Типовая учебная программа образование высшее профессиональное бакалавриат цифровые устройства и микропроцессоры по специальности 050719 Радиотехника, электроника и телекоммуникации 3 кредита 135 часов
| Вид материала | Программа |
- Типовая учебная программа образование высшее профессиональное бакалавриат технологии, 109.42kb.
- Типовая учебная программа образование высшее профессиональное Бакалавриат электроника, 69.03kb.
- Типовая учебная программа образование высшее профессиональное бакалавриат электроника, 88.06kb.
- Типовая учебная программа образование высшее профессиональное бакалавриат теория электрической, 128.35kb.
- Типовая учебная программа образование высшее профессиональное химия по специальности, 116kb.
- Типовая учебная программа образование высшее профессиональное Бакалавриат Теория электрических, 69.1kb.
- Типовая учебная программа образование высшее профессиональное Бакалавриат Теория электрических, 74.34kb.
- Типовая учебная программа образование высшее профессиональное Бакалавриат Механика, 136.74kb.
- Типовая учебная программа образование высшее профессиональное Бакалавриат тепломассообмен, 185.27kb.
- Типовая учебная программа образование высшее профессиональное Бакалавриат Теоретические, 167.87kb.
ТИПОВАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА
Образование высшее профессиональное
БАКАЛАВРИАТ
Цифровые устройства и микропроцессоры
по специальности
050719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации
3 кредита
135 часов
Министерство образования и науки Республики Казахстан
Алматы
2005
ПРЕДИСЛОВИЕ
1 РАЗРАБОТАНА И ВНЕСЕНА учебно-методическим объединением высших учебных заведений по специальностям энергетики, радиоэлектроники и телекоммуникаций при Алматинском институте энергетики и связи
2 УТВЕРЖДЕНА И ВВЕДЕНА В ДЕЙСТВИЕ приказом Министерства образования и науки Республики Казахстан от «04» августа 2003 г. №528
3 ВВЕДЕНА ВПЕРВЫЕ
4 Типовая учебная программа разработана в соответствии с государственным общеобязательным стандартом образования по специальности 050719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации.
5 Программа рекомендована к изданию НМС по специальности 050719 учебно-методического объединения высших учебных заведений по специальностям энергетики, радиоэлектроники и телекоммуникаций (протокол заседания Совета УМО № «__» февраля 200 г.)
Настоящая типовая программа не может быть тиражирована и распространена без разрешения Министерства образования и науки Республики Казахстан.
Пояснительная записка
Курс «Цифровые устройства и микропроцессоры» является обязательным предметом для студентов высших учебных заведений и включается в учебные планы в качестве профильной дисциплины.
Цель курса «Цифровые устройства и микропроцессоры» состоит в изучении принципов построения и применения цифровых устройств различной функциональной сложности – от цифровых логических элементов до микропроцессоров.
Основными задачами дисциплины является изучение:
- теоретических основ цифровой техники;
- комбинационных и последовательностных устройств;
- способов организации и особенностей функционирования устройств памяти;
- архитектуры и приемов программирования типового микропроцессора и микроконтроллера;
- способов организации работы типовых периферийных устройств.
Изучаемый курс базируется на знании дисциплин: Математика, Информатика, Теория электрических цепей, Электроника и схемотехника аналоговых устройств.
В результате изучения дисциплины «Цифровые устройства и микропроцессоры» студент должен уметь:
- описывать работу цифровых устройств в виде минимизированных логических выражений того или иного базиса;
- представлять числа в различных системах счисления и уметь переводить их из одной системы в другую;
- производить над числами, представленными в той или иной форме, простейшие арифметические операции;
- синтезировать комбинационные и последовательностные цифровые устройства или умело применять их типовые разновидности в виде интегральных микросхем;
- разрабатывать схемы запоминающих устройств постоянного или переменного типов;
- объяснять принцип работы типового микропроцессора и микроконтроллера, составлять для них простейшие программы на языке ассемблера;
- расширять функции микропроцессорных систем введением в них дополнительных периферийных устройств.
1 Содержание дисциплины
Введение
Цель и задачи дисциплины. Место и роль курса в системе подготовки бакалавров. Краткая история развития цифровой техники. Основные определения и понятия: цифровой сигнал, цифровое устройство, микропроцессор, микро-ЭВМ. Формы представления цифрового сигнала.
1.2 Арифметические основы цифровой техники
Представление чисел в различных системах счисления, их перевод из одной системы счисления в другую. Способы двоичного кодирования.
Формы представления чисел в цифровых устройствах: целые числа, числа с фиксированной запятой, числа с плавающей запятой, десятичные числа.
Арифметические операции над двоичными числами: сложение положительных чисел, алгебраическое сложение с использованием дополнительного кода, суммирование десятичных чисел, умножение и деление двоичных чисел.
1.3 Логические основы цифровой техники
Понятия логической переменной и логической функции. Способы задания логической функции. Три основные логические функции и реализующие их логические элементы.
Две формы записи структурных формул: совершенная дизъюнктивная нормальная форма (СДНФ) и совершенная конъюнктивная нормальная форма (СКНФ). Понятие базиса.
Основные аксиомы, законы и правила алгебры логики.
Способы минимизации структурных формул: алгебраические, графические с помощью карт Карно или диаграмм Вейча, Мак-Класки при большом числе входных переменных ( n > 5 ). Минимизация не полностью определенных логических функций.
1.4 Комбинационные цифровые устройства
Понятие комбинационного цифрового устройства (КЦУ). Анализ и синтез КЦУ.
Примеры КЦУ: сумматоры, дешифраторы, шифраторы, кодопреобразователи, мультиплексоры, демультиплексоры, компараторы, программируемые логические матрицы, арифметико-логические устройства.
Быстродействие КЦУ. «Опасные состязания» и способы их устранения.
1.5 Последовательностные цифровые устройства
Триггер как простейший конечный автомат. Асинхронные и синхронные автоматы. Основные типы триггеров: RS- , D- , T- , JK- триггеры.
Общая структурная схема двух типов последовательностных устройств: автомата Мура и автомата Мили. Синтез этих автоматов на триггерах и логических элементах.
Счетчики. Двоичные и недвоичные, с последовательным, параллельным и смешанным переносами. Реализация двоичных счетчиков на Т-триггерах. Построение недвоичных счетчиков. Типовые счетчики на микросхемах. Счетчики Джонсона, кольцевые счетчики. Распределители импульсов.
Регистры. Параллельного и последовательного действия, последовательно-параллельные, параллельно-последовательные, реверсивные. Типовые регистры на микросхемах. Буферные регистры.
1.6 Запоминающие устройства
Назначение, параметры и классификация запоминающих устойств (ЗУ).
Статические запоминающие устройства (SRAM). Запоминающие элементы статических ЗУ. Увеличение разрядности и количества слов в памяти.
Динамические запоминающие устройства (DRAM). Контроллер динамической памяти. КЭШ-память.
Постоянные запоминающие устройства (ПЗУ): масочные типа ROM, программируемые типа PROM, репрограммируемые с ультрафиолетовым стиранием (EPROM) и с электрическим стиранием (EEPROM). ФЛЭШ – память.
1.7 Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи
Этапы аналого-цифрового преобразования информации: дискретизация, квантование, кодирование.
Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) на основе матрицы R-2R. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) с промежуточным преобразованием напряжения во временной интервал, АЦП следящего типа.
1.8 Общие сведения о микропроцессорах
Типы микропроцессоров, шинная структура связей, режимы работы микропроцессорной системы (МПС), архитектура и типы микропроцессорных систем.
1.9 Организация обмена информацией
Шины микропроцессорной системы и циклы обмена: программного обмена, обмена по прерываниям и обмена в режиме прямого доступа к памяти, прохождение сигналов по магистрали.
1.10 Архитектура типового микропроцессора
Структура и организация центрального процессора, подключение памяти и интерфейсных БИС, программная модель микропроцессорной системы, методы адресации и примеры команд, программирование на языке ассемблера.
1.11 Организация работы периферийных устройств микропроцессорной системы
Структура и принцип действия генератора тактируемых импульсов, структура и программирование параллельного интерфейса, таймера, контроллера прерываний и последовательного интерфейса.
1.12 Однокристальные микроконтроллеры
Общая характеристика и структурная организация, программная модель и система команд, таймеры/счетчики событий, последовательный интерфейс, организация линий портов микроконтроллера и его сопряжение с датчиками и исполнительными элементами.
1.13 Заключение
Применение микропроцессоров и микроконтроллеров в радиоэлектронике и телекоммуникационных системах. Перспективы и направления развития цифровой и микропроцессорной техники.
2 Примерные темы лабораторных занятий
2.1 Исследование работы комбинационных логических схем.
2.2 Исследование работы последовательностных цифровых устройств
2.3 Исследование работы арифметико-логического устройства.
2.4 Отладка типовых программ на микропроцессоре.
2.5 Исследование работы периферийных устройств микропроцессорной системы.
2.6 Изучение способов адресации и основных команд микроконтроллера;
2.7 Изучение портов ввода-вывода микроконтроллера.
2.8 Освоение приемов программирования на микроконтроллере.
3 Примерные темы практических занятий
3.1 Системы счисления и коды, применяемые в вычислительной технике.
3.2Арифметические операции с фиксированной и плавающей запятой.
3.3 Решение логических задач.
3.4 Анализ и синтез комбинационных устройств в разных базисах.
3.5 Анализ работы триггеров по временным диаграммам.
3.6 Синтез конечных автоматов.
3.7 Построение запоминающего устройства заданной емкости и разрядности.
3.8 Приемы программирования типовых задач на языке ассемблера микропроцессора и микроконтроллера.
3.9 Составление принципиальных схем МПС стандартной конфигурации
4 Примерные темы расчетно-графических работ
4.1 Кодирование чисел
4.2 Синтез комбинационных схем
4.3 Синтез конечных автоматов
5 Примерные темы курсовых работ
5.1 Устройство сбора данных на базе микропроцессора.
5.2 Измерение временного интервала на микропроцессорной основе.
5.3 Организация связи микропроцессорной системы с оператором.
5.4 Микропроцессорное устройство управления дорожным светофором.
6 Рекомендуемый список лабораторного оборудования
Лабораторные работы по курсу «Цифровые устройства и микропроцессорные системы» должны проводиться на специализированных стендах. В качестве таких стендов можно рекомендовать специализированное лабораторное оборудование Degem Systems (Израиль, платы типа ЕВ-2000).
Список рекомендуемой литературы
1 Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника.- СПб.: БХВ – Санкт-Петербург, 2000. - 528 с.
2 Гольденберг Л.М. и др. Цифровые устройства и микропроцессорные системы. Задачи и упражнения. Учебное пособие.- М.: Радио и связь,1992 . - 256 с.
3 Бирюков С.А. Применение цифровых микросхем серий ТТЛ и КМОП.2-е изд.- М.: ДМК,2000. - 240 с.
4 Калабеков Б.А. Цифровые устройства и микропроцессорные системы. Учебник для техникумов связи.- М.: Горячая линия–Телеком, 2000. – 336 с.
5 Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я.Цифровые устройства. Учебное пособие для втузов.- СПб.: Политехника, 1996. - 885 с.
6 Пухальский Г.И. Проектирование микропроцессорных систем. Учебное пособие для вузов.- СПб.: Политехника, 2001.–544 с.
7 Цифровая и вычислительная техника. Учебник под ред. Э.В.Евреинова.- М.: Радио и связь,1991. - 464 с.
8 Калабеков Б.А. Микропроцессоры и их применение в системах передачи и обработки сигналов.- М.: Радио и связь,1988. - 368 с.
9 Гришин Ю.П., Казаринов Ю.М. и др. Проектирование импульсных и цифровых устройств радиотехнических систем.- М.: Высш.шк.,1985. - 319 с.
10 Сташин В.В. и др. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах.- М.: Энергоатомиздат, 1990. – 224 с.
11 Боборыкин А.В. и др. Однокристальные микро-ЭВМ. Справочник.- М.: БИНОМ, 1994. – 400 с.
Автор: Петрищенко С.Н., доцент,
Алматинский институт энергетики и связи