Université du Québec en Outaouais Département d'informatique et d'ingénierie
Sigle : GEN1243  Gr. 01
Titre : Conception de systèmes digitaux
Session : Automne 2016  Horaire et local
Professeur : Lakhssassi, Ahmed
1. Description du cours paraissant à l'annuaire :

Objectifs

Rendre l'étudiant capable de spécifier, de concevoir et de vérifier des systèmes digitaux à l'aide des outils modernes de conception assistée par ordinateur.

Contenu

Acquisition des notions de la logique mixte. Analyse et conception de systèmes logiques réels de complexité moyenne. Machines Séquentielles Algorithmiques. Modèle de Mealy et de Moore. Étude des séquenceurs synchrones et principalement synchrones. Réalisation de circuits et systèmes logiques au moyen de composants programmables et outils de conception récents (ROM, PAL, PLA, GAL, CPLD, FPGA, FPIC, HDL, VHDL, etc.). Introduction à la synthèse de haut niveau des circuits logiques. Conception de systèmes séquentiels par la méthode hiérarchique. Commande de périphériques analogiques par circuits séquentiels. Projet de conception par des outils CAO.
2. Objectifs spécifiques du cours :
Le cours couvre 7 des 12 qualités requises des diplômés telle que définies dans les normes d'agrément des programmes de génie au Canada. (http://www.engineerscanada.ca/fr/ressources-en-matiere-dagrement) :

a. Qualité 1 : Connaissances en génie

b. Qualité 2 : Analyse de problèmes

c. Qualité 3 : Investigation

d. Qualité 4 : conception

e. Qualité 5 : Utilisation d'outils d'ingénierie

f. Qualité 7 : Communication

g. Qualité 12 : Apprentissage continu

Les qualités 2, 3, 4, 7 et 12 sont mesurées dans ce cours pour fins de rétroaction.

Objectifs spécifiques Qualité Indicateurs Introduit Développé Appliqué
  • Spécifier, concevoir et vérifier les systèmes digitaux
  • Approfondir la connaissance des circuits logiques et des systèmes numériques
  • Conception à l'aide de composants modernes tels que le PLA (Programmable Logic Array) et les FPGA (Field Programmable Gate Array)
  • Développer l'habileté à concevoir des circuits séquentiels synchrones de type contrôleur
  • Développer ses capacités d'abstraction et de conception avec les langages HDL de haut niveau
  • Appliquer les méthodes de conceptions aux systèmes programmables
  • Se familiariser avec les notions de Prototypage rapide, vérification matérielle, placement et routage en conception des systèmes digitaux programmables dans l'environnement Xilinx ou Altera
 2 3. Choisir un modèle et appliquer l'analyse appropriée pour résoudre un problème. x
3 1. Formuler et tester des hypothèses de travail. x
4 4. Vérifier la conformité de la conception par rapport au cahier des charges. x
7 3. Créer des figures et des tableaux en respectant les règles de rédaction scientifique et technique. x
4. Faire des présentations claires et structurées en utilisant la terminologie technique appropriée, et adapter la formule selon l'auditoire. x
12 2. Trouver les ressources appropriées techniques et scientifiques x
3. Stratégies pédagogiques :
Les formules pédagogiques suivantes seront utilisées :
  • Cours magistral (une période par semaine).
  • Projets en conception à réaliser en équipe.
  • Séances de travaux pratiques (une période de 3 heures par semaine incluant les séances réservées au projet).
  • Lecture personnelle.

Le cours consiste en :

  • 39 heures de leçons magistrales
  • 36 heures de travaux pratiques au laboratoire
  • 6 heures d'examens
  • Total : 81 heures.

4. Heures de disponibilité ou modalités pour rendez-vous :
Les consultations auront lieu à mon bureau (B2014) tous les jeudis de 13 h à 15 h.
5. Plan détaillé du cours sur 15 semaines :
Semaine Thèmes Dates
1    Introduction générale: processus de conception, représentations matérielles de la conception, prototypage rapide. 12 sept. 2016 
2    VHDL : conception, simulation et synthèse de circuits et modules logiques à l'aide du langage de description matérielle VHDL.

Travail pratique 0 : Création des comptes, configuration et lancement des outils (Introduction à la simulation avec VHDL - 15 septembre 2016)

 19 sept. 2016 
3    Systèmes numériques programmables : PLA, PAL, PLD, GAL. Exemple de conception avec la logique programmable.

Travail pratique I : Introduction à la simulation avec VHDL (le 22 septembre 2016)

 26 sept. 2016 
4    Logique mixte : principe de la logique mixte, portes standards et leurs équivalences, symbolisation et convention, analyse de circuits logiques mixtes, synthèse de fonctions en logique mixte, conversion d'un circuit de la logique standard à la logique mixte.

Travail pratique II : Représentation arithmétique binaire avec VHDL (le 29 septembre 2016)

 03 oct. 2016 
5    Semaine d'études 10 oct. 2016 
6    Examen de mi-session 17 oct. 2016 
7    Machines séquentielles algorithmiques(MSA) : conception de systèmes logiques basés sur les machines séquentielles algorithmiques(MSA), familiarisation avec les grandes étapes d'analyse et de synthèse des MSA, aborder les différentes techniques de conception de circuits combinatoires pour l'étude des séquenceurs (machine à états finis).

Travail pratique III : Introduction à la plateforme de développement d'Altera (le 20 octobre 2016)

 24 oct. 2016 
8    Machines séquentielles algorithmiques(MSA) : conception de systèmes logiques basés sur les machines séquentielles algorithmiques(MSA), familiarisation avec les grandes étapes d'analyse et de synthèse des MSA, aborder les différentes techniques de conception de circuits combinatoires pour l'étude des séquenceurs (machine à états finis)(suite).

Travail pratique IV: L'affichage VGA (le 27 octobre 2016)

 31 oct. 2016 
9    Conception de circuits combinatoires : simplification de fonctions logiques par tableau de Karnaugh à variables inscrites, cas de deux variables incrites, les multiplexeurs et décodeurs ainsi que les circuits programmable PLD.

Travail pratique V : La modélisation en VHDL avec ISE: Fondation de Xilinx (le 3 novembre 2016)

 07 nov. 2016 
10    Programmation des MSA. 14 nov. 2016 
11    Conception avec la logique séquentielle : étude approfondie des machines séquentielles algorithmiques synchrones et principalement synchrones et conception de contrôleurs complets en tenant compte de considérations pratiques de grande importance. 21 nov. 2016 
12    Circuits intégrés programmables et leurs outils de synthèse : aperçu sur les PLD complexes, la famille MAX d'Altera et la famille MACH D'AMD, la famille FLASH de Cypress, les familles XC7000 et XC9000 de Xilinx. 28 nov. 2016 
13    Présentations : sujets spéciaux en développement technologique dans le domaine des systèmes numériques. 05 déc. 2016 
14    Présentations orales des projets, démonstrations au laboratoire. 12 déc. 2016 
15    Examen final 19 déc. 2016 
6. Évaluation du cours :
Outils d'évaluation Pondération Indicateurs mesurés
Examen de mi-session 20 % 2.3 et 4.4
Examen final 35 % 2.3 et 4.4
Projet : (sera déterminé durant les deux premières semaines de la session) 20 % 3.1, 7.3, 7.4 et 12.2
Travaux pratiques (6) 20 % 2.3 et 4.4
Sujets spéciaux en développement technologique dans le domaine des systèmes numériques programmables 5 % 7.4
Par indicateur mesuré, on entend qu'à la fin du cours, un niveau de performance (0, 1, 2, 3) est donné pour chaque indicateur et pour chaque étudiant selon la grille ci-dessous.
Indicateurs Niveau 0 Niveau 1 Niveau 2 Niveau 3
2.3 - Choisir un modèle et appliquer l'analyse appropriée pour résoudre un problème. Choix du modèle et analyse inacceptable Choix du modèle acceptable, mais analyse partielle Choix du modèle acceptable et analyse adéquats Choix du modèle et analyse remarquables
3.1 - Formuler et tester des hypothèses de travail. Formulation inacceptable et tests inadéquats Formulation et tests partiels Formulation et tests adéquats Formulation et tests remarquables
4.4 - Évaluer les résultats obtenus et formuler des conclusions Évaluation et/ou conclusion inexistantes Évaluation et conclusions partielles Évaluation et conclusions acceptables Évaluation et conclusions remarquables
7.3 - Créer des figures et des tableaux respectant les règles de rédaction scientifique et technique. Création de figures et de tableaux inadéquate ou inexistante Création de figures et de tableaux acceptable, mais conformité aux règles insuffisante Création de figures et de tableaux conforme aux règles Création de figures et de tableaux remarquable
7.4 - Faire des présentations claires et structurées en utilisant la terminologie technique appropriée, et adapter la formule selon l'auditoire. Présentation inacceptable ou inexistante Présentation acceptable, mais usage de la terminologie et/ou adaptation à l’auditoire inadéquat Présentation, usage de la terminologie et adaptation à l’auditoire adéquat Présentation, usage de la terminologie et adaptation à l’auditoire remarquables
12.2 -Trouver les ressources appropriées techniques et scientifiques. Ressources trouvées insuffisantes ou inappropriées Trouve partiellement les ressources appropriées Trouve les ressources appropriées, mais n’en tire pas complètement profit Trouve les ressources appropriées et en tire pleinement profit

Il faut obtenir une moyenne minimale de 50 % aux travaux pratiques pour que les notes des travaux comptent.

Attention : La présence aux cours est obligatoire. Trois absences ou plus mèneront à un échec automatiquement.

7. Politiques départementales et institutionnelles :
8. Principales références :
  1. David J. Comer, "Digital logic and state machine design", 3e Edition, New York : Oxford University Press, c1995, ISBN 0195107233, Pages : 573.
  2. Digital Design : Principles and Practices, Wakerly, John F. ISBN 10 : 0131863894 / ISBN 13 : 9780131863897, 2005.
  3. CMOS VLSI Design : A Circuits and Systems Perspective, 3/E , Neil Weste, Macquarie University and The University of Adelaide , David Harris, Harvey Mudd College , ISBN-10 : 0321149017, ISBN-13 : 9780321149015, Addison-Wesley, 2005, 800 pp.
  4. Digital Principles and Design with CD-ROM, 1st Edition, Donald D. Givone, SUNY BUFFALO ©2003, ISBN-13 9780072551327. Mc-Graw Hill.
  5. Fundamentals of Digital Logic with VHDL Design with CD-ROM, 3rd Edition.
  6. Stephen Brown, Associate Professor, Dept. of Electrical and Computer Engineering, University of Toronto, Zvonko Vranesic, Professor, Dept. of Electrical and Computer Engineering and Computer Science University of Toronto, 960 pages ©2009, ISBN-13 9780077221430. Mc-Graw Hill.
  7. Contemporary Logic Design, 2/E, Randy H. Katz, Gaetano Borriello, ISBN-10: 0201308576, ISBN-13 : 9780201308570, Prentice Hall, 2005, Paper; 608 pp.
  8. Fundamentals of Logic Design, 5th edition, Charles H. Roth, 2001, Thomson Learning, ISBN:0534378048.
  9. Computer Systems Design and Architecture, 2/E, Vincent P. Heuring, Harry F. Jordan, Boulder, ISBN-10 : 0130484407, ISBN-13 : 9780130484406, Prentice Hall, 2004, Paper; 608 pp.
  10. Application Specific Integrated Circuits, Michael John Sebastian Smith, Addison-Wesley, 1026 pp, August 1997, ISBN13 : 9780201500226, ISBN10 : 0-201-50022-1.
  11. A Designer's Guide to VHDL Synthesis, Ott, Douglas E., Wilderotter, Thomas J., Kluwer Academic Publishers, v. 4, no. 1, November 2007, ISBN :9780792394723, 340 pages.
  12. Logic Synthesis Using Synopsys, Pran Kurup and Taher Abbasi, Kluwer Academic, ISBN10 : 079239786X, ISBN13 : 9780792397861, 2ND 1997.
  13. Principle of CMOS VLSI design : A Systems Perspective. N.H.E. Weste, Kamram Eshraghian. Addison-Wesley, 1993, second edition, ISBN 10 : 0201533766 / ISBN 13 : 9780201533767.
  14. Digital Design : Principles and Practices Package, 4/E , John F. Wakerly, Cisco Systems, Inc. Stanford University, ISBN-10 : 0131733494 ISBN-13 : 9780131733497, Prentice Hall, 2006, 928 pp. 0131863894.
  15. The Designer's Guide to VHDL, Ashenden, Peter J. ISBN 10 : 1558606742 / ISBN 13 : 9781558606746, 2001.
9. Page Web du cours :
https://moodle.uqo.ca