Направление: Информатика и вычислительная техника (552800)
| Вид материала | Документы |
- Образовательный стандарт по направлению 552800 «Информатика и вычислительная техника», 245.41kb.
- Образовательный стандарт по направлению 552800 Информатика и вычислительная техника, 255.08kb.
- Образовательный стандарт по направлению 552800 Информатика и вычислительная техника, 169.1kb.
- Рабочая учебная программа по дисциплине «Информатика» Направление №230100 «Информатика, 91.73kb.
- Образовательный стандарт по направлению бакалавриата 552800 "Информатика и вычислительная, 565.08kb.
- Образовательный стандарт по направлению 552800 «Информатика и вычислительная техника», 199.12kb.
- «Информатика и вычислительная техника», 723.11kb.
- Рабочая программа дисциплины микропроцессорные системы рекомендовано Методическим советом, 398kb.
- В. Ф. Пономарев математическая логика, 3033.04kb.
- Образовательный стандарт по направлению 552800 «Информатика и вычислительная техника», 166.41kb.
^ 28-1. Теоретические основы электротехники.
Лекции (34 час.) - 4 семестр.
Практические занятия (17 час.) - 4 семестр.
Лабораторные занятия (17 час.) - 4 семестр.
Методы и алгоритмы анализа динамических (переходных) режимов в линейных электрических цепях. Основы метода переходных состояний и классический способ аналитического решения уравнений состояния цепи; методы формирования уравнений состояния и их численного решения. Преобразование Лапласа и его использование для решения уравнений состояния. Расчет процессов в электрических цепях при произвольном воздействии.
Методы и алгоритмы анализа нелинейных электрических цепей. Характеристики нелинейных элементов и их математические модели. Методы формирования и решения уравнений нелинейных резистивных цепей. Формирование уравнений состояния нелинейных цепей в динамическом режиме и алгоритмы их решения.
Методы расчета линейных дискретных цепей. Дискретные сигналы, системы и их описание во временной и частотной областях. Разностные уравнения дискретной системы, их формирование и решение.
Расчет цепей с распределенными параметрами. Длинные линии. Телеграфные уравнения, их решение в частотной и временной областях. Переходные процессы в длинных линиях.
Проблемы электромагнитной совместимости средств измерительно-вычислительной техники.
^ 28-2. Измерительные преобразователи.
Лекции (68 час.) - 5, 6 семестры.
Практические занятия (34 час.) - 5 семестр.
Лабораторные занятия (68 час.) - 5, 6 семестры.
Номинальная функция преобразования измерительного преобразователя (ИП).Статические и динамические характеристики ИП. Нормирование динамических характеристик ИП. Классы точности. Особенности нормирования метрологических характеристик ИП. Связь класса точности с пределами аддитивной и лультипликативной погрешностей.
Нормирование погрешностей усилителей переменного тока, преобразователей переменного тока в постоянный, селективных усилителей. Нормирование метрологических характеристик измерительной системы, состоящей из нескольких ИП, включенных последовательно. Определение погрешностей ИП по данным эксперимента. Учет погрешностей образцовых приборов.
Нормирование метрологических характеристик измерительных усилителей. Устройства гальванического разделения аналогового сигнала: разновидности, нормирование метрологических характеристик. Усилители со стабилизацией прерыванием (в том числе типа МДМ). Преобразователи напряжения в ток и тока в напряжение. Преобразователи сопротивления: мосты, двухпроводные усилители и др.
Преобразователи перемещения в сопротивление. Емкостные преобразователи (дифференциальные ИП, преобразователи емкости в напряжение, фазочувствительные выпрямители). Индуктивные ИП. Индукционные ИП, датчики расхода. Термопреобразователи сопротивления (схемы включения, температурные шкалы). Термопары. Пьезоэлектрические и пьезорезонансные ИП.
ИП излучений. Фотоэлементы с внутренним и внешним фотоэффектом, фотоумножители. Измерение жестких излучений, счетчик Гейгера. Измерение влажности. Тензометрические ИП, схемы включения.
^ 28-3. Схемотехника и программное обеспечение электронных средств измерений.
Лекции (34 час.) - 8 семестр.
Лабораторные занятия (17 час.) - 8 семестр.
Однокристальные микроконтроллеры (ОМК): общая характеристика, перспективы применения в средствах измерений (СИ).
ОМК семейства 51: условные графические обозначения, основные технические характеристики, разновидности. Общие сведения о структуре ОМК, регистры общего назначения, управление потреблением ОМК.
Формирование машинных циклов, подключение синхронизирующих элементов и узлов к ОМК. Порты ОМК. режимы записи и чтения, их особенности.
Собственная память данных ОМК: специфика организации, структура адресного пространства, схемотехника подключения внешнего ОЗУ. Временные диаграммы режимов чтения-записи даннах.
Память программ. Схемотехника подключения внешней памяти программ к ОМК. Временные диаграммы в режиме чтения. Требования к параметрам быстродействия внешней памяти программ.
Таймеры/счетчики ОМК-51: назначение, состав. Регистр задания режима TMOD, регистр управления TCON. Режимы работы таймеров/счетчиков, их характеристики, особенности. Порт последовательной передачи/приема. Регистр управления портом SCON; режимы работы порта, их характеристики, особенности.
Организация прерываний в ОМК-51. Источники прерываний, уровни приоритетности. Регистры управления режимом прерывания IE и IP.
Последовательность и основные этапы разработки СИ с применением ОМК-51. Организация взаимодействия ОМК с узлами СИ: ввод в ОМК потенциальных импульсных сигналов от узла типа двоичный счетчик; вывод управляющих статических и динамических сигналов из ОМК. Организация процедур счета и временной задержки. Применение ОМК для передачи импульсов и измерения временных интервалов.
Сопряжение ОМК-51 с клавиатурой СИ, устранение дребезга контактов. Сопряжение ОМК-51 с алфавитно-цифровыми жидкокристаллическими дисплеями матричного типа.
Коррекция аддитивных и мультипликативных погрешностей АЦП, управляемых ОМК-51. Особенности интерфейса ОМК с современными микросхемными АЦП и ЦАП.
Перспективы развития семейства 51, ОМК 552.
28-4. Цифровые процессоры сигналов.
Лекции (34 час.) - 8 семестр.
Лабораторные занятия (17 час.) - 8 семестр.
Общие сведения о процессорах цифровой обработки сигналов (ПЦОС). Обзор основных разновидностей ПЦОС и их классификация. ПЦОС с “фиксированной” и “плавающей” арифметикой. Сравнение характеристик и основные критерии выбора. ПЦОС, выпускаемые компаниями Texas Instruments, Analog Devices, Intel, Motorola.
Базовая архитектура ПЦОС. Основные узлы ПЦОС. “Гарвардская архитектура”. Конвейерный режим работы ПЦОС. Специальные команды для цифровой обработки сигналов.
Технические системы, реализованные на основе ПЦОС. Измерительные установки, системы и комплексы на основе ПЦОС. Мультипроцессорные и транспьютерные системы. Средства поддержки разработок. Программные и технические средства отладки систем.
Основные характеристики и узлы ПЦОС типа TMS320C5x. Центральный процессор. Организация данных. Режимы адресации. Прямой доступ к памяти. Периферийные устройства. Внешние интерфейсы. Основные группы команд.
Типовые методы и алгоритмы цифровой обработки сигналов. Цифровая фильтрация, быстрое преобразование Фурье. Особенности применения ПЦОС в информационно-измерительной технике, в технике управления быстротекущими процессами, робототехнике, системах обработки изображений и других областях.
28-5. Сети ЭВМ.
Лекции (51 час) - 7, 8 семестры.
Практические занятия (17 час.) - 7 семестр.
Лабораторные занятия (68 час) - 7, 8 семестры.
Локальные вычислительные сети (ЛВС). Задачи, решаемые с помощью ЛВС. Физическая и логическая структура ЛВС. Области применения ЛВС с различными методами доступа. Проблемы синхронизации, манчестерсое кодирование. Адаптеры и станции ЛВС. Общая структура программного обеспечения ЛВС.
Обзор и сравнительный анализ сетевых операционных систем.
Проблемы дистанционного взаимодействия пользователей и ЭВМ. Конфигурации сетей телеобработки данных. Компоненты тракта телеобработки.
Функции взаимодействия процессора с каналом ввода-вывода (КВВ). Структурная схема КВВ и интерфейс взаимодействия с периферийными устройствами. Структурные схемы коммуникационных контроллеров, протоколы и алгоритмы их функционирования.
Технические и программные средства ЛВС. Особенности реализации эталонной модели взаимодействия открытых систем в ЛВС.
Проблемы объединения ЛВС (повторители, мосты, маршрутизаторы); стандарт IS 8802.1D. Подключение ЛВС к глобальным сетям. Промышленные стандарты ЛВС.
Технические средства ЛВС. Организация взаимодействия ПЭВМ с адаптером ЛВС. Примеры построения адаптеров.
Программное обеспечение ЛВС. Программные интерфейсы IPX и SPX.
Сетевая базовая система ввода-вывода NetBIOS.
Программное обеспечение сервера, работающего под управлением MS DOS.
Организация распределенной обработки информации в среде ЛВС.
Программные средства телекоммуникации (классификация, компоненты операционных систем, пакеты прикладных программ, общие принципы функционирования).
Операционные системы коллективного пользования. Принципы генерации операционной системы. Каналы ввода-вывода и канальные программы. Способы доступа к данным (базисный, общий, виртуальный телекоммуникационные методы доступа).
Функции, протоколы и модели архитектуры взаимодействия открытых сетей. Функции и протоколы SNA (NAU, DFC, TC. PC, DLC). Функции и протоколы DNA; типовые узлы архитектуры, шлюзы SNA/DNA.
Цифровые сети с интегральным обслуживанием. Механизм коммутации каналов и элементы теории телетрафики. Обработка вызовов. Выбор маршрутов в сетях коммутации каналов.
Системный анализ локальных вычислительных сетей. Основные параметры, влияющие на пропускную способность ЛВС. Измерение пропускной способности.
Особенности математического моделирования ЛВС. Аналитические и имитационные модели. Аналитическая модель ЛВС на уровне файлового сервера: учет сетевой операционной системы, параметров жесткого диска, механизм кеширования.
Перспективы развития ЛВС.
^ 29. Информационно-вычислительные системы и комплексы.
Лекции (91 час) - 9, 10, 11 семестры.
Практические занятия (26 час.) - 11 семестр.
Лабораторные занятия (69 час) - 10, 11 семестры.
^ 30. Программное обеспечение измерительных систем.
Лекции (34 час.) - 9 семестр.
Лабораторные занятия (17 час.) - 9 семестр.
Основные задачи, решаемые программным обеспечением (ПО). Классификация и уровни ПО измерительных систем (ИС). Режимы работы ПО ИС. Режим работы в реальном масштабе времени.
Свойства и основные блоки (модули) ПО ИС. Средства разработок ПО ИС: компиляторы, трансляторы, отладчики, эмуляторы, симуляторы.
Системы автоматизированного проектирования (САПР) ПО ИС: основные принципы построения.
Визуальное программирование: предпосылки возникновения, свойства, достоинства и недостатки. Языки визуального программирования. Виды графического представления программ. Элементы графического синтаксиса. Схематические и иконические языки.
Программирование ИС, управляемое потоками данных. Последовательность выполнения команд. Узел программы, управляемый потоками данных.
САПР создания ПО ИС, предназначенных для контроля и диагностики технологических процессов и объектов. Программный продукт “VIR” компании “FESTO”: структура и состав, основные функциональные характеристики.
Программные среды для разработки ПО ИС, предназначенных для научных исследований. Программный продукт “Asyst” компании “Adaptible Laboratory Software”: структура и состав, основные технические характеристики.
Программная Среда LabVIEW компании National Instruments. Понятие виртуального прибора; лицевая панель, блок-диаграмм- и пиктограммасоединитель виртуального прибора. Элемента визуального языка LabVIEW. Основные структуры программирования: итерационные и условные циклы, операторы последовательного и повторного выбора, операции перехода.
Методы испытаний каналов аналого-цифрового преобразования в динамическом режиме. Алгоритмическое и программное обеспечение установки, реализующей гистограммный (статистический) метод экспериментального определения систематических составляющих погрешности. Алгоритмическое и программное обеспечение установки, реализующей метод аппроксимации синусоидой для определения зависимости “эффективной разрядности” канала аналого-цифрового преобразования.
^ 31. Моделирование функциональных узлов вычислительно-измерительных систем.
Лекции (34 час.) - 8 семестр.
Практические занятия (17 час.) - 8 семестр.
Лабораторные занятия (17 час.) - 8 семестр.
Общие сведения о моделировании измерительных узлов: классификация моделей измерительных узлов; понятие о точности моделей и моделирования; выбор моделей на основании компромисса между точностью и простотой.
Моделирование диодов. Статическая модель диода. Аппроксимация исходных уравнений прямыми линиями при использовании линейного, логарифмического и полулогарифмического масштабов. Температурные зависимости диодов и их моделирование. Высокочастотные модели диодов. Определение параметров моделей диодов по справочным и экспериментальным данным.
Примеры моделирования измерительных узлов на диодах: блок искрозащиты систем с двухпроводными датчиками на стабилитронах; блок искрозащиты на стабилитронах с начальным смещением и выпрямительных диодах.
Моделирование транзисторов. Статическая модель транзистора. Аппроксимация исходных уравнений прямыми линиями при использовании линейного, логарифмического и полулогарифмического масштабов. Температурные зависимости транзисторов и их моделирование. Высокочастотные модели транзисторов. Определение параметров моделей транзисторов по справочным и экспериментальным данным.
Моделирование операционных усилителей (ОУ). Примеры моделей ОУ различной степени сложности и точности. Определение параментов моделей ОУ по справочным и экспериментальным данным.
Примеры моделирования измерительных узлов на транзисторах и ОУ: моделирование блока питания системы с двухпроводными датчиками и блоками искрозащиты; сравнение результатов моделирования различными методами.
^ 32. Схемотехника и программное обеспечение электронных средств измерений.
Лекции (51 час.) - 9 семестр.
Практические занятия (17 час.) - 9 семестр.
Лабораторные занятия (17 час.) - 9 семестр.
Место разработки программного обеспечения в разработке микропроцессорных электронных средств измерений (МЭСИ). Основные этапы разработки программного обеспечения (ПО) МЭСИ: анализ требований, определение спецификаций; проектирование, кодирование, автономная и комплексная отладка программ. Особенности разработки ПО МЭСИ.
Архитектура средств автоматизации программирования микропроцессорных устройств. Средства описания алноритмов и программ. Средства трансляции, редактирования межмодульных связей и отладки.
Инструментальные программные средства. Язык ассемблера (2500 A.D. Software) для микроконтроллеров семейства МК51. Основные элементы языка. Выражения. Вычисление и сравнение во время трансляции. Абсолютные и перемещаемые имена; внешние ссылки. Синтаксис ассемблерных предложений. Примечания. Система команд микроконтроллеров семейства МК51. Директивы (псевдокоманды) ассемблера: управление распределением памяти, макроопределения, условное ассемблирование, управление вводом, режимы ассемблирования, управление редактором связей.
Стиль программирования. Редактор межмодульных связей. Секции (сегментирование памяти). Симулятор: назначение, основные функциональные возможности. Создание и использование библиотек объектных модулей.
Кодирование программ. Подпрограммы и способы передачи в них параметров. Подпрограммы обработки прерываний. Моделирование структур данных и управляющих операторов языков высокого уровня. Оптимизация программ. Примеры кодирования программ.
Тестирование и отладка программ: термины и определения, стратегия тестирования, примеры.
Проектирование программного обеспечения. Принципы и методы проектирования ПО. Принцип модульного проектирования. Метод структурного программирования. Метод нисходящего и восходящего проектирования. Методы структурирования алгоритмов. Тестирование и отладка структурированных программ. Надежность ПО. Система ЕСПД.
Основы проектирования ПО для мультипрограммного режима. Проектирование программ реального времени.
Применение языков высокого уровня. Язык программирования Си: элементы языка, синтаксис предложений, типы структур данных, управляющие операторы. Примеры кодирования программ на языке Си.
^ 33. Интерфейсы измерительных устройств.
Лекции (34 час.) - 9 семестр.
Лабораторные занятия (17 час.) - 9 семестр.
Общая характеристика и виды интерфейсов, особенности интерфейсов измерительных устройств. Линия связи (ЛС) как элемент структуры интерфейса. Электрические, динамические и энергетические параметры ЛС. Конструкции ЛС. Механизм возникновения помех в ЛС и методы борьбы с ними.
Организация, функционирование и характеристики стандартных интерфейсов. Приборный интерфейс (IEEE-488): общая характеристика, структура магистрали и назначение основных сигналов; методы увеличения протяженности магистрали и числа подключаемых устройств; конфигурация систем на базе приборного интерфейса. Примеры средств измерений с приборным интерфейсом: цифровые мультиметры, генераторы.
Контроллеры приборного интерфейса: аппаратная и программная реализация основных элементов. Структура программного обеспечения систем с приборныи интерфейсом: программные драйверы, модули, пользовательские программы. Организация процессов измерений и регистрации сигналов в системах с приборным интерфейсом.
Общая характеристика и виды последовательных интерфейсов (RS-232, RS-422, RS-485, “токовая петля”). Принцип действия последовательных интерфейсов, временные диаграммы приема-передачи данных. Требования к точности и стабильности частоты синхронизации передатчика и приемников. Декодирование потоков данных и обнаружение ошибок. Электрические и механические требования стандарта RS-232.
Аппаратные средства реализации функций последовательного интерфейса. Универсальные асинхронные приемники-передатчики. Взаимосвязь скорости передачи данных и длины линии связи. Функционирование системы с двухпроводной линией связи. Гальваническое разделение цепей передачи и приема данных.
Структура и алгоритмы функционирования измерительных систем с последовательным интерфейсом. Распределенные измерительно-вычислительные системы. Электрические и конструктивные требования стандартов RS-422A, RS-423A и RS-485А; сравнительные характеристики, достоинства и недостатки.
Интерфейсы измерительных систем с шиной VXI (VME): назначение основных сигналов, электрические и конструктивные требования стандарта; структура систем, требования к программному обеспечению.
Организация, функционирование и характеристики внутриприборных интерфейсов. Интерфейсы систем сбора данных, встроенных в ПЭВМ типа IBM PC: структура, временные диаграммы, способы подключения устройств к шине компьютера, использование режима прямого доступа в память компьютера. Структура и алгоритмы программ управления работой устройств с использованием шины компьютера.
^ 34. Регистрация, анализ и синтез измерительных сигналов.
Лекции (51 час) - 9, 10 семестры.
Практические занятия (17 час.) - 9 семестр.
Лабораторные занятия (34 час.) - 10 семестр.
Введение. Методы регистрации: с нанесением слоя вещества; снятием слоя вещества; измерением состояния вещества (термочувствительный, фотографический). Регистрация сигналов на магнитной ленте и магнитных дисках. Стриммеры, винчестеры. Основные характеристики магнитных накопителей.
Статические и динамические характеристики регистрирующих средств измерений (РСИ). Методы описания динамических свойств РСИ: с помощью дифференциальных уравнений, переходных функций, частотных характеристик и передаточных функций.
Аналоговые РСИ. Регистрирующие приборы (РП) прямого действия (РППД); динамические характеристики РППД и их коррекция. Светолучевые осциллографы: конструкция, принцип действия; устройство и основные характеристики осциллографических гальванометров (ОГ), схемы включения ОГ для измерения токов и напряжений. РП сравнения; автоматические мосты; двухкоординатные РП. Магнитографы: принцип действия, основные характеристики, область применения.
Цифроаналоговые компенсационные регистрирующие приборы. Цифроаналоговый преобразователь цифровой информации в графическую. Организация взаимодействия микро-ЭВМ и двухкоординатного регистрирующего устройства. Варианты оптимизации динамической точности и времени записи на носитель.
Цифровые РП. Цифровые осциллографы (ЦО): принцип действия, структура, основные узлы. Аналого-цифровое преобразование в ЦО: методы построения АЦП, структура и особенности преобразователей. Система памяти, отображающие устройства ЦО. Дисплеи на основе газоразрядной индикаторной панели с самосканированием. Жидкокристаллические матричные дисплеи.
Режимы работы ЦО: цифровой запуск, гистерезис запуска, двунаправленный запуск, программируемая блокировка запуска, запуск по заданному состоянию уровней, предзапуск и послезапуск. Режимы обработки массивов данных в ЦО: нахождение огибающей, сигментирование памяти, режим бегущего изображения. Особенности применения ЦО: эффект ложного изображения, способы восстановления входного сигнала на дисплее ЦО.
Системы регистрации сигналов на базе персонального компьютера.
Анализаторы сигналов. Основные процедуры анализа сигналов во временной области. Анализ сигналов в частотной области: характеристики спектров сигналов, методы измерения спектра. Аналоговые анализаторы спектра параллельного и последовательного типов. Вычислительные анализаторы спектра. Быстрое преобразование Фурье (БПФ). Структура анализатора на основе БПФ.
Синтез измерительных сигналов. Аналоговые измерительные генераторы сигналов. Цифроаналоговые синтезаторы сигналов: обобщенная структура, методы построения, характеристики; конструкция и принцип действия основных узлов.