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.
^ 35. Расчет и применение аналоговых интегральных схем.
Лекции (34 час.) - 9 семестр.
Практические занятия (17 час.) - 9 семестр.
Общие сведения об аналоговых интегральных схемах (АИС) с позиций метрологии. Аналоговые ключи, операционные усилители, компараторы напряжения, дифференциальные усилители, аналоговые запоминающие устройства, аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи, стабилизаторы напряжения. Идеальная (номинальная) характеристика. Погрешности по входу и по выходу. Пораметры АИС, учитывающие взаимодействие с внешней схемой. Погрешности АИС в функции влияющих величин. Система к-параметров. Анализ АИС при нелинейных функциях влияния.
Особенности моделирования АИС. Модели биполярных и полевых транзисторов, пригодные для анализа по постоянному току, по переменному току на низких и высоких частотах, в широком диапазоне входных сигналов.
Приближенные методы расчета АИС. Теоремы о замене сопротивления эквивалентной ЭДС, проводимости - эквивалентным током, зависимого генератора ЭДС - эквивалентным независимым генератором ЭДС, зависимого генератора тока - эквивалентным независимым генератором тока. Точные и приближенные версии теоремы об эквивалентных генераторах; погрешности расчетов и пути их снижения. Применение эквивалентных генераторов при расчете АИС.
Теоремы деления и их применение при расчетах АИС. Теоремы деления сбалансированной и несбалансированной симметричной линейной системы. Точные и приближенные версии теорем деления; погрешности расчетов и пути их снижения. Применение теорем деления при расчете АИС.
Элементы схемотехники и технологии АИС. Классификация операционных усилителей (ОУ) общего применения. Схемотехнические и технологические решения ОУ различных типов. Примеры расчетов параметров ОУ по известной принципиальной схеме. Пути улучшения параметров ОУ. Особенности схемотехники компараторов и других АИС.
Применение АИС с учетом их схемотехнических решений. Анализ инвертирующего, неинвертирующего и дифференциального решающих усилителей при известных параметрах ОУ. Общий подход к определению функции преобразования решающего усилителя на базе к-параметров. Улучшение характеристик устройств, использующих АИС.
^ 37. Диагностика микропроцессорных средств измерений.
Лекции (34 час.) - 10 семестр.
Лабораторные занятия (17 час.) - 10 семестр.
Основные понятия технической диагностики (ТД): виды и показатели ТД, контролепригодность и ее показатели. Модели объектов диагностирования, алгоритмы диагностирования. Методы построения оптимальных алгоритмов диагностирования. Классификация средств диагностирования. Методы самодиагностирования.
Микропроцессорное средство измерений (МПСИ) как объект диагностирования: особенности МПСИ, усложняющие или облегчающие процесс диагностирования. Задачи диагностирования МПСИ на различных этапах жизненного цикла.
Система самодиагностирования (ССД) МПСИ: цели и задачи самодиагностирования, структура и обобщенный алгоритм работы системы, оптимизация ССД МПСИ.
Встроенные средства функционального диагностирования МПСИ. Семантический контроль. Аппаратурные средства функционального самодиагностирования. Коды с обнаружением и исправлением ошибок.
Встроенные средства тестового диагностирования МПСИ. Тестирование “ядра”, микропроцессора, ПЗУ, ОЗУ, устройств ввода-вывода.
Диагностирование программных средств (ПС) МПСИ. Ошибки ПС. Принципы и стратегия тестирования ПС. Тестирование ПС методами “белого и черного ящиков”.
Обеспечение метрологической надежности (МН) МПСИ. Показатели МН. Модель МПСИ для анализа МН. Методы и средства обеспечения метрологической надежности МПСИ: автоматическая коррекция, метрологический самоконтроль, метод группового эталона.
Алгоритмы отладки МПСИ. Автономная отладка аппаратурных и программных средств МПСИ. Комплексная отладка МПСИ. Метод внутрисхемной эмуляции.
Диагностирование МПСИ с помощью сигнатурного анализа: идея сигнатурного анализа, устройство и принцип работы анализатора сигнатур, обеспечение контролепригодности МПСИ по отношению к сигнатурному анализу.
^ 38. Цифровая обработка сигналов.
Лекции (34 час.) - 10 семестр.
Лабораторные занятия (17 час.) - 10 семестр.
Типовые цифровые последовательности. Цифровой фильтр как система (стационарность, физическая реализуемость, линейность). Сравнение аналоговых и цифровых фильтров (АФ и ЦФ).
Фильтрация в дискретной области. Дискретизация дифференциального уравнения. Рекурсивные и нерекурсивные ЦФ. Примеры простейших ЦФ нижних частот. Дискретная свертка как метод построения структурных схем ЦФ. Частотная характеристика ЦФ. Ошибки наложения.
Способы описания ЦФ. Прямое и обратное z-преобразования и их свойства. Корреляционный метод определения частотного отклика. Программа Matlab - обзор основных операторов. Дискретное преобразование Фурье и его свойства.
Передаточная фенкция и разностное уравнение ЦФ. Нуль-полюсные диаграммы. Критерии устойчивости ЦФ.
Примеры практического применения ЦФ в информационно-измерительной технике. ЦФ, реализующий алгоритм “скользящего среднего” (структура ЦФ, передаточная функция, частотные и импульсная характеристики).
Сглаживание экспериментальных данных по методу наименьших квадратов (структура ЦФ и его свойства). Нерекурсивный заграждающий ЦФ.
Цифровое дифференцирование. Методы двухточечной и трехточечной разности. Нахождение производной методом наименьших квадратов. Структуры соответствующих ЦФ и их свойства.
Методы цифрового интегрирования и соответствующие ЦФ (алгоритмы работы, частотные и импульсные характеристики, устойчивость). Медианная фильтрация.
Проектирование ЦФ (постановка задачи, основные этапы). Условные обозначения,Структурные схемы ЦФ. Прямая и каноническая формы ЦФ, обращенная форма. Последовательная и параллельная формы реализации ЦФ.
Аппроксимация рекурсивных ЦФ (классификация). Основные типы фильтров. Схемы допусков на амплитудно-частотные характеристики синтезируемых ЦФ. Преобразование фильтра нижних частот в фильтр верхних частот, полосовой и режекторный. Фильтры Баттерворта, Чебышёва, Кауэра. Определение передаточной функции фильтра нижних частот по справочнику.
Метод билинейного преобразования: вывод основных соотношений, свойства отображений, деформация шкалы частот.
Анализ источников погрешностей реализации ЦФ. Представления чисел, ошибки округления и квантования. Детерминированные и вероятностные оценки погрешностей ЦФ. Статистический метод определения числа необходимых разрядов коэффициентов разностного уравнения ЦФ.
^ 40. Измерительные преобразователи неэлектрических величин.
(Схемотехника измерительных устройств с преобразователями неэлектрических величин).
Лекции (34 час.) - 9 семестр.
Измерительные устройства (ИУ) с термометрами сопротивления (ТС). Основные технические характеристики ТС; выбор тока датчика. Мостовые схемы с ТС. Измерительные преобразователи (ИП) с ТС на основе операционных усилителей (ОУ) с выходом по напряжению и току; влияние линии связи. Аналоговые и цифровые измерительные приборы с ТС; линеаризация шкалы.
Система сбора данных (ССД) с ТС; мостовые и полумостовые схемы, токовая петля без компенсации и с компенсацией начальных сопротивлений ТС, виртуальная общая точка. Влияние линии связи.. Помехозащищенность ССД с ТС.
Технические данные ИУ с ТС.
Измерительные устройства с термопарами (ТП). Технические характеристики ТП. Схемотехнические способы компенсации температуры свободных концов. ИП с ТП с выходом по напряжению и по току. Аналоговые и цифровые измерительные приборы с ТП; линеаризация шкалы.
ССД с ТП: с индивидуальными гальванически изолированными усилителями и с общим усилителем; способы компенсации температуры свободных концов ПТ в ССД. Помехозащищенность ССД с ТП. Технические данные ИУ с ТП.
Измерительные устройства с индуктивными, трансформаторными и емкостными преобразователями.
Технические характеристики индуктивных преобразователей. Работа индуктивных преобразователей в режимах заданного напряжения или тока. ИП с индуктивными преобразователями на основе мостовых схем и схем с ОУ в режимах заданного тока или напряжения. ИУ с индуктивными и фазочувствительными преобразователями при синусоидальных напряжениях или токах питания. Особенности ИУ при треугольных питающих токах или напряжениях. Способы исключения влияния нестабильности питающих токов или напряжения.
Аналоговые и цифровые измерительные преобразователи и приборы с индуктивными преобразователями. Индуктивные преобразователи с частотным выходом. Особенности ССД с индуктивными преобразователями. Технические характеристики ИУ с индуктивными преобразователями.
Трансформаторные преобразователи (ТрП): основные технические характеристики; форма питающих токов. Способы исключения влияния нестабильности питающих токов. Аналоговые и цифровые приборы, ССД с ТрП. Технические характеристики ИУ с ТрП.
Емкостные преобразователи (ЕП): основные технические характеристики, форма питающих напряжений и токов. ИП с ЕП на основе мостовых схем и схем с ОУ в режимах заданного тока или напряжения. Аналоговые и цифровые измерительные приборы, ССД с ЕП. Технические характеристики ИУ с ЕП.
Интеллектуальные датчики. Понятие о сети датчиков. Шина Field Bus. Промышленные интеллектуальные датчики первого поколения. Понятие о взрывозащите систем с датчиками.
^ 42. Компьютерные измерения.
Лекции (26 час.) - 11 семестр.
Лабораторные занятия (13 час.) - 11 семестр.
Задачи и возможности компьютерных измерений. Аппаратурные и программные средства компьютерных измерений.
Взаимосвязь характеристик аналоговых и дискретизированных сигналов измерительной информации. Особенности цифровых сигналов. Связи между аналоговыми и цифровыми моделями измерительных систем, предназначенными для решения одной и той же измерительной задачи. Анализ погрешностей, вызванных заменой аналоговых моделей сигналов и измерительных систем цифровыми. Оптимизация выбора точности и быстродействия аналого-цифрового преобразования в зависимости от свойств обрабатываемого сигнала, алгоритма и скорости обработки.
Проведение экспериментальных исследований с помощью компьютерных средств измерений. Анализ постановки задачи, выбор первичных преобразователей и компьютерных средств измерений. Предварительная обработка измерительной информации с помощью ЭВМ: выявление и устранения промахов и дрейфа, линеаризация, фильтрация, нормализация данных. Компьютерные измерения с целью изучения свойств процессов: цифровой статистический и спектральный анализ на основе современного программного обеспечения. Анализ погрешностей компьютерных измерений.