1. デコーダ、8bit加算器などの組み合わせ回路が設計できる。
2. ｎ進カウンタなどの基本的な順序回路が設計できる。
3. 交通信号のようなシーケンス制御回路や、ストップウォッチ程度の論理回路が設計できる。
4. 前述のような基礎的な回路をVHDL言語で設計できる。
概要:
本講義では実践的な論理回路設計の能力を身につける事を目標とする。前期には、２学年の計算機基礎で学習した論理回路の知識をもとに，基本的な組み合わせ回路、順序回路の設計法について述べる。後期には基本的な回路を組み合わせた応用例、ストップウォッチや信号機などのシーケンサについて述べる。また、実際の設計ではデバイスの遅延時間やセットアップタイム、ホールドタイムなどを考慮しなければならないこと、フェイルセーフの考え方などについて述べる。また、後期後半ではVHDL言語による回路の設計を学ぶ。講義ではいくつかの設計課題が出される。課題は演習室のコンピュータ上で回路を作成し、実際にシミュレータを使って回路を実現し動作確認するという実践的な方法で実施される。
授業の進め方・方法:
前半の論理回路記述の講義、後期のVHDL言語の講義では配布資料を使用する。
講義ではいくつかの設計課題が出される。課題は演習室のコンピュータ上（EDAソフトquartusII）で回路を作成し、シミュレーション動作確認するという実践的な方法で実施される。
注意点:
定期試験の成績を70%、課題30%として評価する。
1.評価については、評価割合に従って行います。ただし、 適宜再試や追加課題を課し、加点することがあります。
2.中間試験を授業時間内に実施することがあります。
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 前期 |
| 1stQ |
| 1週 |
ガイダンス
デジタルとアナログ
コンピュータの中のデータ |
デジタルとアナログ、及びコンピュータの中のデータの格納形態等説明できる。
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| 2週 |
デジタル集積回路概要
半導体デバイスの動作原理による分類
半導体デバイスの機能による分類 |
半導体デバイスの動作原理及び機能による分類を説明できる。
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| 3週 |
半導体デバイスの電気的特性概要
最大定格と推奨動作条件
電気的特性の用語と記号 |
半導体デバイスの電気的特性の概要を説明できる。
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| 4週 |
半導体デバイスの電気的特性(DC特性)
スレッショルド電圧
ファンイン/ファンアウト |
電気的特性(DC特性)のスレッショルド、ファンイン/ファンアウトの説明ができる。
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| 5週 |
半導体デバイスの電気的特性(AC特性)
遅延時間
セットアップホールド時間 |
電気的特性(AC特性)の遅延時間、セットアップホールド時間の説明ができる。
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| 6週 |
半導体デバイスの接続性検討(1) |
半導体デバイスの接続性について検証し、説明ができる。
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| 7週 |
半導体デバイスの接続性検討(2) |
半導体デバイスの接続性について検証し、説明ができる。
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| 8週 |
ブール代数、ドモルガンの定理の復習
組み合わせ回路と順序回路、同期回路 |
ブール代数、ドモルガンの定理、組み合わせ回路と順序回路、同期回路について説明できる。
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| 2ndQ |
| 9週 |
組み合わせ回路の設計
アンドオアセレクタ、LEDデコーダ |
組み合わせ回路のアンドオアセレクタ、LEDデコーダ回路を設計できる。
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| 10週 |
組み合わせ回路の設計演習
アンドオアセレクタ、LEDデコーダ |
組み合わせ回路のアンドオアセレクタ、LEDデコーダ回路をシミュレーションにて動作確認ができる。
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| 11週 |
組み合わせ回路の設計
加算回路、減算回路 |
組み合わせ回路の加算回路、減算回路の設計ができる。
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| 12週 |
組み合わせ回路の設計演習
加算回路、減算回路 |
組み合わせ回路の加算回路、減算回路をシミュレーションにて動作確認できる。
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| 13週 |
順序回路の設計
同期式5進バイナリカウンタ回路 |
順序回路の同期式5進バイナリカウンタ回路の設計ができる。
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| 14週 |
順序回路の設計演習
同期式5進バイナリカウンタ回路 |
順序回路の同期式5進バイナリカウンタ回路をシミュレーションにて動作確認できる。
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| 15週 |
順序回路の設計演習
同期式n進バイナリカウンタ回路 |
順序回路の同期式n進バイナリカウンタ回路を設計し、シミュレーションにて動作確認できる。
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| 16週 |
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| 後期 |
| 3rdQ |
| 1週 |
シーケンス回路の構成
ストップウォッチ回路の概要 |
シーケンス回路であるストップウォッチ回路の概要が説明できる。
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| 2週 |
ストップウォッチ回路設計及び演習
チャタリング除去回路(ハザードについて) |
チャタリング除去回路(ハザード除去回路)を設計し、シミュレーションにて動作確認できる。
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| 3週 |
ストップウォッチ回路設計及び演習
同期回路、前縁検出回路、制御回路 |
同期回路、前縁検出回路、制御回路を設計し、シミュレーションにて動作確認できる。
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| 4週 |
ストップウォッチ回路設計及び演習
同期式ｎ進バイナリカウンタ回路の設計 |
同期式ｎ進バイナリカウンタ回路を設計し、シミュレーションにて動作確認できる。
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| 5週 |
ストップウォッチ回路設計及び演習
7セグメントLEDデコーダ回路の設計 |
7セグメントLEDデコーダ回路を設計し、シミュレーションにて動作確認できる。
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| 6週 |
ストップウォッチ回路設計及び演習
全体回路の入力 |
ストップウォッチ回路の全体回路を設計できる。
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| 7週 |
ストップウォッチ回路設計及び演習
動作確認(シミュレーション)、デバッグ |
ストップウォッチ回路の全体回路をシミュレーションにて動作確認できる。
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| 8週 |
VHDL言語記述の基礎
基本構文、IF文、CASE文 |
VHDL言語記述の基本構文、IF文、CASE文について説明できる。
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| 4thQ |
| 9週 |
ストップウォッチ回路のVHDL記述及び演習
チャタリング除去回路 |
チャタリング除去回路をVHDL記述し、シミュレーションにて動作確認できる。
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| 10週 |
ストップウォッチ回路のVHDL記述及び演習
同期回路、前縁検出回路、制御回路 |
同期式ｎ進バイナリカウンタ回路をVHDL記述し、シミュレーションにて動作確認できる。
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| 11週 |
ストップウォッチ回路のVHDL記述及び演習
同期式ｎ進バイナリカウンタ回路 |
7セグメントLEDデコーダ回路をVHDL記述し、シミュレーションにて動作確認できる。
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| 12週 |
ストップウォッチ回路のVHDL記述及び演習
7セグメントLEDデコーダ回路 |
7セグメントLEDデコーダ回路をVHDL記述し、シミュレーションにて動作確認できる。
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| 13週 |
ストップウォッチ回路のVHDL記述及び演習
全体回路の入力 |
ストップウォッチの全体回路をVHDL記述にて構成できる。
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| 14週 |
ストップウォッチ回路のVHDL記述及び演習
動作確認(シミュレーション)、デバッグ |
ストップウォッチの全体回路のVHDL記述をシミュレーションにて動作確認できる。
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| 15週 |
ストップウォッチ回路のVHDL記述及び演習
動作確認(シミュレーション)、デバッグ |
ストップウォッチの全体回路のVHDL記述をシミュレーションにて動作確認できる。
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| 16週 |
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| 分類 | 分野 | 学習内容 | 学習内容の到達目標 | 到達レベル | 授業週 |
| 専門的能力 | 分野別の専門工学 | 情報系分野 | 計算機工学 | 基数が異なる数の間で相互に変換できる。 | 3 | 前1 |
| 整数を2進数、10進数、16進数で表現できる。 | 4 | 前1 |
| 基本的な論理演算を行うことができる。 | 4 | 前8 |
| 基本的な論理演算を組合わせて、論理関数を論理式として表現できる。 | 4 | 前8 |
| 論理式の簡単化の概念を説明できる。 | 4 | 前8 |
| 簡単化の手法を用いて、与えられた論理関数を簡単化することができる。 | 4 | 前8 |
| 論理ゲートを用いて論理式を組合せ論理回路として表現することができる。 | 4 | 前9,前10,前11,前12 |
| 与えられた組合せ論理回路の機能を説明することができる。 | 4 | 前9,前10,前11,前12 |
| 組合せ論理回路を設計することができる。 | 4 | 前9,前10,前11,前12 |
| フリップフロップなどの順序回路の基本素子について、その動作と特性を説明することができる。 | 4 | 前13,前14,前15 |
| レジスタやカウンタなどの基本的な順序回路の動作について説明できる。 | 4 | 前13,前14,前15,後1,後2,後3,後4,後5 |
| 与えられた順序回路の機能を説明することができる。 | 4 | 前13,前14,前15,後1,後2,後3,後4,後5 |
| 順序回路を設計することができる。 | 4 | 前13,前14,前15,後1,後2,後3,後4,後5,後6,後7 |
| メモリシステムを実現するために考案された主要な技術を説明できる。 | 3 | 前2,前3,前4,前5,前6,前7 |
| ハードウェア記述言語など標準的な手法を用いてハードウェアの設計、検証を行うことができる。 | 4 | 後8,後9,後10,後11,後12,後13,後14,後15 |
| 分野別の工学実験・実習能力 | 電気・電子系分野【実験・実習能力】 | 電気・電子系【実験実習】 | 論理回路の動作について実験結果を考察できる。 | 3 | 前9,前10,前12,前14,前15,後1,後2,後3,後4,後8,後9,後10,後11,後12,後13,後14,後15 |
| ディジタルICの使用方法を習得する。 | 3 | 前4,前5 |