МИНИСТЕРСТВООБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Дальневосточный федеральный университет
(ДВФУ)
ИНЖЕНЕРНАЯ ШКОЛА 
СОГЛАСОВАНО
Руководитель ОП Инженерной школы
|
УТВЕРЖДАЮ
Заведующий кафедрой
|
|
Приборостроения
|
__________________ В.И. Короченцев
|
_______________ В.И. Короченцев
|
«_____»___________________20____г.
|
«_04_»____09__________2012г.
|
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ (РПУД)
Специальные микропроцессорные системы
Направление — 200100.68 Приборостроение
Форма подготовки – очная
Инженерная школа ДВФУ
Кафедра Приборостроения
Курс 2, семестр 3
Лекции – 16 час.
Практические занятия – 38 час.
Семинарские занятия – не предусмотрено учебным планом
Лабораторные работы – не предусмотрено учебным планом
Консультации – не предусмотрено учебным планом.
Всего часов аудиторной работы – 54 час.
Самостоятельная работа – 90час.
контрольные работы – не предусмотрено учебным планом
зачёт – не предусмотрено учебным планом
экзамен – 3 семестр
Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования (приказ № 65 от 25 января 2010г.)
Рабочая программ учебной дисциплины обсуждена на заседании кафедры Приборостроения
«_11_»____июня___2012г.
Заведующий кафедрой: В.И. Короченцев
Составитель: доцент Горовой С.В.
I. Рабочая программа пересмотрена на заседании кафедры:
Протокол от «_____» _________________ 20___ г. № ______
Заведующий кафедрой _______________________ В.И. Короченцев
Изменений нет.
II. Рабочая программа пересмотрена на заседании кафедры:
Протокол от «_____» _________________ 20___ г. № ______
Заведующий кафедрой _______________________ В.И. Короченцев
Аннотация
Микропроцессорные системы и устройства повсеместно применяются во многих областях науки и техники. Современный специалист в области приборостроения должен понимать принципы работы микропроцессорных систем и уметь самостоятельно разрабатывать микропроцессорные системы среднего уровня сложности.
Базовые сведения о микропроцессорной технике и навыки программирования микропроцессоров и микроконтроллеров студенты получают в процессе бакалаврской подготовки. Учебная дисциплина «Специальные микропроцессорные системы» предназначена для:
- углубленного изучения теории и техники современных микропроцессорных систем,
- развития навыков самостоятельной разработки и программирования микропроцессорных устройств среднего уровня сложности,
- получения практических навыков работы в области современных микропроцессорных систем.
Данная дисциплина включена в состав федерального компонента.
Цели и задачи дисциплины
Основная цель преподавания дисциплины - углубленное изучение и закрепление навыков разработки и программирования микропроцессорных систем среднего уровня сложности, предназначенных для использования в акустических приборах, информационно-измерительных и управляющих системах и в промышленном оборудовании.
Начальные требования к освоению дисциплины
Для освоения дисциплины необходимо знание общефизических закономерностей, цифровой техники, принципов построения микропроцессорных устройств, и основ их программирования, а также умение использовать стандартную терминологию, определения, обозначения и единицы физических величин.
Требования к уровню освоения содержания дисциплины
После изучения данной дисциплины магистры должны знать слабые и сильные стороны микропроцессорных систем управления и контроля применительно к задачам приборостроения и владеть методами программирования микропроцессорных систем среднего уровня сложности.
Освоение дисциплины направлено на формирование следующих профессиональных компетенций подготовленности магистранта:
способность демонстрировать навыки работы в научном коллективе, порождать новые идеи (ПК-2);
способность осознать основные проблемы своей предметной области, определить методы и средства их решения (ПК-3);
способность профессионально эксплуатировать современное оборудование и приборы (ПК-4);
способность разработать и провести оптимизацию натурных экспериментальных исследований приборных систем с учётом критериев надёжности (ПК-23);
способность подготовить научно-технические отчеты, обзоры, публикации по результатам выполненных исследований (ПК-24);
способность использовать результаты научно-исследовательской деятельности и пользоваться правами на объекты интеллектуальной собственности (ПК-25);
СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ЧАСТИ КУРСА
(16часов, 4 с применением МАО)
Тема 1. Введение.-1час
Цель и задачи дисциплины. Принципы построения современных микропроцессорных систем управления и контроля (МСУК), предельно-достижимые возможности современных МСУК и исполнительных устройств по точности и быстродействию. Проблемные вопросы.
Тема 2. Уточнение понятий, определяющих предельно-достижимые возможности современных МСУК, датчиков и исполнительных устройств по точности и быстродействию.-2часа.
Инерционность датчиков. Инерционность механических исполнительных устройств. Инерционность электромеханических исполнительных устройств.
Особенности управления многокоординатными устройствами. Программные и аппаратные методы повышения точности и быстродействия МСУК.
Тема 3. Требования к периферийным модулям, предназначенным для подключения датчиков. -2часа
Требования к периферийным модулям, предназначенным для подключения исполнительных устройств. Периферийные модули микропроцессоров.
Идентификаторы периферийных модулей. Обозначение периферийных модулей. Локальные периферийные модули.
Тема 4. Ручное, полуавтоматическое и автоматическое управление исполнительными устройствами. Встроенные логические элементы. -2часа
Наращивание возможностей МСУК. Защита от неуправляемых режимов и попадания в точки невозврата. Вопросы надежности.
Управление исполнительными устройствами. Ручное управление исполнительными устройствами. Полуавтоматическое управление исполнительными устройствами. Автоматическое управление исполнительными устройствами. Блоки управления дверей на основании полученных сигналов.
Тема 5. Дистанционное управление биотехническим оборудованием. Интерфейсы. -2часа
Интерфейсы, пригодные для микропроцессорных систем управления. Детальный анализ интерфейса USB.
Дистанционное управление, интерфейсы, детальный анализ интерфейса USB, системы технического зрения, ввод и вывод изображений.
Тема 6. Системы технического зрения. -2часа
Особенности управления системами технического зрения. Ввод и вывод изображений. Автоматическая фокусировка.
Системы технического зрения. Некоторые простые дескрипторы. Системы машинного зрения. Системы технического зрения: видеодатчики и камеры машинного зрения.
Тема 7. Встроенные логические элементы. -2час
Встроенные логические элементы. Особенности логических элементов различных логик. Базовые логические элементы. Основные элементы ЭВМ. Типы и виды основных логических элементов характеристики логических элементов. Программные и приборные методы реализации логических элементов.
Программируемые модули. Программируемые модули на основе CPLD. Программируемые модули на основе FPGA.
Тема 8. Аналого-цифровые преобразователи. -1час
Сигма-дельта АЦП. Цифро-аналоговые преобразователи.
ЦАП и АЦП, характеристики АЦХ, характеристики ЦАП, программные и приборные методы реализации ЦАП и АЦП.
Тема 9. Уточнение понятия высоконадежной системы.-2часа
Принципы построения и характеристики высоконадежных систем. Уточнение понятия «интеллектуальной» системы. Принципы построения и характеристики «интеллектуальных» систем. Программирование «интеллектуальных систем», язык PROLOG. Управление высоконадежными и «интеллектуальными» биотехническими системами.
ii.СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ПРАКТИЧЕСКОЙ ЧАСТИ КУРСА
(38часов, 16 с применением МАО)
Занятие 1. Базовые блоки 8 разрядных микропроцессоров и микроконтроллеров.-2часа
1.Особенности процессорных ядер компании ATMEL AVR.
2. Структура микропроцессора и микроконтроллеров.
Занятие 2. Базовые блоки 32 разрядных микропроцессоров и микроконтроллеров. -2часа
1.Особенности процессорных ядер INTEL.
2. Характеристики современных процессоров.
3.Технологии процессоров INTEL.
Занятие 3. Периферийные модули микропроцессоров и микроконтроллеров. -2часа
1.Вспомогательные устройства.-2часа
2.Однокристальные микроконтроллеры. Обобщенная модель.
3.Типы процессорных ядер. Периферийные устройства.
4.Основные характеристики новых микропроцессоров имикроконтроллеров, интерфейсных модулей, модулей полупроводниковой памяти.
Занятие 4. Интерфейсы.-3часа
1.Интерфейс SPI
2. Интерфейс UART
3. Интерфейс CAN
Занятие 5. Наращивание возможностей микропроцессорных устройств. Наращивание памяти. -2часа
1.Микроконтроллер ATMEL AVR 8515
2. Наращивание оперативной памяти.
Занятие 6. Подключение дополнительных интерфейсов.-2часа
1.Микроконтроллер ATMEL AVR 8535
2. Дополнительные интерфейсы подключения.
Занятие 7. Интрефейс USB.-2часа
1.Изменение пропускной способности.
2. Последовательный интерфейс передачи данных.
Занятие 8. Программирование интерфейса USB. -2часа
1. Программирование через интерфейс USB
2.Разбор практических примеров.
Занятие 9. Ввод изображений. -2часа
1.Цифровая обработка изображений.
2.Разбор практических примеров.
Занятие 10. Вывод изображений.-2часа
1.Настройка параметров выводимого изображения.
2.Разбор практических примеров.
Занятие 11. Встроенные логические элементы. -2часа
1.Логические элементы, выполняющие логические операции И, ИЛИ, НЕ и комбинации этих операций.
2.Пример схемных решений.
Занятие 12. Программирование встроенных блоков FPGA.-2,5часа
1.Языки программирования VHDL и VERILOC
2. FPGA – программируемые логические схемы.
Занятие 13. Аналого-цифровые преобразователи. -2часа
1.Понятие АЦП, процедура преобразования непрерывного сигнала.
2.Определение процедур дискретизации и квантования.
3.Сигма-дельта АЦП.
Занятие 14. Программирование АЦП. -2часа
1. Программирование АЦП, конфигурирование некоторых специальных регистров.
2.Разбор практических примеров.
Занятие 15. Цифро-аналоговые преобразователи. Схемы ЦАП.-2,5часа
1. Схемотехника цифро-аналоговых преобразователей.
2.Разбор практических примеров.
Занятие 16. Программирование ЦАП. -2часа
1.Контроль динамических параметров ЦАП.
2.Схемы ЦАП.
Занятие 17. Сопряжение микропроцессорных систем. -2часа
1. Отладка и настройка микроконтроллерных систем
2.Примеры схемных решений.
Занятие 18. Программирование многопроцессорных систем-2часа
1.Математические модели и методы параллельного программирования для многопроцессорных вычислительных систем.
2.Примеры программ.
iII. КОНТРОЛЬ ДОСТИЖЕНИЯ ЦЕЛЕЙ КУРСА
Вопросы для текущего контроля
1.Концепции, используемые при построении микропроцессорных систем управления и контроля.
2.Особенности биомедицинской аппаратуры.
3.Современных микропроцессорных систем управления и контроля. Интеллектуальные системы управления и контроля.
4.Основные производители микропроцессоров и микроконтроллеров.
5.Базовые блоки 8-разрядных микропроцессоров и микроконтроллеров. Базовые блоки 32-разрядных микропроцессоров и микроконтроллеров. Примеры законченных технических решений на 8-разрядных и 32-разрядных микроконтроллерах.
6.Периферийные модули микропроцессоров и микроконтроллеров. Вспомогательные устройства.
7.Сопряжение микропроцессорных устройств с датчиками и исполнительными механизмами.
8.Интерфейсы.
9.Моделирование микропроцессорных систем.
10.Наращивание возможностей микропроцессорных устройств.
11.Наращивание памяти.
12.Подключение дополнительных интерфейсов.
13.Программно-аппаратные комплексы.
14.Задача по моделированию в среде LabView.
15.Интрефейс USB. Аппаратные и программные компоненты. Программирование USB интерфейсов. Классы CDC и HID.
16.Системы машинного зрения, используемые в биомедицинской аппаратуре. 17.Основные концепции их построения.
18.Ввод и вывод изображений.
19.Автоматическое распознавание изображений и их отдельных участков. 20.Способы представления изображений в микропроцессорных системах. 21.Специализированные микропроцессорные модули, предназначенные для обработки изображений.
22.Встроенные логические элементы.
23.Программирование встроенных блоков FPGA.
24.Языки программирования VHDL и VERILOG.
25.Примеры программ для создания счетчиков и делителей частоты на языках VHDL и VERILOG.
26.Аналого-цифровые преобразователи.
27.Погрешности преобразования.
28.Особенности высокоскоростных и высокоточных АЦП.
29.Сигма-дельта АЦП.
30.Цифро-аналоговые преобразователи.
31.Многоканальный ввод и вывод аналоговой информации.
32.Сопряжение микропроцессорных систем.
33.Особенности программирования многопроцессорных систем. Моделирование многопроцессорных систем.
34. Базовые блоки микроконтроллеров
35. Периферийные блоки микроконтроллеров.
36. Интерфейс USB.
37. Сигма-дельта АЦП.
38. Схемы ЦАП.
iV. тематика и перечень КУРСОВЫХ работ И РЕФЕРАТОВ
Рефераты
1.Базовые блоки 8 разрядных микропроцессоров и микроконтроллеров.
2.Базовые блоки 32 разрядных микропроцессоров и микроконтроллеров.
3.Периферийные модули микропроцессоров и микроконтроллеров. Вспомогательные устройства.
4.Интерфейсы.
5.Наращивание возможностей микропроцессорных устройств. Наращивание памяти.
6.Подключение дополнительных интерфейсов.
7.Интрефейс USB.
8.Программирование интерфейса USB.
9.Ввод изображений.
10.Вывод изображений.
11.Встроенные логические элементы.
12.Программирование встроенных блоков FPGA.
13Аналого-цифровые преобразователи.
Сигма-дельта АЦП.
14.Программирование АЦП.
15.Цифро-аналоговые преобразователи. Схемы ЦАП.
16.Программирование ЦАП.
17.Сопряжение микропроцессорных систем.
18.Программирование многопроцессорных систем
v.УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Основная литература
1.Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника– СПБ.: 2004, - 254с.
2.Чичев С.И., Калинин В.Ф., Глинкин Е.И. Информационно-измерительная система центра управления электрических сетей. - М.: Машиностроение, 2009. - 176 с.
3.Шпак Ю.А. Программирование на языке С для AVR и PIC контроллеров, 2006.
Дополнительная литература
1.Барыбин А.А. Электроника и микроэлектроника, 2006.
2.Белов А.В. Самоучитель разработчика устройств на микроконтроллерах, 2008.
3.Гордон Хогенсон C++/CLI: язык Visual C++ для среды .NET = C++/CLI Primer. — М.: «Вильямс», 2007.
4.Герман-Галкин С.Г. Силовая электроника. Лабораторные работы на ПК, 2002.
5.Дьяконов В.П. ред. Энциклопедия устройств на полевых транзисторах, 2002.
6.Тревор М. Микроконтроллеры ARM7. Семейство LPC2000 компании Philips. Вводный курс, 2006.
7.Поляков А.К. Языки VHDL и Verilog в проектировании цифровой аппаратуры, 2003.
8.Редькин П.П. Микроконтроллеры Atmel архитектуры AVR32 семейства AT32UC3. Руководство пользователя, 2010.
9.Новгородцев А.Б. Расчет электрических цепей в MATLAB, 2004.
10Ратхор Т.С. Цифровые измерения, 2004.
11.Сукер К. Силовая электроника Руководство разработчика, 2007.
12.Кеоун Дж. OrCAD Pspice. Анализ электрических цепей, 2008.
13.Мактас М.Я. Восемь уроков по P-CAD 2001,2003г.
14.Ратхор Т.С. Цифровые измерения. Методы и схемотехника — М.: Техносфера, 2004.
15.Хартов В.Я. Микроконтроллеры AVR. Практикум для начинающих, 2007.
16.Яценков В.С. Микроконтроллеры Microchip с аппаратной поддержкой USB, 2008.
Электронные образовательные ресурсы:
1.Булатов В.Н. Элементы и узлы информационных и управляющих систем (Основы теории и синтеза) : Учебное пособие. - Оренбург: ГОУ ВПО ОГУ, 2002. - 200 с. http://window.edu.ru/resource/066/19066
2.Гребешков А.Ю. Микропроцессорные системы и программное обеспечение в средствах связи: Учебное пособие. - Самара: ПГУТИ, 2009. - 298 с. http://window.edu.ru/resource/638/69638
3.Чичев С.И., Калинин В.Ф., Глинкин Е.И. Информационно-измерительная система центра управления электрических сетей. - М.: Машиностроение, 2009. - 176 с. http://window.edu.ru/resource/420/68420
|
