Über
Trailer zu ElectrONiX – Digital
Allgemeines zum Kurs
Elektronik ist die Wissenschaft der Steuerung elektrischen Stromes. Die wohl wichtigsten Steuerelemente, die uns in der digitalen Elektronik zur Verfügung stehen sind Transistoren. Mit ihnen können digitale Berechnungen realisiert, sowie Speicherstrukturen gebaut werden. Damit ist der Weg zu komplexen Computerprozessoren und -chips und deren Kommunikationswegen untereinander und auch mit uns Menschen geebnet.
Doch wie funktionieren solche digitalen Bausteine? Wie können wir komplexere digitale Funktionen und digitale Speicherelemente bauen? Welche Eigenschaften haben solche Schaltungen? Wie können Chips untereinander kommunizieren? Und wie können Computer eigentlich mit uns und unserer Umwelt "kommunizieren"?
Inhalt
Kursinhalt
In diesem MOOC behandeln wir die grundlegenden Eigenschaften von digitalen Bauelementen, wie Logikgattern, Latches und Flip-Flops. Ziel dabei ist es sowohl das mathematische Werkzeug, als auch das praktische Verständnis zu vermitteln um (Digital-)Schaltungen selbstständig bauen und dimensionieren zu können. Dazu stehen Rechen-, Simulations- und Praxisbeispiele zur Verfügung.
Der Kurs gliedert sich in fünf Teile:
- CMOS Schaltungen
- Kippstufen
- Bistabile Kippstufen
- Monostabile Kippstufen
- Astabile Kippstufen
- Analog-Digital Konverter
- Digital-Analog Konverter
- Hardwareschnittstellen
Lernziele
Die Lernziele der einzelnen Abschnitte sind in vier Lernzieltaxonomiestufen gegliedert und in den jeweiligen Abschnitten noch einmal genau ausgeführt. Der Übersichtlichkeit halber sind hier nur die Lernziele der höchsten Taxonomiestufe angeführt.
- CMOS Schaltungen
- PDN,PUN für gegebene Logikfunktion ableiten.
- Das Vereinfachen von einfachen boolschen Gleichungen.
- Schutzkonzepte gegen Latchup ableiten.
- Kippstufen
- SR-Latch mit 2 NAND oder NOR ableiten und Ausgänge entsprechend setzen.
- D-Latch zu Master-Slave erweitern.
- D-FF zu JK-FF erweitern.
- Obere und untere Schaltschwelle eines inv./nicht-inv. Schmitt-Triggers berechnen.
- Ringoszillator aus Speicherbausteinen (mit Invertern) ableiten.
- Frequenz eines Ringoszillators auf unterschiedliche Weisen einstellen und berechnen.
- Funktion einer PLL anhand einer Schaltung ableiten.
- Funktion einer unbekannten Oszillatorschaltung ableiten.
- Analog-Digital Konverter
- Nachvollziehbar erklären, wie sich aus einem Flash Converter ein SADC ableitet.
- Nachvollziehbar erklären, wie sich aus einem SADC ein pipelined ADC ableitet.
- SAR mit switched Caps herleiten.
- Bestes ADC-Design für eine gegebene Anwendung auswählen.
- Digital-Analog Konverter
- Bestes DAC-Design für eine gegebene Anwendung auswählen.
- Hardwareschnittstellen
- Erklären, wie mehrere Slaves an einen SPI-Master angeschlossen werden können und eine entsprechende Schaltung entwickeln.
- Die Baudrate berechnen, die notwendig ist, um gegebene Daten innerhalb eines gewissen Zeitfensters zu übertragen.
Vorkenntnisse
Der MOOC setzt nur ein paar grundlegende Kenntnisse der Elektrotechnik voraus. Zu diesen gehören:
- Ohmsches Gesetz,
- Kirchhoffsche Regeln,
- Wechsel- und Gleichstrom,
- Grundlagen elektrischer Bauelemente (Widerstand, Spule, Kondensator, Spannungs- und Stromquellen).
- Grundlagen der Elektronik (Dioden, Bipolartransistoren, MOSFETs, Transistorschaltungen und Operationsverstärker, siehe ElectrONiX - Amplifiers)
Kursablauf
Jede Einheit ist folgendermaßen aufgebaut:
- In den ersten Videos werden die theoretischen Grundlagen jeder Einheit geschaffen.
- Danach folgt eine freiwillige Selbstüberprüfung, mit der das gerade erworbene theoretische Wissen überprüft werden kann.
- Im darauffolgenden Block werden praktische Beispiele behandelt,
- wieder gefolgt von einer freiwilligen Selbstüberprüfung.
- Für besonders Motivierte gibt es dann noch zusätzliches Material. Das können Simulationsbeispiele oder detaillierte Ausarbeitungen sein.
- Zuletzt folgt eine Lernzielkontrolle. Um ein Zertifikat zu erhalten müssen hierbei mindestens 75% der Punkte erreicht werden.
- Bei positiver Absolvierung der Lernzielkontrolle gibt es einen Badge/ein Abzeichen.
Fragen können im begleitenden Forum gestellt werden. Diese können dann sowohl die Kursersteller*innen als auch die Teilnehmer*innen beantworten.
Zertifikat
Für die aktive Teilnahme am Kurs erfolgt bei Abschluss die Ausstellung eines automatisierten Zertifikats, welches Ihren Benutzernamen, den Kursnamen und die abgeschlossenen Lektionen beinhalten. Es wird darauf hingewiesen, dass es sich nur um eine Bestätigung handelt, die aussagt, dass der Benutzer/die Benutzerin zumindest 75% der gestellten Selbstüberprüfungsfragen richtig beantwortet hat.
Zusätzlich wird zu jeder Einheit ein Badge erstellt, der als Bild heruntergeladen werden kann.
Lizenz
Dieses Werk ist lizenziert unter einer CC BY 4.0. Dies inkludiert alle Abbildungen mit Ausnahme aller Logos.
Lehrveranstaltungen
Dieser Kurs kann begleitend zur Lehrveranstaltung "Elektronische Schaltungstechnik 2, VO" an der Technischen Universität Graz absolviert werden.
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Kursleitung
Institut für Elektronik
Projektleitung:
Dominik Zupan
ElectrONiX MOOC Team:
Michael Fuchs, Nikolaus Czepl, Clara Scheiber, Sabrina Koffler, Thomas Schwar
Videoschnitt- und Ton:
Martin Schachl, Daniel Brantner (LLT TU Graz), Stefan Janisch (LLT TU Graz), Jeremias Hutegger
Übersetzung:
Ćazim Sinanagić
Anmelden & Einschreiben Aktuell: 453 Teilnehmer:innen
Kostenlos für alle € 0.00
Partner:innen
Dieser MOOC wurde mit Hilfe des METIS ("MicroElectronics, Training, Industry and Skills") Projektes im Rahmen des Erasmus+ Programms der Europäischen Union finanziert. Nähere Informationen zum Projekt gibt es unter https://www.metis4skills.eu/.
Technische Universität Graz
Graz
