Geum.ru

Учебно-методический комплекс по дисциплине

Вид материалаУчебно-методический комплекс

Содержание


Микропроцессорные устройства управления  ртс
Задачами дисциплины
Общая трудоемкость
Самостоятельная работа
Экзамен, КП
Подобный материал:

ГОУ ВПО

“ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ”


УТВЕРЖДАЮ

Декан ФАРМ




___(Подпись)__ В.М. Пачевский




" " 2010 г.




УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС

по дисциплине "Микропроцессорные устройства управления РТС
и их программное обеспечение"

для специальности 220402 "Роботы и робототехнические системы"



Кафедра робототехнических систем


УМК разработал Герасимов М.И., канд. техн. наук, доцент


Рассмотрено и одобрено на заседании кафедры РС от " " мая 2010 г.


Заведующий кафедрой РС,

д-р техн. наук, профессор (Подпись) Шиянов А.И.


Воронеж 2010

Выписка из государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования направления подготовки дипломированного специалиста 652000 “Мехатроника и робототехника” по специальности 210300 “Роботы и робототехнические системы”



СД.04
МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ  РТС
И ИХ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

Архитектура устройств управления роботов и РТС, основ­ные электронные элементы и узлы;

структура центральных процессоров; система команд;

общие принципы построения микропроцессорных устройств управления роботами и РТС;

централизованное и распределенное управление;

организация параллельных процессов в системах реального времени;

микроконтроллеры;

программное обеспечение микропроцессорных устройств управления; операционные системы управляющих ЭВМ;

основы автоматизации программирования; принципы по­строения алгоритмических языков и трансляторов; основы проектирования программного обеспечения.
204


1. Цель и задачи дисциплины, её место в учебном процессе

Цель дисциплины состоит в подготовке студентов специальности 220402 к инженерной деятельности по разработке, проектированию, наладке и эксплуатации современных средств управления роботами, оборудованием и сложными техническими системами.

Задачами дисциплины является изучение:
  • основных альтернатив в выборе архитектуры микропроцессорных устройств управления РТК;
  • принципов построения УУ РТК на базе ПЛИС с программируемой структурой;
  • принципов построения одно- и многопроцессорных систем управления движением и процессами;
  • функционального состава, характеристик и способов применения современных электронных комплектующих изделий;
  • структуры и принципов функционирования основных микропроцессоров и микропроцессорных наборов, системы команд процессоров и правил их применения в различных вариантах управления;
  • структуры программного обеспечения микропроцессорных систем, основных типов операционных систем и языков программирования;
  • методов написания, отладки и тестирования программ для различных вариантов построения устройств управления.

При изучении данной дисциплины необходимо знание математики (аналитическая геометрия и линейная алгебра, дифференциальное и интегральное исчисления, дифференциаль­ные уравнения, численные методы), алгоритмических языков и программирования, дискретной математики (конечные автоматы), физики (классическая механика, электричество, магнетизм), вычислительной техники (основы построения логических и последовательностных автоматов), информатики, электротехники и электроники (законы теории цепей; расчет переходных процес­сов; анализ установившегося режима, схемотехника усилительных и коммутационных устройств), теоретической механики, приводов роботов, теории автоматического управления, информационных устройств и систем в ро­бототехнике, исполнительных систем роботов.

Результаты изучения дисциплины имеют самостоятельное значение, а также создают базу для изучения других специальных курсов: "Проектирование роботов и РТС", "Управление роботами и РТС", "Методы искусственного интеллекта в робототехнике", "Программирование роботов и РТС", "Эксплуатация РТС" и в совокупности с ними определяют на завершающей стадии обучения квалификацию студентов как специалистов в области робототехники.

2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины

В результате изучения дисциплины студент должен знать элементную базу микропроцессорных устройств управления, принципы разработки устройств управления и проектирования программного обеспечения, а также владеть умениями и навыками:
  • самостоятельной работы по оценке условий использования РТС и выбору соответствующего схемотехнического исполнения системы управления;
  • определения структуры систем управления многокомпонентной РТС;
  • расчетов необходимых технических характеристик устройств управления и устройств связи с объектами управления:
  • выбора и проектирования программного обеспечения для элементов систем управления;
  • наладки аппаратной части систем управления и отладки программного обеспечения.

3. Объем дисциплины и виды учебной работы

Форма обучения – очное

Срок обучения ­– нормативный

Курс – 4

Виды занятий
Всего часов

Семестры и количество часов

7 сем

8 сем.
Общая трудоемкость
204
102
102
Аудиторные занятия
102
51
51

Лекции
51
34
17

Практические занятия
17
–
17

Лабораторные работы
34
17
17

Семинары
–
–
–

Другие виды аудит. занятий
–
–
–
Самостоятельная работа
102
51
51

Курсовой проект

44

–

44

Расчетно-графическая работа

–

–

–

Реферат

–

–

–

Работа над темами для самостоятельного изучения

–

–

–

Подготовка к практическим, семинарским и лабораторным занятиям

36

18

18

Выполнение домашних заданий

–

–

–

Подготовка к контрольным мероприятиям

22

11

11

Другие виды самостоятельной работы

–

–

–

Рубежи контроля знаний

Зачет

Экзамен, КП


4. Содержание дисциплины

4.1. Разделы дисциплины и виды занятий (тематический план)


№

п/п

Разделы

дисциплины
Лекции

(час)
Практич.

занятия

(час)
Семинарские

занятия

(час)
Лабор.

занят.

(час)
Друг.

виды

ауд.

занятий


Введение. Архитектура микропроцессорных устройств управления. Основные понятия и определения. Два пути решения проблемы универсальности аппаратных средств СУ роботами
2
-
-
-
-


Шины и шинные интерфейсы микропроцессорных систем управления РТК
8
4
-
8
-


Интерфейсы удаленных устройств
6
4
-
-
-


Микроконтроллеры и микропроцес­соры в системах управления РТК

18
5
-
8
-


Запоминающие устройства
4
-
-
-
-


Модули ввода-вывода устройств управления РТК
4
4
-
9
-


БИС/СБИС с программи­руемыми и репрограммируемыми структурами
4
-
-
-
-


Функциональная организация вычислительных и управляющих процессов. Языки программирования систем управления
5
-
-
9
-




ВСЕГО
51
17



34





5. Учебно-методическое обеспечение дисциплины

5.1. Рекомендуемая литература

а) основная литература:
  1. Микропроцессорные системы: Учеб. пособие для вузов / Под общ. ред. Д.В. Пузанкова. СПб.: Политехника, 2002. 935 с. Допущено Министерством образования Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов вузов.
  2. Ефремов Д.А. Микропроцессорные устройства управления РТС: Учеб. пособие. / Д.А. Ефремов, М.И. Герасимов; Воронеж. гос. техн. ун-т. Воронеж, 2009. Ч. 1. 184 с.
  3. Ефремов Д.А. Микропроцессорные устройства управления РТС: Учеб. пособие. / Д.А. Ефремов, М.И. Герасимов; Воронеж. гос. техн. ун-т. Воронеж, 2003. Ч. 2. 128 с.

б) дополнительная литература:
  1. Чертежи схем: учеб. пособие / М.И. Герасимов, Д.А. Ефремов, Е.К. Лахина, C.C. Ревнев, В.Н. Семыкин, И.В. Ткачев. Воронеж: ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет», 2007.
  2. Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника: учебное пособие. / Е.П. Угрюмов. БХВ – СПб, 2000.
  3. Управляющие и вычислительные устройства роботизированных комплексов на базе микроЭВМ: Учебное пособие для студентов вузов / Под ред. В.С. Медведева. М.: Высш. шк., 1990. 238 с.
  4. Гук М. Интерфейсы ПК: справочник. – СПб.: ПитерКом, 1999. 416 с.
  5. Новиков Ю.В., Калашников О.А., Гуляев С.Э. Разработка устройств сопряжения для персонального компьютера типа IBM PC: практическое пособие. М.: ЭКОМ, 1997.
  6. Гук М.Ю. Шины PCI, USB и FireWire. Энциклопедия. / М.Ю. Гук – СПб.: Питер, 2005.
  7. Редькин П.П. Микроконтроллеры ARM7 семейства LPC2000: руководство пользователя. / П.П. Редькин – М.: Изда­тельский дом «Додэка-ХХ1», 2007.
  8. Фред Иди. Сетевой и межсетевой обмен данными с микроконтроллерами. / И. Фред – М.: Изда­тельский дом «Додэка-ХХ1», 2007.
  9. Болл Стюарт Р. Аналоговые интерфейсы микроконтроллеров. / С.Р. Болл – М.: Изда­тельский дом «Додэка-ХХ1», 2007.
  10. Федорков Б. Г., Телец В. А. Микросхемы ЦАП и АЦП: функционирование, параметры и применение. - М.: Энергоатомиздат, 1990.
  11. Угрюмов Е. П. Цифровая схемотехника. – СПб.: БХВ – Санкт-Петербург, 2000.
  12. Клайв Максфилд. Проектирование на ПЛИС: курс молодого бойца. / М. Клайв – М.: Изда­тельский дом «Додэка-ХХ1», 2007.
  13. Ефремов Д.А. Системы управления роботами и робототехническими комплексами: Учеб. пособие – Воронеж: ВГТУ, 1997.
  14. Нортон П. Программно-аппаратная организация IBM PC: Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1991.
  15. Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. Цифровые устройства: Учебное пособие для втузов. СПб: Политехника, 1996.
  16. Руководство по архитектуре IBM PC AT /Ж. К. Голенкова, А. В. Заблоцкий, М. Л. Мархасин и др.; под ред. М. Л. Мархасина. - Мн.: ООО "Консул", 1992.
  17. Сопряжение датчиков и устройств ввода данных с компьютерами IBM PC: пер. с англ./ Под ред. У. Томпкинса, Дж. Уэбстера. - М.: Мир, 1992/
  18. Сташин В.В., Урусов А.В., Мологонцева О.Ф. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах. – М.: Энергоатомиздат, 1990.

в) методическая литература
  1. Проектирование систем управления: методические указания к проведению практических занятий и выполнению курсового проекта по дисциплине "Микропроцессорные устройства управления РТС и их программное обеспечение" для студентов дневной формы обучения специальности 220402 "Роботы и робототехнические системы" / Воронеж. гос. техн. ун-т; Сост. М.И. Ге­расимов, Д.А. Ефремов, Н.С. Лесных. Воронеж: ВГТУ, 2010.
  2. Исследование системы управления на ПЭВМ IBM PC: методические указания к лабораторной работе № 11 … / Воронеж. гос. техн. ун-т. Сост. Д.А. Ефремов. Воронеж, 1999 (МУ 114-99).
  3. Средства вывода аналоговых сигналов: методические указания к лабораторной работе 12 … / Воронеж. гос. техн. ун-т. Сост. Д.А. Ефремов, М.И. Герасимов. Воронеж, 2007 (МУ 139-2007).
  4. Средства ввода аналоговых сигналов: методические указания к лабораторной работе 13 … / Воронеж. гос. техн. ун-т. Сост. Д.А. Ефремов, М.И. Герасимов. Воронеж, 2007 (МУ 140-2007).
  5. Исследование системы управления исполнительного уровня на микроконтроллерах: методические указания к выполнению лабораторной работы 16 …/ Ефремов Д.А., Герасимов М.И., Зубков А.В. Воронеж: ВГТУ, 2008 (МУ 31-2008).
  6. Разработка управляющих алгоритмов для однокристальных МК: методические указания к лабораторной работе 17 … / Ефремов Д.А., Герасимов М.И. Воронеж: ВГТУ, 2007 (МУ 119-2007).
  7. Разработка алгоритмов управления в реальном времени: методические указания к лабораторной работе 18 … / Ефремов Д.А., Герасимов М.И. Воронеж: ВГТУ, 2007 (МУ 120-2007).

5.2. Программные средства обеспечения освоения дисциплины

В процессе обучения используются следующие компьютерные программы и пакеты:
  1. Pt16.exe, Pt16r.exe, Pt16rw.exe, Control.exe – набор программ для тестирования работы устройств управления объектами через шину ISA в различных режимах;
  2. PETPO 2.1– турбо-система разработки программ для 1830ВЕ31, включает редактор, транслятор, отладчик; позволяет отлаживать программы объемом до 32 кбайт;
  3. Algorithm Builder for AVR v.4.31 – графическая среда разработки программного обеспечения для микроконтроллеров с архитектурой AVR;
  4. САПР MAX+PLUS II – интегрированная среда разработки цифровых устройств для разработки цифровых устройств на ПЛИС фирмы «Altera»;


6. Материально-техническое обеспечение дисциплины.

Лабораторные занятия по дисциплине "Микропроцессорные устройства управления РТС и их программное обеспечение" проводятся в специализированной лаборатории (116/3), при этом используется следующее основное оборудование:
  1. Персональный компьютер с процессором Cyrix M2 6x86 – 1 шт.
  2. Персональный компьютер с процессором Celeron - 433 – 1 шт.
  3. Персональный компьютер с процессором Intel - 80486 – 3 шт.
  4. Плата-имитатор системы управления манипу­лятора (УПО и УО16) – 2 шт.
  5. Плата, эмулирующая ОМП АТ89С51, – 2 шт.
  6. Модуль памяти, включающий три блока памяти и систему управления на МАБИС – 1 шт.
  7. Микропроцессорный модуль управления шаговым двигателем и ШД – 3 шт.



Карта обеспеченности студентов учебной и учебно-методической литературой



Рекомендуемая литература
Количест­во экз. в библиоте­ке
Год изда­ния
Ожидаемое число обу­чающихся
Обеспе­ченность на одно­го обу­чающе­гося

1
2
3
4
5

Основная:

1. Микропроцессорные системы: Учеб. пособие для вузов / Под общ. ред. Д.В. Пузанкова. СПб.: Политехника. Допущено Министерством образования Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов вузов.



70


2002


30


1

Дополнительная:












1. Ефремов Д.А., Герасимов М.И. Микропроцессорные устройства управления РТС: учеб. пособие. Ч. 1.

2. Ефремов Д.А., Герасимов М.И. Микропроцессорные устройства управления РТС: учеб. пособие. Ч. 2.
электрон.


52
2009


2003
30


30
1


1

Методическая:












1. Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине "Микропроцессорные устройства управления РТС и их программное обеспечение" / Воронеж. гос. техн. ун-т; Сост. Д.А. Ефремов, М.И. Ге­расимов, Н.С. Лесных. Воронеж: ВГТУ


электрон.


2010


30


1

2. Исследование системы управления на ПЭВМ IBM PC: Методические указания к лабораторной работе № 11 … / Воронеж. гос. техн. ун-т. Сост. Д.А. Ефремов. Воронеж (МУ 114-99)



45


1999


30


1

3. Средства вывода аналоговых сигналов: Методические указания к лабораторной работе 12 … / Воронеж. гос. техн. ун-т. Сост. Д.А. Ефремов, М.И. Герасимов. Воронеж (МУ 139-2007)


30


2007


30


1

4. Средства ввода аналоговых сигналов: Методические указания к лабораторной работе 13 … / Воронеж. гос. техн. ун-т. Сост. Д.А. Ефремов, М.И. Герасимов. Воронеж (МУ 140-2007)


30


2007


30


1

5. Исследование системы управления исполнительного уровня на микроконтроллерах: Методические указания к выполнению лабораторной работы 16 …/ Ефремов Д.А., Герасимов М.И., Зубков А.В. Воронеж: ВГТУ (МУ 31-2008).


30


2008


30


1

6. Разработка управляющих алгоритмов для однокристальных МК: Методические указания к лабораторной работе 17 … / Ефремов Д.А., Герасимов М.И. Воронеж: ВГТУ (МУ 119-2007).


30


2007


30


1

7. Разработка алгоритмов управления в реальном времени: Методические указания к лабораторной работе 18 … / Ефремов Д.А., Герасимов М.И. Воронеж: ВГТУ (МУ 120-2007).


30


2007


30


1