Тиждень цифровий мікроелектроніки в Києві — 24-29 квітня 2017

24-29 квітня в Києві пройде серія семінарів для школярів, які не будуть схожі на звичайні класи з вбудованим процесорам, які стандартно використовують Лего / Ардуіно / Расберрі Пай. Головний фокус семінарів — не навчити програмувати процесори, а показати принципи, як процесори проектуються всередині. Все одно, що різниця між «навчити водити машину» і «навчити проектувати двигун». На семінарах школярі будуть використовувати мову опису апарату Verilog і логічний синтез — технології, які використовують розробники цифрових мікросхем в Apple, Samsung і інших електронних компаніях.

Головна офіційна сторінка семінару — http://ukrtronics.strikingly.com/

Для вправ використовуються плати з ПЛІС — матрицями логічних елементів із змінною функцією (це не звичайний «процесор + пам’ять»). ПЛІС давно використовуються для навчання студентів проектування електроніки в Стенфорді і МІТ, і більш недавно — в українських вузах. Використання ПЛІС для навчання школярів — це експеримент, і у вас є шанс в ньому брати участь. Для полегшення введення в Verilog і ПЛІС ми спочатку займемося вправами з мікросхемами малого ступеня інтеграції на макетних платах, що не потребують пайки. Потім ми займемося ПЛІС і в останній день семінарів порівняємо проектування ПЛІС з програмуванням вбудованого процесора для інтернету речей.

Ви нарешті побачите те, що відбувається між транзистором і Ардуіно!

Програма для старших школярів і молодших студентів

Понеділок 24 квітня. Починаємо шлях до ПЛІС: комбінаційна логіка і двійкова арифметика на мікросхемах малого ступеню інтеграції

Місце: Студентський простір Belka КПІ

16:00-17:00 Олександр Барабанов, КНУ. Від фізики до логіки.
- Що таке струм, напруга і опір.
- Як влаштована макетна плата.
- Вправа 1. Перша схема з батарейкою, світлодіодом і резистором. Навіщо вмикати резистор у ланцюжок зі світлодіодом.
- Що таке транзистори і як із них будуються логічні елементи.
- Вправа 2. Спостерігаємо роботу транзистора.
17:00-18:00 Юрій Панчул, Imagination Technologies. Булева алгебра логіки, логічні елементи І-АБО-НЕ.
- Вправа 3. Кожному учню видається персональна мікросхема логіки серії CMOS 4000, з технічним описом від виробника, із завданням намалювати таблицю істинності, продемонструвати її роботу і словесно описати функцію. Логічні елементи AND, OR, XOR, NOR, NAND з різним числом входів.
- Вправа 4. Вивчаємо, що таке підтягуючі резистори і навіщо вони потрібні. Додаємо до Вправи 3 кнопки і підтягуючі резистори.
18:00-19:00 Двійкова арифметика, додавання і множення.
- Вправа 5. Кожному учневі видається суматор CMOS 4008. Демонстрація роботи суматора на макетній платі.
19:00-21:00 Додаткові вправи для тих, хто впорався із вправами 1-5 і не хоче йти додому.
- Вправа 6. Семисегментний індикатор і його драйвер, як приклад комбінаційної схеми. Виведення результату роботи суматора на семисегментний індикатор.

Вівторок 25 квітня. Додаємо пам’ять: послідовнісна логіка на мікросхемах малого ступеня інтеграції.

16:00-16:30 Юрій Панчул. Послідовнісна логіка — це те, що робить комп’ютер «розумним», вона дає йому пам’ять і можливість повторювати операції.
16:30-17:00 Юрій Панчул й інструктори з КПІ.
- Що таке D-тригер.
- Вправа 7. Приєднуємо генератор тактового сигналу на основі 555 таймеру до D-тригеру і досліджуємо роботу складеної схеми.
17:00-19:00 Більш складні елементи послідовнісної логіки.
- Вправа 8. Регістр зсуву і рухомі вогники.
- Вправа 9. Лічильник з виведенням стану на семисегментний індикатор.
19:00-21:00 Євген Короткий, КПІ. Додаткові вправи для тих, хто впорався із вправами 6-8 і не хоче йти додому.
- Вправа 10. Досліджуємо генератор тактового сигналу на основі мікросхеми 555 таймеру. Спостерігаємо, як змінюється період тактової частоти в залежності від опорів резисторів і ємності конденсатору.

Середа 26 квітня. Комбінаційна логіка і двійкова арифметика на Verilog і ПЛІС.

Місце: Студентський простір Belka КПІ.

16:00-16:30 Юрій Панчул, а також інструктори з КПІ, КНУ. Швидкий вступ до мови опису апаратури Verilog і використання логічного синтезу для ПЛІС / FPGA. Розглядаємо лише комбінаційну логіку.
16:30-17:00 Інструктори з КПІ, КНУ. Комбінаційна логіка на Verilog.
- Вправа 11. Повторюємо вправу 2 (логічні елементи) на ПЛІС з використанням плати Digilent CMOD A7 35T: Breadboardable Artix-7 FPGA Module.
- Вправа 12. Виводимо перші літери свого імені та прізвища на семисегментний індикатор, перемикаючись між ними за допомогою кнопки.
- Вправа 13. Повторюємо Вправу 3 (суматор) на ПЛІС. Результат виводимо на семисегментний індикатор.
19:00-21:00. Додаткові вправи для тих, хто впорався із вправами 9-11 і не хоче додому.
- Вправа 14. Ієрархія модулів. Побудова мультиплексорів з підмодулів.
- Вправа 15. Моделювання Verilog коду без ПЛІС. Створюємо середовище для перевірки роботи схеми, описаної на Verilog. Використовуємо симулятор Icarus Verilog для моделювання і програму GTKWave для перегляду часових діаграм.

Четвер 27 квітня. Послідовнісна логіка та кінцеві автомати на Verilog і ПЛІС.

Місце: Студентський простір Belka КПІ.

16:00-17:00. Юрій Панчул. Послідовнісна логіка на Verilog, кінцеві автомати, концепція методології RTL (рівень регістрових передач), затримки розповсюдження сигналів і обмеження на процедуру синтезу цифрових схем, визначення максимально можливої тактової частоти роботи цифрової схеми.
17:00-19:00. Інструктори з КПІ, КНУ. Послідовнісна логіка на Verilog.
- Вправа 16. Лічильник з виведенням стану на семисегментний індикатор. Реалізація Вправи 9 на ПЛІС.
- Вправа 17. Регістр зсуву і рухомі вогники. Реалізація Вправи 8 на ПЛІС.
- Вправа 18. Генерація звукових тонів різної частоти та їх накладання.
19:00-21:00. Додаткові вправи для тих, хто впорався із вправами 17-18 і хоче працювати далі.
- Вправа 19. «Равлик посміхається»: приклад кінцевого автомата.
- Вправа 20. Будуємо арифметичний конвеєр. Використовуємо симулятор Icarus Verilog для налагодження роботи послідовнісних схем.

П’ятниця 28 квітня. Порівняння проектування схем з програмуванням вбудованих мікропроцесорів.

Місце: Студентський простір Belka КПІ.

16:00-16:30. Юрій Панчул. Чим програмування відрізняється від схемотехніки. Машина фон-Неймана — особливий випадок електронної схеми. Програми, як ланцюжки інструкцій для машини фон-Неймана. Огляд мікропроцесорного ядра, що використовується в MediaTek MT768 і Microchip PIC32MZ.
16:30-19:00 Євген Короткий. Приклад: платформа для Інтернету Речей LinkIt Smart 7688 на основі MediaTek MT7688.
- Вправа 21. Блимаємо світлодіодом за допомогою програми на Python.
- Вправа 22. Зчитуємо дані з датчику освітленості Digilent PMOD ALS за допомогою протоколу SPI.
- Вправа 23. Вступ до концепції переривань.
19:00-21:00. Додаткові вправи для тих, хто впорався з вправами на LinkIt Smart 7688 і хоче продовжувати роботу. Приклад: Microchip PIC32 мікроконтролер.
- Вправа 24. Блимаємо світлодіодом за допомогою програми на мові Сі.
- Вправа 25. Зчитуємо дані з датчику освітленості Digilent PMOD ALS за допомогою протоколу SPI.
- Вправа 26. Розвантажуємо основну програму, використовуючи переривання. Переривання від таймеру запускає SPI транзакцію, переривання від SPI сигналізує про отримання пакету.

Субота 29 квітня. Хакатон

Місце: Національний університет «Києво-Могилянська академія»

Проекти з мікросхемами малого ступеню інтеграції: «Детектор вологості грунту», «Поліцейська сирена»
Проекти з ПЛІС: інтерфейси для сенсорів, кінцеві автомати типу «кодовий замок»
Проекти з мікроконтролерами і вбудовані мікропроцесори для Інтернету Речей: з’єднання з сенсорами і актуаторами

Програма для молодших школярів

Квітневий інтенсив «Вступ до електроніки»

Понеділок 24 квітня. Знайомство з основами: закон Ома, пасивні електронні елементи (резистори і конденсатори)