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Lehrstuhl für Informatik 12
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Praktische Übungen zur Vorlesung "Grundlagen der Technischen Informatik"

Versuchstermine

Die Durchführung der Praktischen Übungen findet zwischen dem 06.03.2017 und 17.03.2017 am Lehrstuhl für Informatik 12, Cauerstraße 11 in Raum 02.133-128 statt.
Die Anmeldung zu den Praktischen Übungen fand zwischen dem 07.02. und 02.03.2017 statt.
Die genauen Termine können der Hauptseite oder meinCampus entnommen werden.
Bitte beachten Sie, dass die Kursnummerierung in meinCampus von der auf der Website angegebenen abweichen kann.
Achten Sie deshalb auf das Datum und die Uhrzeit Ihres Kurses!

Unterlagen

Die gegebenen Aufgaben sind eigenständig sowie im Voraus zu Hause zu lösen und zum jeweiligen Versuchstermin vollständig mitzubringen.
Eine Überprüfung der Vorbereitung findet je zu Beginn eines Praktikumstermins in Form eines mündlichen Testats statt.
Beachten Sie, dass Sie nur bei einem bestandenen Testat zum anschließenden praktischen Teil der Übung zugelassen werden.
Die Eingabe und Simulation der Schaltungen sind Bestandteil der praktischen Übungen und sind am Rechner vor Ort durchzuführen.

Zur Vorbereitung auf die Versuchsdurchführung bietet sich die hier gelistete Literatur an.

Übung 1:

Graphischer Entwurf von digitalen Schaltungen mit "Logisim".
Simulation von VHDL-Beschreibungen mit "ModelSim".

Übung 2:

Entwurf und Implementierung einer Weckersteuerungs-Einheit in VHDL.


Zielsetzung

Die praktischen Übungen zur Grundlagen der Technischen Informatik dienen dazu, Ihnen frühzeitig einen Praxisbezug zum Entwurf digitaler Schaltungen (CAD, Logiksimulation, Prototypisierung) zu vermitteln. Die in der Vorlesung erworbenen Kenntnisse im Bereich digitaler Systeme werden hier beim Entwurf konkreter Hardware eingesetzt und vertieft. Ziel der Übungen ist auch, das Verständnis dafür zu entwickeln, dass Hardware heutzutage mit Software am Rechner entwickelt und simuliert wird.

Aufbau

Die beiden praktischen Übungen werden jeweils an einem Termin im Praktikumsraum 02.133-128 des Lehrstuhls durchgeführt.
Im ersten Teil der ersten Übung wird ein Logiksimulator mit dem Namen "Logisim" verwendet, mit dem logische Grundschaltungen graphisch eingegeben und auf ihre korrekte Funktionalität hin simuliert werden sollen. Im zweiten Teil der Übung soll eine VHDL-Beschreibung simuliert werden.
Bei der zweiten Übung geht es zudem darum, einen digitalen Wecker zu entwerfen. Dieses beinhaltet

  • die Beschreibung und Simulation der Weckerfunktionalität in VHDL,
  • die Logiksynthese und
  • die Abbildung und den Test auf realer Hardware (FPGA-Board)

Die einzelnen Aufgaben decken systematisch folgende Problembereiche ab:

  • Graphische Eingabe und Simulation einfacher Gatterschaltungen und Schalternetzwerke
  • Graphischer Entwurf von arithmetischen Schaltkreisen (u.a. Addier/Subtrahier-Netze)
  • Graphische Eingabe von Speicherelementen (Latches, Flipflops)
  • Verhaltensbasierter Schaltungsentwurf mit der Hardwarebeschreibungssprache VHDL
  • Strukturierter Schaltungsentwurf in VHDL
  • Entwurf sequentieller Schaltungen (FSM - Finite State Machine, endliche Automaten) in VHDL
  • Synthese
Zur Durchführbarkeit in angemessener Zeit werden elementare Funktionen für die verschiedenen Phasen des Praktikums vollständig oder teilweise vorgegeben. Durch die Studierenden werden jeweils einzelne Teile modifiziert oder reimplementiert.

Jeder Arbeitsplatz besteht aus einem Rechner, an dem ein FPGA-Board angeschlossen ist.
Verwendete Hardware- und Software-Basis:
  • Entwicklungsrechner: PC (Linux)
  • Software:
    • Logiksimulations-Tool "Logisim" (Bausteinbibliothek, Schematic-Entry, Logiksimulator)
    • "Xilinx Vivado" als VHDL-Simulationstool, als Synthesetool, zur Platzierung und Verdrahtung der Schaltung auf dem FPGA sowie zur Generierung des Bitstreams fü die FPGA-Implementierung


Teilnahmeschein

Die Grundlagen der theoretischen und praktischen Übungen werden durch ein Kolloquium im Rahmen der beiden praktischen Übungen am Anfang der Lehrveranstaltung abgeprüft. Für beide Testate und die erfolgreiche Versuchsdurchführung erhalten Sie einen Teilnahmeschein (Studienleistung), der neben der erfolgreichen Teilnahme an der schriftlichen Prüfung Voraussetzung für den erfolgreichen Abschluss des Moduls Grundlagen der Technischen Informatik ist.


  Impressum Stand: 21 April 2017.   M.W.