Рабочая программа для направления 550200 «Автоматизация и управление» испециальности 210100 «Управление и информатика в технических системах» Факультет автоматики и вычислительной техники (автф)

Вид материала

Рабочая программа

Содержание Всего аудиторных занятий Общая трудоемкость 1. Цели и задачи изучения дисциплины 5. Текущий и итоговый контроль

Подобный материал:

• Рабочая программа для направления 550200 Автоматизация и управление Факультет автоматики, 182.53kb.
• Рабочая программа для направления 550200 "Автоматизация и управление", для специальности, 305.49kb.
• Программа для специальности 210100  "Управление и информатика в технических системах", 277.23kb.
• Программа для специальности 210100  "Управление и информатика в технических системах", 191.22kb.
• Рабочая программа учебной дисциплины Локальные системы автоматизации и управления, 283.55kb.
• Рабочая программа для направления (специальности) 550200 "Автоматизация и управление", 110.91kb.
• В. И. Харитонов > К. И. Меша Одобрено методической > С. С. Драгунов комиссией факультета, 321.05kb.
• Рабочая программа для специальности 210100 "Управление и информатика в технических, 99.04kb.
• Рабочая программа для подготовки инженеров по специальности 210100 "Управление и информатика, 100.75kb.
• Рабочая программа для специальности 210100 "Управление и информатика в технических, 106.32kb.

Министерство образования Российской Федерации


ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ


УТВЕРЖДАЮ: ...

...........

Декан АВТФ


___________ Ю.С. Мельников


«____» ______________ 2000 г.


микропроцессорные устройства систем управления



Рабочая программа для направления 550200 «Автоматизация и управление» и специальности 210100 «Управление и информатика в технических системах»


Факультет автоматики и вычислительной техники (АВТФ).


Обеспечивающая кафедра автоматики и компьютерных систем (АиКС).


Курс четвертый.

Семестр восьмой.

Учебный план набора 1999 года с изменениями _____________________года.


Распределение учебного времени

Лекции	64	часов (ауд.)
Лабораторные занятия	32	часов (ауд.)
Практические (семинарские) занятия	нет	часов (ауд.)
Курсовой проект в ____семестре	нет	часов (ауд.)
Курсовая работа в ____семестре	нет	часов (ауд.)
Всего аудиторных занятий	96	часов
Самостоятельная (внеаудиторная) работа	78	часов
Общая трудоемкость	174	часа
Экзамен в 8 семестре	есть
Зачет в семестре	нет
Дифф. зачет в __семестре	нет

2000 г.


Предисловие


1. Рабочая программа составлена на основе учебного плана ТПУ по подготовке бакалавров по направлению 550200 «Автоматизация и управление», инженеров по специальности 210100 «Управление и информатика в технических системах», утвержденного в 1999 году, Государственного образовательного стандарта по направлению 550200 (1993 г.) по специальности 210100 (1995 г.).


рассмотрена И одобрена

на заседании обеспечивающей кафедры автоматики и компьютерных систем

« 3 » февраля 2000 года протокол № 7


2. Разработчик:

доцент кафедры АиКС ____________ Ю.М. Агеев


3. Зав. обеспечивающей кафедрой ____________ Г.П. Цапко


4 Рабочая программа СОГЛАСОВАНА с факультетом, выпускающими кафедрами специальности; СООТВЕТСТВУЕТ действующему плану.


Зав. выпускающей кафедрой ____________ Г.П. Цапко


Аннотация


Рабочая программа дисциплины «Микропроцессорные устройства систем управления» разработана на основе длительного опыта преподавания этой дисциплины на кафедре Автоматики и компьютерных систем.

Программа предусматривает изучение теоретических основ построения микропроцессорных устройств и их основных компонентов, разработку технических устройств, программного обеспечения и исследование их на лабораторных макетах.

Разработчик – Ю.М. Агеев, к.т.н., доцент кафедры автоматики и компьютерных систем.

Email: akko@acs.cctpu.edu.ru


The summary


The working program of discipline " Microprocessor devices of control systems " is developed on the basis of long experience of teaching of this discipline on faculty of Automatics and computer systems.

The program provides study of theoretical bases of construction of microprocessors devices and their basic components, development of technical devices, software and researches them on laboratory breadboard models.

The developer – Ju. Ageev, senior lecturer of faculty of automatics and computer systems.

Email: akko@acs.cctpu.edu.ru


1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ


1.1. Цель преподавания дисциплины.

Микропроцессорные устройства и технические средства на их основе являются основной элементной базой для систем управления и передачи информации различного назначения. Поэтому эта дисциплина относится к группе специальных дисциплин и является одной из базовых для специалистов в области систем управления и обработки информации.

Целями преподавания дисциплины являются:

приобретение студентами знаний по основам микропроцессорной техники, по составу, структуре, принципам построения и характеристикам основных технических устройств, входящих в современную микропроцессорную систему;

приобретение студентами практических навыков разработки некоторых функциональных устройств на базе простых микропроцессоров, включая вопросы схемотехники и программирования на уровне языка машинных команд и ассемблера;

ознакомление студентов с элементной базой промышленных контроллеров и персональных компьютеров.

В результате изучения дисциплины студент должен:

знать и понимать научный и технический базис, лежащий в основе микропроцессорных устройств и систем; основное назначение и принципы построения центральных устройств, устройств ввода - вывода, отображения и регистрации различных информации;

знать и уметь использовать базовые элементы микропроцессорных устройств, уметь разрабатывать и программировать относительно простые функциональные устройства на основе выпускаемых микропроцессоров или микроконтроллеров;

иметь опыт исследования и практического использования простых микропроцессорных устройств;

иметь представление об организации и содержании программно-технического комплексов систем управления и о тенденции их развития, о принципах расчета микроэлектронных устройств.


1.2. Задачи изложения и изучения дисциплины.

Дисциплина читается в восьмом семестре, поэтому является, по существу, завершающей в цикле дисциплин, изучающих современную элементную базу систем управления и передачи информации.

Изучение дисциплины базируется на знаниях, полученных студентами ранее из курсов: «Электроника», «ЭВМ и вычислительные системы», «Электромеханические системы», «Элементы автоматики», «Цифровая схемотехника», «Методы и системы передачи информации». В текущем семестре эта дисциплина наиболее тесно связана с дисциплинами «Проектирование систем управления» и «Автоматизированные системы управления».

Основными задачами изложения и изучения дисциплины являются:

В теоретических разделах –закрепление уже известных и изучение новых принципов построения микропроцессорных устройств, касающихся структуры, центрального процессора, запоминающих и периферийных устройств; методов преобразования сигналов и сжатия различных видов информации.

Средства и способы решения задачи – лекции, самостоятельная работа по указанной тематике.

При изучении технических средств и структур – изучение принципов построения и схемотехники устройств ввода-вывода различных сигналов.

Средства и способы решения задачи – лекции, лабораторные занятия, самостоятельная работа по указанной тематике.

При изучении вопросов программирования – изучение и приобретение практических навыков программирования контроллера и периферийных устройств.

Средства и способы решения задачи – лекции, лабораторные занятия, самостоятельная работа по указанной тематике.

Поскольку изучение дисциплины должно соответствовать современному уровню и не отставать от очень высоких темпов развития микропроцессорной техники, возникают определенные трудности с определением содержания дисциплины и обеспечением учебной и методической литературой. Поэтому при формировании её содержания основные усилия должны быть направлены на теоретическую базу и принципы построения, дающие базовые знания. На это надо обращать особое внимание студентам при изучении дисциплины, дополняя излагаемый материал последними публикациями из рекомендованного списка периодической литературы и последних изданий технической литературы по компьютерной технике и технологии.


2. СОДЕРЖАНИЕ ЛЕКЦИЙ (64 часа).


2.1. Введение (2 часа).

Основные понятия. Краткий исторический обзор и анализ причин появления микропроцессоров (МП) и микропроцессорных устройств автоматики. Общая классификация технических устройств. Место и значение информационных систем. Функциональная структура систем управления на уровне подсистем. Основные (типовые) информационные процессы: получение, передача, хранение, обработка и использование информации, и их характеристики. Обобщенная структурная схема информационной системы.


2.2. Теоретические основы и принципы построения микропроцессорных устройств (6 часов).

Математические основы: системы счисления их классификация и характеристики; системы счисления и кодирование информации; оптимальное основание счисления (кода), двоичная и к - значная логика; аналоговые и функциональные дискретные преобразования сигналов и их унификация; теория алгоритмов.

Информационные основы: количество информации и помехоустойчивость аналоговых и дискретных сигналов; принципы передачи и адресация данных, их унификация.

Технические основы: построение дискретного (релейного) устройства на основе аналогового; двоичные комбинационные и последовательностные устройства и автоматы.

Языки программирования.


2.3. Структура микропроцессорных систем (8 часов).

Типовая структура микропроцессорной системы. Представление информации в микропроцессорных системах. Архитектура микропроцессора. Трехшинная организация микропроцессора (МП), состав и назначение системной магистрали, понятие интерфейса. Центральный процессор, его функции и характеристики. Система команд. Генераторы тактовых импульсов и быстродействие МП. Организация памяти. Адресация памяти и устройств ввода - вывода. Оперативные запоминающие устройства (ОЗУ) и их характеристики. Режим программного опроса и режим прерывания. Уровни и векторы прерывания. Технические решения, обеспечивающие многоуровневые прерывания. Программируемый контроллер прерываний. Контроллеры прямого доступа в память.


2.4. Устройства длительного хранения информации (2 часа).

Основные требования к устройствам длительного хранения информации. Постоянные и перепрограммируемые энергонезависимые запоминающие устройства. Флэш-память. Накопители информации на магнитных лентах и магнитных дисках. Лазерные и магнитооптические накопители.


2.5. Устройства связи оператора с микропроцессорной системой (4 часа).

Виды сигналов обмена между человеком и микропроцессорной системой. Особенности человека-оператора при обмене информации с системой. Устройства ввода информации оператором: клавишные пульты и клавиатуры, манипуляторы типа «мышь» и «джойстик», сенсорные экраны. Классификация, основные характеристики и принципы построения устройств отображения информации. Индикаторные устройства, дисплеи, устройства вывода трехмерных изображений.


2.6. Принципы построения и технические средства ввода-вывода дискретных сигналов (10 часов).

Аналоговые, дискретные и цифровые сигналы. Способы модуляции и виды дискретных и цифровых сигналов. Передача дискретных сигналов: параллельная, последовательная, симплексная, полудуплексная, дуплексная, синхронная, асинхронная. Основные интерфейсы.

Принципы построения и схемотехника устройств ввода-вывода цифровых сигналов. Базовая схема параллельного ввода и вывода однобитовых и многобитовых сигналов. Микросхема КР580ВВ55А для параллельного ввода-вывода, микросхемы КР580ВВ51А, PC8250C (PC16450C) и PC16550C (NS16550AF) для последовательного ввода-вывода информации. Интерфейс RS232 и последовательный порт. Структурные схемы ввода дискретных сигналов. Многоканальные устройства ввода дискретных сигналов. Согласование характеристик дискретных сигналов и устройств ввода.


2.7. Организация связи в микропроцессорных системах (6 часа).

Структуры многопроцессорных систем и задачи передачи информации. Организация и протоколы передачи данных. Модемы. Классификация модемов. Модемные стандарты. Факсимильная связь. Методы обработки изображений. Модуляция и кодирование. Передача документов. Факс-модемы и их классификация. Факс команды. Сеансы факсимильной связи. Коммуникационные стандарты.


2.8. Принципы построения и технические средства ввода-вывода аналоговых сигналов (10 часов).

Характеристики и особенности аналоговых сигналов. Согласование характеристик аналоговых сигналов и устройств ввода. Дискретизация и квантование аналоговых сигналов. Погрешности, возникающие при дискретизации и квантовании. Дискретизация как вид фильтрации сигналов. Аналого-цифровые преобразователи (АЦП). Классификация АЦП. Принципы действия и структурные схемы основных типов АЦП. Характеристики АЦП. Цифро-аналоговые преобразователи: назначение, классификация, характеристики и принципы построения. Интеллектуальные устройства ввода-вывода аналоговых сигналов.


2.9. Принципы построения и технические средства ввода-вывода звуковых сообщений (6 часов).

Классификация и особенности звуковых сообщений. Музыкальные и речевые сообщения и их особенности. Преобразование звуковых сообщений в сигналы. Обработка речевых сообщений в устройствах ввода-вывода без анализа смыслового содержания. Звуковые платы микропроцессорных систем. Использование звуковых сообщений в промышленных системах, системах обучения и в бытовой компьютерной технике.


2.10. Принципы построения и технические средства ввода-вывода изображений (6 часов).

Классификация, особенности и характеристики изображений. Основы теории восприятия цвета: механизм восприятия цвета; основные положения теории цвета. Математическое описание цвета с помощью цветовых моделей. Несогласованное восприятие цветов на компьютерных устройствах. Цветовая калибровка устройств. Основные типы устройств ввода-вывода изображений: сканеры, дисплеи, принтеры. Способы представления черно-белых и цветных изображений на дисплее и принтере.

Статические и динамические изображения. Анимация. Обработка и хранение изображений. Сжатие статических и динамических изображений.


2.11. Применение микропроцессорных устройств в системах управления (4 часа).

Реализация функций контроля и управления. Специализированные и универсальные микропроцессорные устройства. Управляющие программируемые контроллеры. Микропроцессорные комплексы. Контроль и диагностика микропроцессорных устройств. Алгоритмическое и программное обеспечение микропроцессорных устройств. Инструментальные и программные средства разработки программ для микропроцессорных устройств. Мультимедийная технология в системах управления.

Перспективы и основные направления развития микропроцессорной техники.


3. СОДЕРЖАНИЕ ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ (32 часа)


Лаб. работа № 1 - Учебный микропроцессорный комплекс (УМК-1) - 2 часа.

Лаб. работа № 2 - Генераторы импульсов на м/с КР580ВИ53 - 6 часов

Лаб. работа № 3 - Устройство ввода-вывода на м/с КР580ВВ55А - 6 часов

Лаб. работа № 4 - Устройство ввода-вывода на м/с КР580ВВ51А - 6 часов

Лаб. работа № 5 - Устройство передачи информации параллельного типа - 6 часов

Лаб. работа № 6 - Устройство передачи информации последовательного типа - 6 часов


4. ПРОГРАММА САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ ПОЗНАВАТЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ (78 часов).


Подготовка к лекциям - 32 часа.

Подготовка к лабораторным занятиям - 32 часа.

Просмотр периодической литературы по микропроцессорным устройствам систем управления - 8 часов.

Самостоятельное изучение раздела «Мультимедийная технология в системах управления» - 6 часов.


5. ТЕКУЩИЙ И ИТОГОВЫЙ КОНТРОЛЬ

5.1 Текущий контроль осуществляется преподавателем на лабораторных занятиях по результатам выполнения лабораторных работ и отдельных заданий, выдаваемых преподавателем на самостоятельную проработку.

5.2. Итоговый контроль осуществляется преподавателем на экзамене.

Вопросы, выносимые на экзамен.

1. Общая классификация технических устройств. Типовые информационные процессы.
   
2. Системы счисления. Классификация и особенности.
   
3. Аналоговые и дискретные функциональные преобразования и их унификация.
   
4. Информационные основы сообщений.
   
5. Принципы передачи и адресация данных.
   
6. Принцип построения дискретного (релейного) устройства.
   
7. Структура микропроцессорной системы.
   
8. Системная магистраль. Назначение, состав и характеристики.
   
9. Центральный процессор. Принцип работы и характеристики.
   
10. Генераторы тактовых импульсов.
    
11. Оперативные запоминающие устройства микропроцессорных систем.
    
12. Устройства длительного хранения информации.
    
13. Обслуживание запросов по прерыванию в микропроцессорных устройствах. Контроллер прерываний КР580ВН59.
    
14. Сохранение информации в системе при исчезновении напряжения питания.
    
15. Устройства связи оператора и ЭВМ.
    
16. Устройства регистрации текстовой и графической информации.
    
17. Классификация сигналов и их характеристики. Количество информации.
    
18. Способы модуляции.
    
19. Способы передачи сигналов. Синхронизация.
    
20. Основная схема ввода дискретных сигналов.
    
21. Микросхема КР580ВВ55А.
    
22. Схемы ввода импульсных сигналов.
    
23. Схемы ввода и вывода последовательности дискретных сигналов.
    
24. Микросхема КР580ВВ51А.
    
25. Типовая схема ввода аналоговых сигналов.
    
26. АЦП последовательного счета.
    
27. АЦП поразрядного уравновешивания.
    
28. АЦП интегрирующего типа.
    
29. Цифро-аналоговые преобразователи.
    
30. Коммутаторы. Погрешности коммутатора.
    
31. Усилители аналоговых каналов.
    
32. Гальваническая развязка во входных электрических цепях.
    
33. Схемы выборки и хранения.
    
34. Усилители сигналов.
    
35. Схемы защиты от перегрузок по току и напряжению.
    
36. Структурные схемы ввода аналоговых сигналов. Их особенности и характеристики.
    
37. Структурные схемы микропроцессорных систем с интеллектуальными устройствами.
    
38. Классификация, особенности и характеристики звуковых сообщений.
    
39. Формирование и ввод в систему речевых сообщений.
    
40. Сжатие звуковых сигналов и сообщений.
    
41. Обработка речевых и музыкальных сообщений.
    
42. Общие сведения, классификация и характеристики изображений.
    
43. Способы формирования черно-белых и цветных изображений.
    
44. Устройства ввода-вывода изображений.
    
45. Сжатие графической информации (изображений).
    
46. Микросхема КР580ВИ53А.
    
47. Организация связи в микропроцессорных системах. Общие сведения и структуры.
    
48. Передача информации с помощью модемов. Методы модуляции.
    
49. Сжатие сигналов в модемах.
    
50. Факсимильная связь.
    
51. Понятие и классификация интерфейсов.
    

Пример экзаменационного билета

1. Устройства ввода-вывода изображений.
   
2. Сохранение информации в микропроцессорной системе при исчезновении напряжения питания.
   

6. Учебная и методическая литература.


6.1. Перечень технических и программных средств.


1. Лабораторные стенды (6 шт.) в составе:

• учебный микропроцессорный комплекс (УМК-1),
  
• осциллограф С1-68,
  
• макетная плата № 1,
  
• макетная плата № 2.
  

2. Дисплейный класс, оснащенный персональными компьютерами типа IBM PC.


6.2. Перечень рекомендуемой литературы


Основная.

1. Каган Б.М., Сташин В.В. Основы проектирования микропроцессорных устройств автоматики. - М.: Энергоатомиздат, 1987.
   
2. Шевкопляс Б.В. Микропроцессорные структуры. Инженерные решения. Справочник. - М.: Радио и связь, 1990.
   
3. Микропроцессоры и микропроцессорные комплекты интегральных микросхем. Справочник. - М.: Радио и связь, 1988.
   
4. Микропроцессоры. В 3-х кн.: Учеб. для втузов. /Под ред. Л.Н. Преснухина. М.: Высшая школа, 1986.
   
5. Гук М. Аппаратные средства IBM PC. Энциклопедия – СПб. Питер Ком, 1999. – 816 с.
   
6. Гук М. Интерфейсы ПК: справочник – СПб. Питер Ком, 1999. – 416 с.
   

Дополнительная.

7. Сташин В.В. и др. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах. - М.: Энергоатомиздат, 1990.
   
8. Рабинер Л.Р., Шафер Р.В. Цифровая обработка речевых сигналов. - М.: Радио и связь, 1981.
   
9. Жаров А. Железо IBM. - М.: фирма Микроарт, 1996.
   
10. Клигман Э. Проектирование специализированных микропроцессорных систем: Пер с англ. - М.: Мир, 1985.
    
11. Хаммел Р.Л. Последовательная передача данных. Пер. с англ. - М.: Мир, 1996.
    
12. Лазарев В.Г. и др. Построение программируемых управляющих устройств. - М.: Энергоатомиздат, 1984.
    

6.3. Методическое обеспечение дисциплины.


6.3.1. Методические указания

1. С.Г. Цапко Учебный микропроцессорный комплекс на базе микропроцессора КР580ИК80А. Методические указания.
   
2. Ю.М. Агеев, Учебный микропроцессорный комплекс. Методические указания к лабораторной работе № 1.
   
3. Ю.М. Агеев, Курганов В.В. Генераторы импульсов на м/с КР580ВИ53 Методические указания к лабораторной работе № 2.
   
4. Ю.М. Агеев, Курганов В.В. Устройство ввода-вывода на м/с КР580ВВ55А Методические указания к лабораторной работе № 3.
   
5. Ю.М. Агеев, Курганов В.В. Устройство ввода-вывода на м/с КР580ВВ51А Методические указания к лабораторной работе № 4.
   
6. Ю.М. Агеев, Балаканов А.Р. Устройство передачи информации параллельного типа Методические указания к лабораторной работе № 5.
   
7. Ю.М. Агеев, Балаканов А.Р. Устройство передачи информации последовательного типа Методические указания к лабораторной работе № 6.
   

6.3.2. Учебная, методическая и техническая информация по дисциплине на сервере кафедры.