Geum.ru

Рабочая программа дисциплины основы компьютерного проектирования и моделирования радиоэлектронных средств Специальность 200700 Радиотехника

Вид материалаРабочая программа

Содержание


Рабочая программа дисциплины
200700 – Радиотехника
Шамаев А.В., к.т.н., доцент кафедры системавтоматизированного проектирования
График учебного процесса
Цели и задачи дисциплины, ее место в учебном процессе
Задачи дисциплины
Требования к уровню подготовки студентов, завершивших изучение данной дисциплины
Междисциплинарные связи
Содержание дисциплины
Лабораторный практикум
Самостоятельная работа
Организация текущего и промежуточного контроля знаний
Список основных вопросов для проведения тестирования
Критерии оценки знаний студентов
Методическое обеспечение дисциплины
Подобный материал:

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева»


Институт физики и химии

Кафедра  систем автоматизированного проектирования


УТВЕРЖДЕНО

Председатель учебно-

методической комиссии

Института физики и химии

доцент ________________ М.И. Зотов
УТВЕРЖДАЮ

Директор Института физики и химии


доцент _______________ К.Н. Нищев


«___»______________20   г.

«___»______________200   г.


РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

Основы компьютерного проектирования и моделирования
радиоэлектронных средств


Специальность
200700 – Радиотехника

Индекс цикла по ГОС
ОПД.Ф.08




Форма обучения
дневная
Всего часов по ГОС
70







Из них:



Семестр
6
Аудиторных
36







Лекционных
18

Вид отчетности
зачет
Лабораторных
18

Самостоятельная работа
34


Рабочая программа составлена на основании государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированного специалиста 654200 – Радиотехника, утвержденного Минобрнауки в 2000 году и на основании типовой программы дисциплины Основы компьютерного проектирования и моделирования радиоэлектронных средств, одобренной Советом УМО 13 ноября 2000 г.



Составители рабочей
программы
Шамаев А.В., к.т.н., доцент кафедры систем
автоматизированного проектирования;

Пальдяев Н.Н., преподаватель кафедры систем автоматизированного проектирования




Рабочая программа утверждена на заседании кафедры



« » _________________ 20   г.

Протокол № __

График учебного процесса


Дневная форма обучения

6 семестр


№ недели
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18

Лекции, ч.
2



2



2



2



2



2



2



2



2



Лабораторные работы, ч.
2



2



2



2



2



2



2



2



2



Межсессионный учет успеваемости



























*
























Зачёт



















































+


* – межсессионный учет успеваемости проводится по результатам выполнения лабораторных работ и тестирования;

+ – зачёт проводится на последней неделе учебных занятий, после выполнения всех лабораторных работ и всех видов самостоятельной работы студента.

Цели и задачи дисциплины, ее место в учебном процессе,

требования к уровню освоения дисциплины «Математика»


Цель изучения дисциплины – ознакомление студентов с основами компьютерного проектирования и моделирования с применением современных пакетов прикладных программ (ППП) для автоматизированного проектирования радиоэлектронных средств (РЭС).


Задачи дисциплины:
  • определение целей, способов, задач и процессов автоматизированного компьютерного проектирования и моделирования;
  • изучение математических основ компьютерного моделирования компонентов РЭС различного уровня сложности и электромагнитных полей;
  • ознакомление с алгоритмами компьютерного анализа и оптимизации аналоговых и цифровых устройств;
  • ознакомление с современными ППП для автоматизированного компьютерного проектирования РЭС и методами их использования.


Требования к уровню подготовки студентов, завершивших изучение данной дисциплины.

В результате изучения дисциплины студент должен:

иметь представление:
  • об общих принципах компьютерного проектирования и моделирования радиоэлектронных средств;

знать:
  • математические основы составления моделей и компьютерного проектирования и моделирования РЭС;

уметь:
  • описывать РЭС на входных языках пакетов прикладных программ для автоматизированного компьютерного проектирования;

приобрести навыки:
  • составления и расчёта математических моделей РЭС с применением ППП.

Междисциплинарные связи


Перечень учебных дисциплин с указанием разделов (тем), усвоение которых студентами необходимо для изучения данной дисциплины:
  • Высшая математика (дифференциальное и интегральное исчисление функций одной и многих переменных, элементы теории матриц, численные методы);
  • Информатика;
  • Основы теории цепей.


Технологическая карта дисциплины

Дисциплина Основы компьютерного проектирования и моделирования радиоэлектронных средств

Дневная форма обучения, 6 семестр

N
Тематика
Текущий
контроль
Методическое обеспечение




Раздел
Лекции
Час
Лабораторные
Час
СРС
Час

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

1
Цели, способы, задачи и процессы автоматизированного компьютерного проектирования РЭС
1. Способы проектирования и моделирования. Типы задач проектирования. Блок-схема процесса проектирования. Иерархичность процесса проектирования. Технологичность проектирования.
2


















2
Математические основы компьютерного моделирования компонентов РЭС различного уровня сложности и электромагнитных полей
1. Математические модели, их классификация, параметры, характеристики.

2















2. Уровни сложности радиоаппаратуры. Уровни проектирования. Способы построения моделей. Методы моделирования электромагнитных полей.
2















3
Алгоритмы компьютерного анализа и оптимизации аналоговых и цифровых устройств
1. Моделирования аналоговых устройств на функциональном уровне.
2
ЛР N1
6
ИДЗ N1
12
Отчеты по ИДЗ N1, ЛР N1

2. Моделирование аналоговых устройств на схемотехническом уровне. Моделирование статических режимов, переходных процессов и частотных характеристик.
2
ЛР N2
6
ИДЗ N2
12
Отчеты по ИДЗ N2, ЛР N2

ЛР N3
6
ИДЗ N3
10
Отчеты по ИДЗ N3, ЛР N3

3. Моделирование цифровых устройств. Задача оптимизации.
2















4
Методы использования ППП для автоматизированного компьютерного проектирования РЭС
1. Классификация и виды обеспечения ППП.
2















2. Лингвистическое обеспечение ППП.
2















3. Информационное обеспечение ППП. Понятие о базах данных и СУБД. Базы знаний в ППП.
2
















Содержание дисциплины


Лекционный курс


№
Тема лекции
Вопросы
Объём, ч.

1
2
3
4

1.
Цели, способы, задачи и процессы автоматизированного компьютерного проектирования РЭС
Предмет и содержание курса. Способы проектирования — макетирование, физическое моделирование, математическое моделирование. Способы математического проектирования — ручной, с применением ЭВМ, автоматизированный. Типы задач проектирования. Типовая блок-схема процесса проектирования. Иерархичность процессов проектирования сверху вниз и снизу вверх. Функциональный, конструкторский и технологический разрезы в процессе проектирования. Понятие об имитационном и формульном проектировании. Понятие технологичности процесса проектирования.
2

2.
Математические основы компьютерного моделирования компонентов РЭС различного уровня сложности и электромагнитных полей
Определение математической модели. Классификация параметров моделей. Классификация моделей. Основные характеристики моделей. Классификация уровней сложности радиоаппаратуры и функциональных уровней автоматизированного проектирования и их взаимосвязь. Иерархия и примеры моделей для разных функциональных уровней проектирования. Формальные и физические способы построения моделей. Основные методы машинного представления и моделирования электромагнитных полей.
4




1
2
3
4

3.
Алгоритмы компьютерного анализа и оптимизации аналоговых и цифровых устройств
Алгоритмы автоматизированного компьютерного моделирования аналоговых устройств на функциональном уровне. Типовые элементы функциональных схем и способы моделирования. Моделирование безынерционных функци­ональных схем. Моделирование времен­ных диаграмм. Моделирование динами­ческих характеристик функциональных схем во временной и частотной облас­тях. Алгоритмы автоматизированного компьютерного моделирования анало­говых устройств на схемотехническом уровне. Моделирование статических ре­жимов. Исходные уравнения и основные численные методы их решения. Моде­лирование переходных процессов. Мо­делирование частотных характеристик. Алгоритмы автоматизированного компьютерного моделирования цифро­вых устройств. Постановки задачи опти­мизации и основные алгоритмы оптими­зации, используемые в ППП.
6

4.
Методы использования ППП для автоматизированного компьютерного проектирования РЭС
Определение ППП для автоматизирован­ного компьютерного проектирования. ППП как человеко-машинная система. Классификация ППП. Виды обеспечения ППП. Лингвистическое обеспечение ППП. Состав лингвистического обеспе­чения и требования к нему. Классифика­ция языков ППП. Современные диалого­вые системы. Интеллектуальный интер­фейс. Структура заданий на автоматизи­рованное моделирование и проектирова­ние РЭС. Представление исходных дан­ных и результатов. Информационное обеспечение ППП. Состав и классифика­ция информационного обеспечения ППП. Понятие о базах данных и СУБД. Базы знаний в ППП — интеллектуаль­ные библиотеки типовых элементов и фрагментов схем и устройств, про­ектных операций и маршрутов проекти­рования.
6

Лабораторный практикум


№
Раздел
дисциплины
№
раздела
Наименование работ
Количество часов

1
Алгоритмы компьютерного анализа и оптимизации аналоговых и цифровых устройств
3
Моделирование и анализ функциональной схемы линейной системы
6

2
Исследование временных и частотных характеристик линейных цепей
6

3
Измерение параметров биполярных транзисторов
6


Самостоятельная работа


№
Раздел
дисциплины
№
раздела
Наименование работ
Кол-во часов

1
Алгоритмы компьютерного анализа и оптимизации аналоговых и цифровых устройств
3
Синтез электрической принципиальной схемы аналогового РЭС по его функциональной модели
12

2
Расчёт временных и частотных характеристик аналогового РЭС
12

3
Расчёт статического режима аналогового РЭС
10


Организация текущего и промежуточного контроля знаний


Формой текущего контроля знаний студентов является контроль за правильностью выполнения и оформления лабораторных и самостоятельных работ.

Формой промежуточного контроля знаний студентов является тестирование. Список основных вопросов для проведения тестирования представлен в Приложении 1.


Итоговый контроль знаний студентов


Формой итогового контроля знаний и умений студентов по курсу «Основы компьютерного проектирования и моделирования радиоэлектронных средств» является зачет.

Зачет по дисциплине проводится на последней неделе учебных занятий. Студент допускается к сдаче зачета при выполнении им не менее 75% всех лабораторных и самостоятельных работ.


Критерии оценки знаний студентов


Оценка «зачтено» выставляется студенту, который:
  • Выполнил все лабораторные и самостоятельные работы с предоставлением письменного отчета;
  • Твердо знает материал программы, грамотно и логично излагает его, не допускает существенных неточностей при формулировке понятий и определений, владеет терминологией;
  • Устанавливает межпредметные связи;
  • Владеет математическим аппаратом, способен применять его к решению прикладных задач.


Оценка «незачтено» выставляется студенту, который:
  • Выполнил не все лабораторные и самостоятельной работы студента или не предоставил письменный отчет по ним;
  • Обнаруживает значительные пробелы в знании основного материала программы;
  • Не выполняет типовые задания или допускает принципиальные ошибки при их выполнении;
  • Знания и умения студента недостаточны для дальнейшей успешной учебы и профессиональной деятельности.


Технические средства обучения и контроля, использование ЭВМ


Программные средства обеспечения освоения дисциплины:
  • Операционная система Windows 98/2000/XP;
  • Комплекс программ Electronics Workbench версия 5.0 или выше;
  • Комплекс программ MICROCUP версия 5.0 или выше;
  • Комплекс программ MATLAB\Simulink версия 6.5 или выше.


Материальное обеспечение дисциплины


Для изучения дисциплины требуется:
  • аудитория для проведения лекционных занятий, имеющая необходимое количество посадочных мест (для занятий с группой из 30-40 студентов) и оснащенная оборудованием для проведения презентаций (ноутбук, проектор), а также доской, мелом и тряпкой;
  • аудитория для проведения лабораторных занятий, имеющая необходимое количество рабочих мест (для занятий с подгруппой из 10-15 студентов), оборудованная персональными компьютерами на базе процессора Intel Pentium II или выше, оснащенных необходимым системным и прикладным программным обеспечением.


Методическое обеспечение дисциплины


Основная литература

Учебные пособия
  1. Автоматизация проектирования радиоэлектронных средств: Учеб. пособие для вузов/О.В.Алексеев, А.А.Головков, И.Ю.Пивоваров и др.; Под ред. О.В.Алексеева. — М.: Высш. шк., 2000. — 479 с., ил. (1 кх, 4 чз, 5 абн, 41 абу)
  2. Норенков И.П., Маничев В.В. Системы автоматизированного проектирования электронной и вычислительной аппаратуры. — М.: Высш. шк., 1983. — 272 с. (1 кх, 5 абу)
  3. Унифицированные интерактивные средства проектирования изделий электронной техники./Б.Л.Толстых, И.Л.Талов, В.Н.Харин и др. — М.: Радио и связь, 1984. — 136 с. (1 кх, 1 чз, 1 абн, 4 абу)
  4. Панфилов Д. И., Иванов В.С., Чепурин И.Н. Электротехника и электроника в экспериментах и упражнениях: Практикум на Electronics Workbench: В 2 т./Под общей ред. Д. И. Панфилова — Т.2:Электроника. — М.: ДОДЭКА, 2000. — 288с. (1 кх, 5 каф. радиотехники)
  5. Разевиг В.Д. Система схемотехнического моделирования MICROCUP 6. — М. Горячая линия-Телеком, 2001, — 344 с. (1 кх, 2 чз, 3 абн, 4 абу)


Дополнительная литература


Учебные пособия
  1. Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования: Учеб. для вузов. — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. — 360с., ил. (1 кх)
  2. Автоматизация схемотехнического проектирования: Учебное пособие для вузов/В.Н.Ильин, В.М.Фролкин, А.И.Бутко и др.; под ред. В.Н.Ильина. — М.: Радио и связь, 1987. — 368с. (1 кх)
  3. Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM PC. Программа Electronics Workbench и ее применение: — М.: Солон-Р, 2001, — 726 с. (1 кх)
  4. Разевиг В.Д. Система сквозного проектирования электронных устройств DesignLAB 8.0. — М.: Солон-Р, 2000. — 700 с. (1 кх)
  5. Очков В.Ф. MathCAD 8 Pro для студентов и инженеров. Учеб. Пособие для вузов. М: Компьютер, 1999. 523 с. (1 кх, 1 абн)
  6. Мартынов Н.Н., Иванов А.П. MATLAB 5.X: Вычисления, визуализация, программирование. — М: Кудиц-Образ, 2000. — 336 с. (1 кх)

Приложение 1


Основные вопросы для проведения промежуточного тестирования


  1. Что такое импульсная характеристика цепи?
  2. Что такое переходная характеристика цепи?
  3. Что такое операторная передаточная функция цепи?
  4. Как связана импульсная характеристика цепи с операторной передаточной функцией?
  5. Как связана передаточная характеристика цепи с операторной передаточной функцией?
  6. Чем определяется характер изменения и длина импульсной характеристики цепи?
  7. Из каких соображений на практике необходимо выбирать параметры входного сигнала, чтобы выходной отклик цепи соответствовал импульсной характеристике цепи?
  8. Из каких соображений на практике необходимо выбирать параметры входного сигнала, чтобы выходной отклик цепи соответствовал переходной характеристике цепи?
  9. Как операторным методом рассчитать импульсную характеристику цепи?
  10. Как операторным методом рассчитать переходную характеристику цепи?
  11. Как в программе Electronics Workbench выполнить анализ цепи по постоянному току?
  12. Как в программе Electronics Workbench выполнить анализ частотных характеристик цепи?
  13. Как в программе Electronics Workbench выполнить анализ переходных процессов?

Приложение 2


Комплексные контрольные задания по дисциплине,
необходимые при проведении внешней экспертизы университета
и сборник эталонных ответов на них


Задание

На рисунке показана схема фазового контура, используемого для коррекции фазовых характеристик радиотрактов.




Построить:
  1. направленный граф схемы;
  2. главные сечения графа;
  3. матрицу инциденций;
  4. матрицу главных сечений;
  5. матрицу главных контуров.


Ответы


1. Направленный граф схемы:




2. Главные сечения графа:



3. Матрица инциденций:
Вершины
Ветви

v10
v30
v24
v40
v12
v23
v24

A=
1
–1
0
0
0
1
0
0

2
0
0
1
0
–1
1
0

3
0
1
0
0
0
–1
1

4
0
0
–1
1
0
0
–1

0
1
–1
0
–1
0
0
0


4. Матрица главных сечений:
Сечения
Ветви

v10
v30
v24
v40
v12
v23
v24

D=
1
1
0
0
0
–1
0
0

2
0
1
0
0
0
–1
1

3
0
0
1
0
–1
1
0

4
0
0
0
1
–1
1
–1


5. Матрица главных контуров:
Контуры
Ветви в контурах

v10
v30
v24
v40
v12
v23
v24

B=
1
–1
0
–1
–1
1
0
0

2
0
–1
1
1
0
1
0

3
0
1
0
–1
0
0
1



Приложение 3


Обеспеченность дисциплины учебной и методической литературой

по курсу “Основы компьютерного проектирования и моделирования

радиоэлектронных систем”

для студентов специальности 200700 “Радиотехника”

дневное, заочное отделение


№

п/п
Автор, название, место издания, издательство, год издания
Кол-во обучаю-щихся
Кол-во экземпляров на бумажных носителях
Наличие электронной версии

в библиотеке
на кафедре

1
2
3
4
5
6

Основная литература




Автоматизация проектирования радиоэлектронных средств: Учеб. пособие для вузов/ О.В.Алексеев,А.А.Головков, И.Ю.Пивоваров и др.; Под ред. О.В.Алексеева. — М.: Высш. шк., 2000.
30 – д/о

24 – з/о
52









Норенков И.П., Маничев В.В. Системы автоматизированного проектирования электронной и вычислительной аппаратуры. — М.: Высш. шк., 1983.



-









Унифицированные интерактивные средства проектирования изделий электронной техники./ Б.Л.Толстых, И.Л.Талов, В.Н.Харин и др. — М.: Радио и связь, 1984.



-









Панфилов Д. И., Иванов В.С., Чепурин И.Н. Электротехника и электроника в экспериментах и упражнениях: Практикум на Electronics Workbench: В 2 т./Под общей ред. Д. И. Панфилова — Т.2:Электроника. — М.: ДОДЭКА, 2000.



6
5






Разевиг В.Д. Система схемотехнического моделирования MICROCUP 6. — М. Горячая линия-Телеком, 2001.



10









1
2
3
4
5
6

Дополнительная литература




Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования: Учеб. для вузов. — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000.



1









Автоматизация схемотехнического проектирования: Учебное пособие для вузов/В.Н.Ильин, В.М.Фролкин, А.И.Бутко и др.; под ред. В.Н.Ильина. — М.: Радио и связь, 1987



-









Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM PC. Программа Electronics Workbench и ее применение: — М.: Солон-Р, 2001



1









Разевиг В.Д. Система сквозного проектирования электронных устройств. DesignLAB 8.0. — М.: Солон-Р, 2000.



1









Очков В.Ф. MathCAD 8 Pro для студентов и инженеров. Учеб. Пособие для вузов. М: Компьютер, 1999.



1









Мартынов Н.Н., Иванов А.П. MATLAB 5.X: Вычисления, визуализация, программирование. — М: Кудиц-Образ, 2000.



1