příklad.
Testovatelnost.
Mikromechanické struktury.