Рабочая программа учебной дисциплины «основы компьютерного проектирования и моделирования рэс» Цикл

Вид материала

Содержание

Подобный материал:

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

ИНСТИТУТ РАДИОТЕХНИКИ И ЭЛЕКТРОНИКИ (ИРЭ)
___________________________________________________________________________________________________________

Направление специалитета: 210601 Радиоэлектронные системы и комплексы

Специализации подготовки: 1. Радиолокационные системы и комплексы

2. Радиоэлектронные системы передачи информации

3. Радионавигационные системы и комплексы

4. Антенные системы и устройства

Квалификация (степень) выпускника: специалист

Форма обучения: очная

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

«ОСНОВЫ КОМПЬЮТЕРНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЯ РЭС»

Цикл:	профессиональный
Часть цикла:	базовая
№ дисциплины по учебному плану:	ИРЭ; С3.1.13
Часов (всего) по учебному плану:	144
Трудоемкость в зачетных единицах:	4	5 семестр – 4
Лекции	36 час.	5 семестр
Практические занятия	18 час.	5 семестр
Лабораторные работы	18 час.	5 семестр
Расчетные задания, рефераты	6 час.
Объем самостоятельной работы по учебному плану (всего)	72 час.	5 семестр
Экзамены	Экзамен учебным планом не предусмотрен	5 семестр
Курсовые проекты (работы)	Курсовой проект учебным планом не предусмотрен

Москва - 2011

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью дисциплины является обучение проектированию РЭС с помощью систем автоматизированного проектирования (САПР).

По завершению освоения данной дисциплины студент способен и готов:

использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК 10);
владеть основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации, пользоваться компьютером как средством управления информацией (ОК-12);
учитывать современные тенденции развития радиоэлектроники, измерительной и вычислительной техники, информационных технологий в своей профессиональной деятельности (ПК-3);
владеть методами решения задач анализа и расчета характеристик радиотехнических цепей (ПК-4);
разрабатывать структурные и функциональные схемы радиоэлектронных систем и комплексов, а также принципиальные схемы радиоэлектронных устройств (ПК 9);
выполнять математическое моделирование объектов и процессов по типовым методикам, в том числе с использованием стандартных пакетов прикладных программ (ПК-14).

Задачами дисциплины являются

изучить методологию компьютерного проектирования РЭС на различных уровнях их описания: системном (структурном), функционально-логическом и схемотехническом;
овладеть способами решения различных задач проектирования РЭС с помощью программных комплексов автоматизированного проектирования.

2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО

Дисциплина относится к базовой части профессионального цикла С.3 основной образовательной программы подготовки специалистов по специализациям «Радиолокационные системы и комплексы», «Радиоэлектронные системы передачи информации», «Радионавигационные системы и комплексы», «Антенные системы и устройства» направления «210601 Радиоэлектронные системы и комплексы».

Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: «Информационные технологии», «Основы теории цепей», «Электроника», «Численные методы» и «Радиотехнические цепи и сигналы».

Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы при изучении дисциплин «Схемотехника аналоговых электронных устройств», «Цифровые устройства и микропроцессоры», «Цифровая обработка сигналов», «Основы приема и обработки сигналов» и «Радиотехнические системы», а также при выполнении выпускной квалификационной работы по направлению «Радиоэлектронные системы и комплексы».

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

В результате освоения учебной дисциплины обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования:

Знать:

основные методы и средства получения, хранения, переработки информации, иметь навыки работы с компьютером как средством управления информацией (ОК-12);
методы решения задач анализа и расчета характеристик электрических цепей (ПК-4).

Уметь:

разрабатывать структурные и функциональные схемы радиоэлектронных средств, а также принципиальные схемы радиоэлектронных устройств (ПК-9);
выполнять математическое моделирование объектов и процессов по типовым методикам, в том числе с использованием пакетов прикладных программ (ПК-14).

Владеть:

способностью использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-10);
готовностью учитывать современные тенденции развития радиоэлектроники, измерительной и вычислительной техники, информационных технологий в своей профессиональной деятельности (ПК-3);
программными средствами для автоматизации проектирования и моделирования радиоэлектронных цепей и устройств (ПК-14).

4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1 Структура дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетных единицы, 144 часов.

№ п/п	Раздел дисциплины. Форма промежуточной аттестации (по семестрам)	Всего часов на раздел	Семестр	Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах)				Формы текущего контроля успеваемости (по разделам)
№ п/п		Всего часов на раздел	Семестр	лк	пр.	лаб.	сам.	Формы текущего контроля успеваемости (по разделам)
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	Общие сведения о процессе проектирования и САПР	18	5	4	1	2	11	Тест: Характеристика пяти функциональных уровней автоматизированного проектирования
2	Основные виды обеспечения САПР	18	5	4	1	2	11	Тест: Характеристика основных видов обеспечения САПР
3	Математические модели РЭС на уровне автоматизированного функционально-логического (системотехнического) проектирования (АФЛК)	20	5	4	2	2	12	Решение задач на упражнениях
4	Методы моделирования и проектирования РЭС на уровне автоматизированного функционально-логического (системотехнического) проектирования (АФЛК)	20	5	4	2	4	10	Контрольная работа по материалам разделов 1-4
5	Математические модели РЭС на уровне автоматизированного схемотехнического проектирования (АСхП )	34	5	8	6	4	16	Проверка расчетного задания
6	Методы моделирования и проектирования РЭС на уровне автоматизированного схемотехнического проектирования (АСхП )	32	5	12	6	4	10	Контрольная работа по материалам разделов 5-6
	Зачет	2	5	--	--	--	2
	Экзамен							Экзамен учебным планом не предусмотрен
	Итого:	144		36	18	18	72

4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения

4.2.1. Лекции

1.Общие сведения о процессе проектирования и САПР

Основные способы проектирования: макетирование, физическое моделирование, математическое моделирование. Классификация способов математического моделирования по степени участия человека в составлении и расчете математических моделей: ручной, c применением компьютеров, автоматизированный и автоматический. Функциональные уровни автоматизированного проектирования: структурный, функционально-логический (системотехнический), схемотехнический, компонентный и конструкторско-технологический. Определение САПР. Роль САПР в научно-техническом прогрессе. Классификация САПР по типам РЭС, уровням проектирования, степени автоматизации процесса проектирования. Краткая характеристика конкретных примеров современных САПР для различного функционального назначения.

2. Основные виды обеспечения САПР

Математическое обеспечение САПР. Основные требования к алгоритмам САПР. Лингвистическое обеспечение САПР. Языки описания и языки программирования объектов проектирования. Языки программирования. Основные требования к языкам описания и языкам программирования. Информационное обеспечение САПР. Базы данных. Операции с базами данных. Инвариантные, специализированные и интегрированные базы данных. Техническое обеспечение САПР. Типы компьютеров для САПР. Аппаратные средства поддержки САПР: устройства графического ввода, чертежные автоматы, координатографы, дисплеи, автоматизированные рабочие места и рабочие станции. Программное обеспечение САПР. Основные требования к программному обеспечению: надежность и малые вычислительные затраты. Общие и специализированные операционные системы. Прикладное программное обеспечение САПР. Методическое и организационное обеспечение САПР. Его состав и назначение.

3. Математические модели РЭС на уровне АФЛП

Определение математической модели. Классификация параметров моделей. Уровни проектирования РЭС и иерархия соответствующих им математических моделей. Соотношение точности и сложности математических моделей. Функциональные модели типовых элементов РЭС. Блочные макромодели для математического моделирования аналоговых и дискретных устройств на уровне АФЛП. Конкретные примеры таких макромоделей из пакета SystemVue.

4. Методы моделирования и проектирования РЭС на уровне АФЛП

Основные задачи и проектные процедуры автоматизированного проектирования (расчет, анализ, параметрическая и структурная оптимизация, параметрический и структурно-параметрический синтез). Автоматизированное проектирование РЭС на функционально-логическом уровне. Имитационное моделирование. Моделирование РЭС во временной и частотной областях. Моделирование цифровых схем и его особенности. Оптимальное проектирование РЭС на основе решения задачи линейного программирования.

5. Математические модели РЭС на уровне автоматизированного схемотехнического проектирования (АСхП)

Математические модели компонентов для систем схемотехнического моделирования семейства Micro-Cap – программных пакетов типа PSpice. Способы ввода описаний электронной схемы: текстовое описание (Spice-модель) и графический ввод (в формате схем). Математические модели пассивных и активных компонентов. Макромодель интегрального операционного усилителя (ОУ). Основные электрические характеристики ОУ, три уровня Spice-макромодели ОУ. Макромодели интегральных компараторов, АЦП и ЦАП. Методика создания модели аналоговых компонентов по справочным или по экспериментальным данным.

Макросы основных функциональных устройств: перемножителя, управляемых источников, сумматора, интегратора, устройства выборки-хранения, гиратора и др.

Модели источников сигналов и источников питания. Параметры модели источников различного функционального назначения: источника постоянного напряжения (батареи), источника постоянного тока, источника импульсного напряжения, гармонического сигнала, линейных и нелинейных зависимых источников, функциональных источников и др.

6 Методы моделирования и проектирования РЭС на уровне автоматизированного схемотехнического проектирования (АСхП )

Алгоритмы расчета сложных электронных схем (устройств) по постоянному току, в частотной и временной областях. Математические модели электронных схем. Компонентные уравнения – математические модели элементов схем. Формирование математической модели схемы (ММС) на основе метода узловых потенциалов. Топологическое описание схемы с помощью направленных графов. Матрица инциденций и редуцированная матрица инциденций. Составление ММС на примере пассивной электрической цепи.

Методы анализа линейных схем в частотной области (метод исключений Гаусса, метод Гаусса-Жордана, метод LU-разложения).

Методы анализа схем по постоянному току (метод Ньютона, метод Ньютона-Рафсона-Канторовича).

Методы анализа переходных процессов во временной области (явный и неявный методы Эйлера, метод трапеций и метод Рунге-Кутта).

Анализ чувствительности электронных схем. Определение однопараметрической и многопараметрической чувствительности, наихудшего случая и многопараметрической статистической чувствительности. Анализ чувствительности методом малых приращений.

Алгоритмы расчета шумов линейных схем. Непосредственный расчет спектральной плотности шума. Расчет спектральной плотности шума с помощью функций чувствительности.

Учет влияния температуры окружающей среды и разброса параметров компонентов на характеристики радиоэлектронных устройств. Статистический анализ методом Монте-Карло. Моделирование случайного разброса параметров компонентов. Анализ характеристик РЭУ с учетом влияния температуры окружающей среды. Общая характеристика методов оптимизации решений.

4.2.2. Практические занятия

5 семестр

№ 1. Формирование математических базовых макромоделей в программном пакете System Vue^TM.

№ 2.Библиотеки высокочастотных аналоговых компонентов и компонентов систем связи программного пакета System Vue^TM.

№ 3. Разработка имитационных моделей супергетеродинного приемника АМ- и ЧМ-сигналов с помощью программного пакета System Vue^TM.

№ 4. Алгоритмы анализа линейных электронных схем в частотной области.

№ 5. Алгоритмы анализа линейных электронных схем во временной области.

№ 6. Алгоритмы анализа электронных схем по постоянному току.

№ 7 Создание моделей электронных компонентов по справочным или экспериментальным данным.

№ 8. Моделирование цифровых компонентов с помощью программного пакета семейства Micro-Cap.

№ 9. Моделирование АЦП и ЦАП.

4.3. Лабораторные работы

5 семестр

№ 1.Измерение статических вольтамперных характеристик и дифференциальных параметров транзисторов.

№ 2. Исследование частотных зависимостей малосигнальных Y-параметров биполярного транзистора.

№ 3. Моделирование резонансного усилителя.

№ 4. Моделирование радиосигналов.

4.4. Расчетные задания

5 семестр

Компьютерные расчеты отдельных узлов и устройств приема и обработки радиосигналов.

4.5. Курсовые проекты и курсовые работы

5 семестр

Курсовой проект (курсовая работа) учебным планом не предусмотрен.

5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Лекционные занятия проводятся в форме лекций с использованием раздаточных материалов и презентаций. Презентации лекций содержат большое количество графиков и схем.

Практические и лабораторные занятия включают обсуждение основных понятий и определений, разбор типовых расчетных методик, решение задач, проведение экспериментальных исследований и компьютерных симуляций с последующим обсуждением полученных результатов, выполнение тестов и контрольных работ с последующим разбором результатов.

Самостоятельная работа включает подготовку к тестам, контрольным и лабораторным работам, выполнение домашних заданий и подготовку к зачету.

6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Для текущего контроля успеваемости используются различные виды тестов, контрольные работы, выборочная проверка домашних заданий, устный опрос, защита лабораторных работ.

Аттестация по дисциплине – зачет.

Оценка за освоение дисциплины определяется как оценка на зачете.

В приложение к диплому вносится оценка за 5 семестр.

7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

7.1. Литература:

а) основная литература:

1. Автоматизация проектирования радиоэлектронных средств: Уч. пособие для вузов / О.В.Алексеев, А.А.Головков, И.Ю.Пивоваров и др; Под ред. О.В.Алексеева. – М.: Высшая школа, 2000. – 479 с.

2. Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования: Уч. пособие для вузов. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2002. – 334 с.

3. Богатырёв Е.А., Гребенко Ю.А., Лишак М.Ю. Схемотехническое моделирование радиоэлектронных устройств. Лабораторные работы № 1-7: учебное пособие. – М.: Издательский дом МЭИ, 2007

б) дополнительная литература:

1. Загидуллин Р.Ш., Карутин С.Н., Стешенко В.Б. SystemView. Системотехническое моделирование устройств обработки сигналов / Под ред. канд. техн. наук В.Б. Стешенко. – М.: Горячая линия – Телеком, 2005. – 294 с.

2. Антипенский Р.В. Фадин А.Г. Схемотехническое проектирование и моделирование радиоэлектронных устройств. – М.: Техносфера, 2007. – 128 с.

7.2. Электронные образовательные ресурсы:

а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

пакет программ схемотехнического моделирования Micro-Cap (версия 10) фирмы Spectrum Software (свободно распространяемая демо-версия на www.spectrum-soft.com).

б) другие:

САПР радиоэлектронных устройств: учебно-методический комплекс [Электронный образовательный ресурс]. – М.: МЭИ, 2007.

8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Для обеспечения освоения дисциплины необходимо наличие учебных аудиторий и компьютерных классов для проведения практических занятий и цикла лабораторных работ с использованием моделирующих программ.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению подготовки 210601 «Радиоэлектронные системы и комплексы» по специализациям «Радиолокационные системы и комплексы», «Радиоэлектронные системы передачи информации», «Радионавигационные системы и комплексы», «Антенные системы и устройства».

ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:

к.т.н., профессор Богатырев Е.А.

"СОГЛАСОВАНО":

Директор ИРЭ

к.т.н. профессор Замолодчиков В.Н.

"УТВЕРЖДАЮ":

Зав. кафедрой

д.т.н., профессор Гребенко Ю.А.

Blog

Рабочая программа учебной дисциплины «основы компьютерного проектирования и моделирования рэс» Цикл

Содержание

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ