Программа дисциплины Электроника и микропроцессорная техника часть 2 "Основы цифровой электроники " для учебного плана кафедры бмт1 по направлению подготовки дипломированного специалиста
| Вид материала | Программа дисциплины |
- Программа дисциплины Лазерные Медицинские системы для учебного плана кафедры бмт-1, 267.89kb.
- Рабочая программа дисциплины «Теоретические основы автоматизированного управления», 141.49kb.
- Примерная программа учебной дисциплины основы электроники и цифровой схемотехники Санкт-Петербург, 137.39kb.
- С. М. Пасмурнов 2009 г. Рабочая программа, 61.55kb.
- Рабочая программа дисциплины «Теория систем» по направлению подготовки дипломированного, 142.63kb.
- Рабочая программа дисциплины «Методы оптимизации» по направлению подготовки дипломированного, 132.79kb.
- Рабочая программа дисциплины «Компьютерная графика» по направлению подготовки дипломированного, 108.6kb.
- Рабочая программа дисциплины «Параллельные вычислительные процессы» по направлению, 108.72kb.
- Рабочая программа дисциплины «Инструментальные средства 3D графики» по направлению, 112.55kb.
- Рабочая программа дисциплины «Теория принятия решений» по направлению подготовки дипломированного, 176.95kb.
| Министерство образования Российской федерации | | |||||||
| Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана | | |||||||
| 55.34.00 | | |||||||
| «Утверждаю» Первый проректор - проректор по учебной работе МГТУ им. Н.Э. Баумана _______________ Е.Г. Юдин «___» «___________» 2001 г. | | |||||||
| Программа дисциплины | | |||||||
| Электроника и микропроцессорная техника часть 2 "Основы цифровой электроники " | | |||||||
| для учебного плана кафедры БМТ1 по направлению подготовки дипломированного специалиста 553400 “Биомедицинская инженерия”, | | |||||||
| | Виды учебных работ | Объём работ, час | | |||||
| | Всего | 6 семестр | 7 семестр | 8 семестр | | |||
| | 17 недель | 17 недель | 17 недель | | ||||
| | Выделено на дисциплину | 102(4/2) | 102(4/2) | | | | ||
| | Аудиторная работа | 68 | 68 | | | | ||
| | Лекции | 34 | 34 | | | | ||
| | Семинары | 17 | 17 | | | | ||
| | Лабораторные работы | 17 | 17 | | | | ||
| | Самостоятельная работа | | | | | | ||
| | Домашнее задание | | | | | | ||
| | Курсовая работа | | | | | | ||
| | Курсовой проект | | | | | | ||
| | Сроки выполнения контрольных мероприятий (неделя выдачи – неделя сдачи) | |||||||
| | Домашнее задание | | | | | | ||
| | Рубежный контроль | | | | | | ||
| | Контрольная работа | | | | | | ||
| | Курсовой проект 25% | | | | | | ||
| | Курсовой проект 50% | | | | | | ||
| | Курсовой проект 75% | | | | | | ||
| | Курсовой проект 100% | | | | | | ||
| | Контроль знаний | зачет | зачет | | | | ||
Кафедра Биомедицинские технические системы и устройства (БМТ 1)
Программа составлена на основании Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования в соответствии с требованиями к обязательному минимуму содержания основной образовательной программы по направлению подготовки дипломированного специалиста 553400 “Биомедицинская инженерия.
Раздел 1. Цели и задачи дисциплины.
- Общие цели.
подготовка специалистов к участию:
- в создании, эксплуатации и ремонте модулей обработки цифровой информации медицинских микропроцессорных систем для хирургии, терапии и диагностики;
- в анализе и разработке их конструкций, программ и методик испытаний.
- Приобретаемые профессиональные умения и навыки.
- Формировать и обосновывать медико-технические требования к цифровым модулям (ЦМ) микропроцессорных систем биомедицинского назначения.
- Вести разработку структурных, функциональных и принципиальных схем ЦМ современных приборов, аппаратов и систем для терапии и диагностики;
- Выполнять расчет элементов и узлов ЦМ принципиальных схем с применением ЭВМ.
- Приобретаемые профессиональные знания.
- Законы.
- Законы.
- аксиомы и законы Булевой алгебры, де-Моргана;
-основные положения теории переключательных функций;
-методы анализа и синтеза ЦМ медицинской аппаратуры для диагностики, терапии и хирургии;
- Характерные величины.
характеристики серий цифровых элементов, особенности их применения.
- Методики расчета.
-Методики анализа и синтеза ЦМ для медицинских микропроцессорных систем;
-методы борьбы с помехами, гонками и другими причинами отказов цифровой аппаратуры;
способы обеспечения требуемой электробезопасности аппаратуры медицинского назначения;
-типовые схемные решения комбинационных, последовательностных и других схем ЦМ биомедицинской аппаратуры;
- Приборы и изделия.
- Дидактические задачи и особенности их решения в процессе преподавания дисциплины.
- Необходимый уровень исходных знаний и умений.
- Необходимый уровень исходных знаний и умений.
Основные законы электромагнетизма: Ома, Кирхгофа, Джоуля - Ленца, Био – Савара - Лапласа, силы Лоренца и Ампера, методы расчёта электрических цепей, метод контурных токов, метод узловых потенциалов, метод комплексных амплитуд, ряды Фурье, преобразования Фурье и Лапласа.
Принципы работы и характеристики полупроводниковых приборов: диод. транзистор, стабилитрон, тиристор, варикап и т. д.
Основы теории обратных связей, теории устойчивости. Возникновение автоколебаний, баланс фаз и баланс амплитуд.
Раздел 2. Содержание дисциплины
2.1. Аудиторная работа (68 ч.).
2.1.1. Лекции (34ч.)
Теоретические основы цифровой электроники 8 ч.
Введение. Цифровая электроника как основа медицинских микрокомпьютерных систем. Системы счисления. Арифметические и логические действия с числами в различных системах счисления. Преобразования кодов.
Основы теории переключательных функций. Аксиомы, основные законы алгебры логики. Таблицы истинности.
Логическое проектирование в базисах микросхем. Серии логических элементов, сравнение их характеристик. Схемотехника основных элементов, правила их включения. Формирование и контроль цифровых сигналов.
Комбинационные схемы 8 ч.
Минимизация переключательных функций. Синтез комбинационных схем.
Типовые комбинационные схемы. Шифраторы, дешифраторы, мультиплексоры, демультиплексоры. Схемы контроля чётности и сравнения двоичных чисел.
Сумматоры и арифметико-логические устройства. Суммирующие устройства параллельного и последовательного действия.
Преобразователи кодов. Знакогенераторы и индикаторные устройства. Линейные комбинационные схемы.
Последовательностные схемы 8 ч.
Триггеры. Структурная схема, основные параметры, логическое описание работы. Типы триггеров, их основные характеристики. Регистры. Счётчики.
Примеры проектирования последовательностных схем. Линейные автоматы.
Запоминающие устройства 4 ч.
Запоминающие устройства. Классификация, типы, особенности работы.
Программируемые постоянные запоминающие устройства и программируемые логические интегральные схемы. Оперативные запоминающие устройства.
Элементы цифровой схемотехники
медицинских микропроцессорных систем 6 ч.
Цифровые модули съёма информации с биообъекта, аналогово-цифровое, цифро-аналоговое преобразования, типы и параметры преобразователей. Схемы биологической синхронизации биотехнических систем. Схемы с обратными связями.
Модули сопряжения медицинской аппаратуры с ПК, структуры, алгоритмы функционирования. Микропрограммные автоматы, основы их синтеза и использование в медицинских микропроцессорных системах.
2.1.2. Практические занятия, семинары, упражнения.
Семинар 1. Синтез и решение логических уравнений и систем. (2ч.)
Семинар 2. Минимизация переключательных функций. (2 ч.)
Семинары 3-4. Синтез и анализ комбинационных схем. (4 час.)
Семинары 5-7. Синтез и анализ последовательностных схем. (4 час.)
Семинары 8-9. Разработка цифровых модулей медицинских микропроцессорных систем. (5 час.)
2.1.3. Лабораторные работы 17 ч.
- Исследование логических элементов и триггеров. (4 час.)
- Исследование регистров сдвига и счётчиков. (5 час.)
- Исследование дешифраторов. (4 час.)
- Исследование мультиплексоров. (4 час.)
2.1.4. Контрольные мероприятия 4 ч.
Рубежный контроль. (4 часа). Проводится на 8 и 14 неделях 6-го семестра в часы семинарских занятий в виде индивидуальных собеседований по темам “Теоретические основы цифровой электроники и комбинационные схемы ” и “Последовательностные схемы и запоминающие устройства”, соответствующим выполняемым индивидуальным заданиям на семинарах 1-4 и 5-7.
2.3. Самостоятельная работа 34 ч.
2.3.2. Самостоятельное изучение материала 34 ч.
Самостоятельно изучаются разделы: минимизация инверсных, недоопределённых и слабоопределённых переключательных функций, ключи, формирователи цифровых сигналов; триггеры (DV, Т, динамические), синтез комбинационных и последовательностных схем (углублённо), программирование ПЗУ, ППЗУ, ПЛИС.
2.3.3. Научная работа – по отдельной программе.
3. Текущий и итоговый контроль
3.1. Рубежный контроль.
3.3. Итоговый контроль. Проводится в виде индивидуальных собеседований по материалам лекций и лабораторных работ.
4. Учебно-методические материалы
4.1. Основная и дополнительная литература.
Основная литература
1. Лощилов В.И., Щукин С.И., Иванцов В.И. Принципы анализа и синтеза биотехнических систем. Учебное пособие. М.:МВТУ, 1988.
2. Иванцов В.И. Конспект лекций по курсу "Основы цифровой электроники медицинской аппаратуры": Учебное пособие, рукопись (электронная версия) - М-:МГТУ, 2000.
3. Иванцов В.И. Лабораторный практикум по курсу “Основы цифровой электроники медицинской аппаратуры": Учебное пособие, рукопись (электронная версия) -М.:МГТУ,2000.
4. Иванцов В.И., Щукин С.И. Аппаратные средства параллельного интерфейса измерительных медицинских приборов: Методические указания к лабораторной работе./ Ред. В.П. Жаров-М.: МГТУ, 1991
5. Микрокомпьютерные медицинские системы: Проектирование и применения / Ред. У. Томпкинс, Дж. Уэбстер. - М.: Мир, 1993.
6. Схемотехника ЭВМ: Учебник для студентов ВУЗов / Ред. Соловьев Г.Н. -М.: Высшая школа, 1985,
7. Преснухин Л.Н., Воробьев Н.В., Шишкевич А.А. Расчет элементов цифровых устройств.- М.: Высшая школа, 1982.
8. Р. Токхейм. Основы цифровой электроники. М.: Мир, 1998.
9. Потёмкин И.С. Функциональные узлы цифровой автоматики. – М.: Энергооатомиздат. 1988.
10.Ерофеев Ю.Н. Импульсные устройства: Учебное пособие для
ВУЗов. М.: Высшая школа, 1989.
11.Сборник задач по микросхемотехнике: Автоматизированное проектирование: Учебное пособие для вузов /В.И.Анисимов, П.П. Азбелов, А.Б. Исаков и др. /Под ред.В.И.Анисимова.-Л.:Энергоатомиздат, 1991.-224с.
Дополнительная литература
1. Ливенсон А.Р. Электромедицинская аппаратура.- М.: Медицина, 1981.- 344 с.
2. Кардиомониторы. Аппаратура непрерывного контроля ЭКГ /Под ред. А.Л. Барановского.-М.:Радио и связь, 1993.-248 с.
4. ЕСКД. ГОСТ 2.743-92. Обозначения условные граф схемах.. Элементы цифровой техники.
5. Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. Проектирование устройств на интегральных микросхемах. М.: Радио и связь, 1990.
6. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: Справочник/ Под ред. С.В. Якубовского.-М.: Радио и связь, 1990.
7. Жуковский В.Д. Медицинские электронные системы. -М.: Медицина, 1976. - 312с.
8. Медицинская электронная аппаратура для здравоохранения.- М.:Радио и связь, 1981.- 344 с.
9. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: В двух томах.-М.:Мир, 1983 -Т.1. 598 с.
10. Гальперин М.В. Практическая схемотехника в промышленной автоматике. - М.:Энергоатомиздат,1987. - 320 с.
11. Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах.- Л.: Энергоатомиздат,1988.- 304 с.
4.2. Перечень пособий.
1. Лощилов В.И., Щукин С.И., Иванцов В.И. Принципы анализа и синтеза биотехнических систем. Учебное пособие. М.:МВТУ, 1988.
4. Иванцов В.И., Щукин С.И. Аппаратные средства параллельного интерфейса измерительных медицинских приборов: Методические указания к лабораторной работе. М.: МГТУ, 1991
4.3. Технические средства обучения и использование информатизационных технологий.
В лабораторных работах используется пакет программ “Электронная лаборатория на IBM PC -ElectronicWorkbentch”, учебные макеты УМ-11, осциллографы, генераторы, демонстрируются и изучаются устройства сопряжения с ЭВМ и цифровые модули медицинской аппаратуры оригинальной разработки автора программы.
Программа составлена: Иванцов В.И., доцент, к.т.н. ________________
Программа обсуждена и одобрена на заседании кафедры “Биомедицинские технические системы” (БМТ-1)
Заведующий кафедрой БМТ-1 Спиридонов И.Н._______________
«___» «____________» 2002 г.
Программа рассмотрена и одобрена методической комиссией факультета БМТ
Председатель методической комиссии факультета БМТ Квашнин С.Е.________________
«___» «____________» 2002 г.
Руководитель НУК РЛМ Рождествин В.Н.________________
«___» «____________» 2002 г.
Согласовано:
Заведующий кафедрой БМТ-2 Щукин С.И. ____________________
«___» «____________» 2001 г.
Начальник методического отдела ____________________
Ф.И.О. , подпись
«___» «____________» 2001 г.
Приложения
Приложение 1. Примерное содержание вариантов задания рубежного контроля.
- Методы минимизации переключательных функций и особенности их использования в индивидуальном задании.
- Оценка качества функциональных узлов цифровой медицинской аппаратуры, критерии оценки, выбор оптимальных вариантов схемотехники.
Серии интегральных микросхем, основные характеристики микросхем, используемых в индивидуальном задании.
- Требования стандартов при разработке цифровых устройств и оформлении конструкторской документации, их удовлетворение при выполнении индивидуального задания.
Приложение 2. Примерный набор исходных данных к рейтингововым заданиям.
Задание 1. Спроектировать комбинационный узел, реализующий указанную логическую функцию на микросхемах серии 1533. ( х – входные сигналы, аргументы, y – выходной сигнал, функция) для блока управления медицинской аппаратурой.
| Х1 | 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 |
| Х2 | 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 |
| Х3 | 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 |
| Х4 | 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 |
| Y | 1 0 1 0 1 1 0 0 - 1 0 - 1 0 0 1 |
Примечание: “-” в значениях функции означает, что оно (значение) может быть выбрано исполнителем любым (0 или 1), обеспечивающим наилучший вариант синтеза схемы по выбранному критерию.
Задание 2. Спроектировать последовательностный узел, трёхразрядный счётчик с заданным порядком счёта, на JK – триггерах серии 561 для блока управления медицинской аппаратурой. Цифры в наборе задания (например: 2, 4, 3, 5, 6, 0, 1, 7) указывают десятичные значения последовательных двоичных состояний счётчика при поступлении восьми сигналов синхронизации. При последующих синхросигналах состояния счётчика должны циклически повторяться. Первая цифра в наборе указывает начальное состояние счётчика, которое должно устанавливаться по сигналу начальной установки.