Программа по дисциплине «системы автоматизированного проектирования устройств промышленной электроники»
| Вид материала | Программа |
- Конспект первых лекций по дисциплине " основы автоматизированного схемотехнического, 492.96kb.
- Вопросы по дисциплине Системы автоматизированного проектирования в сервисе, 19.6kb.
- Рабочая программа по дисциплине Системы автоматизированного проектирования упаковочного, 176.87kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины "системы автоматизированного проектирования электроустановок, 119.83kb.
- Методические указания и задания по курсовому проектированию для студентов 2 курса специальности, 200.18kb.
- Методы автоматизированного проектирования системы прогнозирования землетрясений 05., 315.41kb.
- Рабочая программа дисциплины мультимедийные технологии для студентов специальностей, 180.47kb.
- Направление 230100 «Информатика и вычислительная техника», профиль «системы автоматизированного, 21.89kb.
- Рабочая программа по дисциплине «Cистемы автоматизированного проектирования» Направление, 111.28kb.
- Рабочая программа по дисциплине основы компьютерной электроники для студентов специальности, 487.92kb.
УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ПО ДИСЦИПЛИНЕ
«СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ УСТРОЙСТВ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ»
1. Пояснительная записка
1.1. Цели и задачи учебной дисциплины.
Учебная программа «Системы автоматизированного проектирования устройств промышленной электроники» разработана для студентов высших учебных заведений по специальности 1-36 04 02 Промышленная электроника в соответствии с Образовательным стандартом ОСРБ 1-36 04 02-2008 и учебным планом специальности № 1 36-07/уч от 28.05.2008.
Цель изучения учебной дисциплины – приобретение студентами навыков расчета, моделирования и анализа электрических схем измерительной, информационной и преобразовательной техники с помощью средств персонального компьютера.
Задачи дисциплины:
- изучение моделей компонентов радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) и датчиков неэлектрических величин;
- изучение программных средств, предназначенных для автоматизированного проектирования устройств радиоэлектроники;
- изучение основных режимов компьютерного анализа электрических схем измерительной, информационной и преобразовательной техники.
Для изучения дисциплины «Системы автоматизированного проектирования устройств промышленной электроники» необходимы знания по следующим дисциплинам: «Теория электрических цепей», «Метрология, стандартизация и сертификация в электронике», «Теоретические основы информационно-измерительной техники», «Основы алгоритмизации и программирования», «Аналоговая электроника», «Микроэлектроника и микросхемотехника».
1.2. Требования к знаниям и умениям студентов после изучения дисциплины.
В результате усвоения дисциплины «САПР устройств промышленной электроники» студент
должен знать:
- формы представления и порядок задания моделей активных и пассивных компонентов РЭА;
- основные характеристики и области применения программных пакетов, используемых для автоматизированного проектирования устройств радиоэлектроники;
- порядок моделирования и автоматизированного проектирования устройств промышленной электроники;
должен уметь:
- задавать параметры компонентов РЭА при моделировании, сопоставляя их со справочными данными;
- проводить анализ электрических схем во временной и частотной областях, в режиме передаточных функций по постоянному току;
- моделировать с помощью САПР первичные преобразователи неэлектрических величин;
- проектировать и анализировать с помощью САПР схемы частотно-избирательных фильтров, измерительных и информационных преобразователей.
1.3. Программа дисциплины рассчитана на объем 152 учебных часа, из них
аудиторных – 64 часа. Примерное распределение аудиторных учебных часов по видам занятий: лекций – 32 часа; лабораторных работ – 32 часа.
2. Примерный тематический план
Примерный тематический план курса – в соответствии с таблицей 1.
Таблица 1.
| Наименование темы | Всего аудит. часов | Лекции (часы) | Лабораторные занятия (часы) |
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| Часть 1. Состав, построение и номенклатура САПР устройств промышленной электроники | |||
| Раздел 1. Роль САПР в проектировании радиоэлектронных средств. Задачи автоматизированного проектирования устройств промышленной электроники. Состав и принципы построения САПР. | 6 | 6 | |
| Тема 1. Описания радиоэлектронных средств (РЭС) | 2 | 2 | |
| Тема 2. Этапы проектирования РЭС | 1 | 1 | |
| Тема 3. Состав системы автоматизированного проектирования. Основные структурные звенья САПР. | 2 | 2 | |
| Тема 4. Общесистемные принципы построения САПР | 1 | 1 | |
| Раздел 2. Математические модели радиоэлектронных средств | 6 | 6 | |
| Тема 5. Задачи моделирования. Уровни абстрагирования и формы представления моделей проектируемых объектов. | 1 | 1 | |
| Тема 6. Функциональное моделирование, программные средства анализа функциональных схем устройств промышленной электроники | 1 | 1 | |
| Тема 7. Модели дискретных элементов радиоэлектроники | 3 | 3 | |
| Тема 8. Математические модели РЭС во временной и частотной областях | 1 | 1 | |
| Раздел 3. Пакеты программ автоматизированного проектирования РЭС | 6 | 2 | 4 |
| Тема 9. Системы схемотехнического проектирования и конструкторского проектирования РЭС. Понятие сквозной САПР. | 5 | 1 | 4 |
| Тема 10. Алгоритмические языки описания схем Spice и VHDL | 1 | 1 | |
| Часть 2. Применения САПР устройств промышленной электроники | |||
| Раздел 4. Моделирование первичных преобразователей неэлектрических величин с применением САПР | 4 | 4 | |
| Тема 11. Моделирование параметрических датчиков физических величин с применением САПР | 2 | 2 | |
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| Тема 12. Моделирование генераторных датчиков физических величин с применением САПР | 2 | 2 | |
| Раздел 5. Проектирование и анализ частотно-избирательных фильтров с применением САПР | 27 | 7 | 20 |
| Тема 13. Аппроксимации частотных характеристик (ЧХ) фильтров. ЧХ различных типов частотно-избирательных фильтров. | 5 | 3 | 2 |
| Тема 14. Проектирование схемных реализаций активных фильтров с применением САПР | 22 | 4 | 18 |
| Раздел 6. Проектирование и анализ схем измерительных и информационных преобразователей с применением САПР | 15 | 7 | 8 |
| Тема 15. Проектирование схем измерительных усилителей (ИУ) с применением САПР. | 8 | 4 | 4 |
| Тема 16. Проектирование преобразователей «напряжение–ток» (ПНТ) с применением САПР. | 7 | 3 | 4 |
| Итого: | 64 | 32 | 32 |
3. Содержание учебного материала
3.1. Содержание лекционных занятий
| № п.п. | Название темы, содержание лекции | Объем в часах |
| 1 | 2 | 3 |
| Часть 1. Состав, построение и номенклатура САПР устройств промышленной электроники | ||
| Раздел 1. Роль САПР в проектировании радиоэлектронных средств. Задачи автоматизированного проектирования устройств промышленной электроники. Состав и принципы построения САПР. | ||
| 1. | Описания РЭС. Радиоэлектронный функциональный узел, радиоэлектронное устройство, радиоэлектронный комплекс, радиоэлектронная система. | 2 |
| 2. | Этапы проектирования РЭС. Системотехническое проектирование, функциональное (схемотехническое) проектирование, конструирование, технологическая подготовка производства. Процедуры синтеза, анализа и оптимизации в процессе проектирования. | 1 |
| 3. | Состав системы автоматизированного проектирования. Методическое (математическое и лингвистическое), программное, техническое, информационное, организационное обеспечение. Назначение и структура различных видов обеспечения САПР. Основные структурные звенья САПР – подсистемы и компоненты. | 2 |
| 4. | Общесистемные принципы построения САПР | 1 |
| Раздел 2. Математические модели радиоэлектронных средств. | ||
| 5. | Параметры математической модели с точки зрения общей теории математического моделирования. Внутренние, внешние, выходные параметры и фазовые переменные. Уровни абстрагирования и формы представления моделей проектируемых объектов в зависимости от задач моделирования. | 1 |
| 6. | Функциональное моделирование, программные средства анализа функциональных схем устройств промышленной электроники | 1 |
| 7. | Модели дискретных элементов радиоэлектроники – пленочного, диффузного и SMD-резистора, пленочного, диффузного и SMD-конденсатора, биполярного, полевого, МДП и IGBT-транзисторов, полупроводникового диода, операционного усилителя (ОУ). Локальные и глобальные макромодели дискретных компонентов. Библиотеки типовых элементов. Адаптация моделей компонентов электронной техники к конкретным САПР. | 3 |
| 8. | Математические модели РЭС во временной и частотной областях. Основные виды анализа: анализ статических характеристик, анализ во временной области, анализ в частотной области. | 1 |
| Раздел 3. Пакеты программ автоматизированного проектирования РЭС | ||
| 9. | Системы схемотехнического проектирования и конструкторского проектирования РЭС. Понятие сквозной САПР. | 1 |
| 10. | Алгоритмические языки описания схем Spice и VHDL | 1 |
| 1 | 2 | 3 |
| Часть 2. Применения САПР устройств промышленной электроники | ||
| Раздел 4. Моделирование первичных преобразователей неэлектрических величин с применением САПР | ||
| 11. | Моделирование с применением САПР параметрических датчиков физических величин (термопреобразователи сопротивления, термисторы, тензорезисторы, индуктивные, емкостные преобразователи) | 2 |
| 12. | Моделирование с применением САПР генераторных датчиков физических величин (термоэлектрические, пьезоэлектрические, индукционные преобразователи) | 2 |
| Раздел 5. Проектирование и анализ частотно-избирательных фильтров с применением САПР | ||
| 13. | Аппроксимации ЧХ фильтров нижних частот (ФНЧ) – Баттерворта, Чебышева, инверсная Чебышева, эллиптическая Чебышева (Кауэра), Бесселя. Сравнение ЧХ и импульсных характеристик для различных аппроксимаций ФНЧ. Определение требуемого порядка ФНЧ для реализации заданной ЧХ. Частотные преобразования фильтров. ЧХ различных типов частотно-избирательных фильтров. | 3 |
| 14. | Построение фильтров. Проектирование с применением САПР схемных реализаций активных фильтров 2-го порядка – схема Рауха, схема Саллен-Ки, биквадратная схема. Настройка параметров, схемные особенности, порядок расчета и моделирования. | 4 |
| Раздел 6. Проектирование и анализ схем измерительных и информационных преобразователей с применением САПР | ||
| 15. | Проектирование с применением САПР схем дифференциальных ИУ, мостовых измерительных схем. Моделирование помех общего и нормального вида и анализ их влияния на результат измерения. | 4 |
| 16. | Проектирование с применением САПР ПНТ на основе схемы Хауленда (Howland), ПНТ на основе повторителя напряжения, ПНТ на основе инвертирующих ОУ, ПНТ с напряжением на нагрузке, равным синфазному напряжению ОУ. | 3 |
| Всего | 32 | |
3.2. Примерный перечень лабораторных занятий*
| № п.п. | Название темы, содержание | Объем в часах |
| 1 | 2 | 3 |
| 1. | Ознакомление с пакетами программ автоматизированного проектирования РЭС. | 4 |
| 2. | Проектирование фильтров нижних частот Баттерворта, Чебышева и Бесселя на основе звена Рауха. | 4 |
| 3. | Проектирование фильтров нижних частот Баттерворта, Чебышева и Бесселя на основе звена Сален-Ки. | 4 |
| 1 | 2 | 3 |
| 4. | Проектирование фильтров нижних частот Баттерворта, Чебышева и Бесселя на основе биквадратного звена. | 4 |
| 5. | Проектирование фильтров нижних частот Чебышева с заданной нормированной шириной переходной области амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) на основе звеньев Рауха. | 2 |
| 6. | Проектирование фильтров верхних частот Баттерворта с заданной нормированной шириной переходной области АЧХ на основе звеньев Рауха. | 2 |
| 7. | Проектирование полосно-пропускающих фильтров с заданной нормированной шириной переходной области АЧХ на основе звеньев Рауха. | 2 |
| 8. | Проектирование полосно-заграждающих фильтров с заданной нормированной шириной переходной области АЧХ на основе звеньев Саллен-Ки. | 2 |
| 9. | Проектирование измерительных усилителей. | 4 |
| 10. | Проектирование преобразователей «напряжение–ток». | 4 |
| Всего | 32 | |
* – Конкретные программные пакеты САПР и их версии для проведения лабораторного практикума или его частей определяются выпускающей кафедрой вуза. По лабораторным работам №№ 2-8 рекомендуется выдача персональных вариантов заданий в виде числовых данных; по лабораторным работам №№ 9,10 – в виде схем и числовых данных.
4. Информационно-методическая часть
4.1. Основная литература
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.
2. Разевиг В.Д. Система схемотехнического моделирования Micro-Cap VII. – М.: Горячая линия-Телеком, 2001.
3. Джонсон Д. и др. Справочник по активным фильтрам: Пер. с англ. / Д. Джонсон, Дж. Джонсон, Г. Мур. – М.: Энергоатомиздат, 1983.
4. Щербаков В.И., Грездов Г.И. Электронные схемы на операционных усилителях: Справочник. – К.: Технiка, 1983.
5. Куликовский К.Л., Купер В.Я. Методы и средства измерений: Учеб. пособие для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1986.
6. Основы теории цепей: Учебник для вузов / Г.В. Зевеке, П.А. Ионкин, А.В. Нетушил, С.В. Страхов. – 5-е изд., перераб. – М.: Энергоатомиздат, 1989.
7. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: В 2-х томах с дополнением. Пер. с англ. – Т. 1. – М.: Мир, 1983.
8. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: В 2-х томах с дополнением. Пер. с англ. – Т. 2. – М.: Мир, 1983.
9. Овчаренко Н.И. Элементы автоматических устройств энергосистем: Учебник для вузов. В 2-х кн. Кн. 1. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1995.
10. Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. 2-е изд., перераб. и доп. – Л.: 1988.
4.2. Дополнительная литература
11. Г. Лэм. Аналоговые и цифровые фильтры. Расчет и реализация. Пер с англ. – М.: Мир, 1984.
12. Хорн П. Проектирование активных фильтров: пер с англ. – М.: Мир, 1984.
13. Пайтон А. Дж., Уолш В. Аналоговая электроника на ОУ. Практическое руководство. – Пер. с англ. - М.: БИНОМ, 1994.
14. Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные устройства РЭА. Справочник / Н.Н. Акимов, Е.П. Ващуков, В.А. Прохоренко, Ю.П. Ходоренок. – Мн.: Беларусь, 1994.
15. Шило В.Л. Линейные интегральные схемы в радиоэлектронной аппаратуре. – М.: Советское радио, 1979.
16. Интегральные микросхемы. Справочник / Б.В. Тарабрин, Л.Ф. Лунин, Ю.Н. Смирнов и др.; Под редакцией Б.В. Тарабрина. – М.: Радио и связь, 1983.
17. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы. Справочник. С.В. Якубовский, Л.И. Ниссельсон и др.; под ред. С.В. Якубовского. - М.: Радио и связь, 1989.
18. Коломбет Е.А., Юркович К., Зодл Я. Применение аналоговых микросхем. – М.: Радио и связь, 1990.
4.3. Перечень компьютерных программ, наглядных и других пособий,
методических указаний, материалов и технических средств обучения
19. Карпов В.А. Крышнев Ю.В. Практическое руководство к лабораторным работам «Проектирование ФНЧ Чебышева и Баттерворта» по дисциплине «САПР устройств промышленной электроники». Гомель: ГПИ 1998 (м/ук № 2235).
20. Карпов В.А. Крышнев Ю.В. Практическое руководство к лабораторным работам «Проектирование преобразователей «напряжение–ток»» по дисциплине «САПР устройств промышленной электроники» для студентов специальности Т.07.02.01. Гомель: ГГТУ им. П.О. Сухого 1999 (м/ук № 2435).
21. Карпов В.А., Крышнев Ю.В. Проектирование измерительного преобразователя для датчика температуры / Практическое руководство и задания к курсовой работе по дисциплине «САПР устройств промышленной электроники» для студентов спец. 1-36 04 02 «Промышленная электроника» днев. и заоч. форм обучения. Гомель: ГГТУ им. П.О. Сухого 2005 (м/ук № 3163).
22. Крышнев Ю.В., Гуреева О.В. Схемотехническое моделирование / Методические указания к лабораторным занятиям по курсу «САПР устройств промышленной электроники» для студентов дневной и заочной формы обучения специальности 1-36 04 02 «Промышленная электроника».
Часть 1. – Гомель: ГГТУ им. П.О. Сухого 2007 (м/ук № 3830).