Микропроцессорная техника в оптических системах связи

Государственное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«Дальневосточный государственный университет путей сообщения»

Естественно-научный институт

полное наименование института, факультета

	УТВЕРЖДАЮ
	Заведующий кафедрой _______________// подпись, Ф. И.О.
	«__» _______________ 2010 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

дисциплины Микропроцессорная техника в оптических   

системах связи ____________________

(наименование дисциплины)

для специальности(ей) «Физика и техника оптической связи»

(шифр и наименование специальности)

Составитель (и) , преподаватель

(Ф. И.О., должность, ученое звание)

Обсуждена на заседании кафедры «Оптические системы связи» 

«__» _____________20___ г., протокол № _____

Одобрена на заседании методической комиссии  _

  Естественно-научного института

(учебное структурное подразделение)

«__» _____________20___ г., протокол № _____

Председатель ________________________/__________________/

(подпись, Ф. И.О.)

2010 г.

Рабочая программа

по дисциплине Микропроцессорная техника в оптических

системах связи

специальности Физика и техника оптической связи

1 Цели и задачи дисциплины

1.1 Цель преподавания дисциплины

Целью преподавания дисциплины «Микропроцессорная техника в оптических системах» является изучение возможностей и основных тенденций развития микропроцессорной техники, общих принципов построения оборудования цифровой и оптической связи на основе средств микропроцессорной техники, основных принципов реализации алгоритмов цифровой обработки сигналов и алгоритмов управления и контроля с помощью микропроцессоров, формирование навыков разработки и отладки прикладного программного обеспечения и обеспечение подготовки специалистов в области практического использования микропроцессорных средств при разработке и эксплуатации оборудования многоканальных цифровых и оптических систем передачи.

1.2 Задачи изучения дисциплины

1.2.1 Знание основных направлений использования микропроцессорных средств в технике многоканальных цифровых и оптических систем передачи.

1.2.2 Знание основных возможностей современных микропроцессорных средств - микроконтроллеров, сигнальных и специализированных микропроцессоров.

1.2.3 Владение навыками практической реализации основных функций цифровых и оптических систем передачи с помощью средств микропроцессорной техники.

Для успешного изучения дисциплинарного модуля необходимо хорошо освоить дисциплины «Высшая математика», «Информатика», «Дискретная математика».

Логические связи курса «Микропроцессорная техника в оптических системах связи» с другими дисциплинами представлены в таблице 1.

Таблица 1

Логические связи курса «Микропроцессорная техника в оптических системах связи»
с другими дисциплинами

№ п/п	Наименование обеспечивающих дисциплин	Элемент модуля (раздел)
1	2	3	4	5
1	Высшая математика		+	+		+
2	Информатика	+	+	+	+	+
3	Дискретная математика		+	+

2 Состав и объем дисциплины

Дисциплина «Микропроцессорная техника в оптических системах связи» изучается в течение 9-го семестра (16 недель) и включает:

- лекций - 32 часа

- лабораторных работ - 32 часа

- практических занятий - 16 часов

- итого аудиторных занятий - 80 часов

- самостоятельная работа - 68 часов

- курсовая работа

- экзамен

3 Структура дисциплины «Микропроцессорная техника в оптических системах связи»

Дисциплина «Микропроцессорная техника в оптических системах связи» включает в себя изучение элементов модуля (разделов), перечисленных в таблице 2.

Таблица 2

Перечень элементов модуля (разделов) дисциплины
«Микропроцессорная техника в оптических системах связи»

№	Название элемента модуля (раздела)
1	Микропроцессорная техника: основные направления развития и использования
2	Принципы построения и функционирования микропроцессорных систем
3	Микроконтроллеры серии PIC
4	Разработка микропроцессорной системы
5	Микропроцессорная техника в системах связи

4 Содержание лекционного курса

Перечень тем лекционного курса и их краткое содержание приведено в таблице 3.

Таблица 3

Тематическое содержание лекционного курса

Элемент модуля	Лекция	Тема, краткий перечень рассматриваемых вопросов	Кол-во часов
1	1	Основные направления и тенденции развития средств микропроцессорной техники Обобщенная схема информационно-вычислительной системы. Типы архитектуры микропроцессоров и их свойства. Классификация средств микропроцессорной техники. Основные семейства микропроцессоров.	2
2	Основные направления использования средств микропроцессорной техники в цифровой и оптической связи Управление, мониторинг, контроль. Цифровая обработка сигналов. Цифровая фильтрация. Спектральный анализ и обработка сигналов. Реализация функций узлов оптической и цифровой связи. Функциональные преобразования.	2
3	Инструментальные аппаратные и программные средства программирования и отладки программного обеспечения микропроцессорных систем Основные этапы разработки и отладки микропроцессорного прикладного программного обеспечения. Языки программирования. Компиляция. Ассемблер и трансляция программы. Эмуляторы и симуляторы микропроцессоров. Работа с файлами входных и выходных данных.	2
4	Микроконтроллеры общего назначения и их применение в цифровых и оптических системах передачи Основные семейства микроконтроллеров (МК). Организация памяти в микроконтроллерах. Регистры специальных функций. Организация портов МК. Операции в портах. Система команд МК. Организация прерываний в МК. Таймеры в МК. Последовательные порты МК.	2
5	Микропроцессоры цифровой обработки сигналов и их применение в цифровых и оптических системах передачи Основные семейства сигнальных микропроцессоров (СМП). СМП с одноадресной системой выбора операндов. Архитектура, система команд, ввод и вывод информации. СМП с двухадресной системой выбора операндов. Архитектура, система команд, ввод и вывод информации. Организация прерываний. Последовательный интерфейс. Таймеры. Аппаратный умножитель. Компрессия информации. Программная модель. Работа в режиме с плавающей точкой. Многофункциональные операции. Организация буферов. Аналоговый интерфейс. Реализация цифровых фильтров на СМП.	2
2	6	Организация обмена информацией. Функции устройств магистрали Шины микропроцессорной системы и циклы обмена. Циклы программного обмена. Циклы обмена по прерываниям. Циклы обмена в режиме ПДП. Прохождение сигналов по магистрали. Функции устройств магистрали, процессора, памяти и устройств ввода/вывода.	2
7	Адресация операндов. Система команд процессора Методы адресации. Сегментирование памяти. Регистры процессора. Команды пересылки данных. Арифметические команды. Логические команды. Команды переходов. Быстродействие процессора.	2
8	Процессорное ядро и память микроконтроллера Структура процессорного ядра МК. Система команд МК. Схема синхронизации МК. Память программ и данных МК. Регистры МК. Стек МК. Внешняя память.	2
9	Организация связи микроконтроллера с внешней средой и временем Порты ввода/вывода. Таймеры и процессоры событий. Модуль прерываний МК.	2
10	Вспомогательные аппаратные средства микроконтроллера Уменьшение энергопотребления в системе на основе МК. Тактовые генераторы МК. Аппаратные средства обеспечения надежной работы МК. Схема формирования сигнала сброса МК. Блок детектирования пониженного напряжения питания.	2
3	11	Аппаратные средства микроконтроллеров серии PIC Основные особенности микроконтроллеров серии PIC. Состав и назначение семейств PIC-контроллеров. Схема тактирования и цикл выполнения команды. Организация памяти программ и стека. Регистры специального назначения.	2
12	Специальные функции и система команд микроконтроллеров серии PIC Специальные функции. Перечень и форматы команд. Команды работы с байтами. Команды работы с битами. Команды управления и работы с константами. Особенности программирования и отладки.	2
4	13	Особенности разработки цифровых устройств на основе микроконтроллеров Разработка микропроцессорной системы на основе микроконтроллера. Основные этапы разработки. Разработка и отладка аппаратных средств. Разработка и отладка программного обеспечения. Методы и средства совместной отладки аппаратных и программных средств.	2
14	Разработка программного обеспечения для микроконтроллеров серии PIC Ассемблер MPASM. Компоновщик MPLINK. Менеджер библиотек MPLIB. Симулятор MPSIM.	2
5	15	Специализированные микропроцессоры в цифровых и оптических системах передачи Согласование микропроцессорных средств с аналоговыми цепями. Микропроцессоры линейного стыка HDB-3 (КВП-3).	2
16	Согласование микропроцессорных средств с первичными цифровыми потоками Е1 Микропроцессоры согласования скоростей цифровых потоков. Микропроцессоры для подавления дрожания фазы цифрового потока. Микропроцессоры сжатия речевой информации. Микропроцессоры станционных цифровых автоответчиков.	2
Итого	32

5 Содержание лабораторных работ

Целью лабораторных работ является приобретение практических навыков работы с эмуляторами микроконтроллеров и написания программ на языке ассемблер.

Методическим обеспечением проведения лабораторных работ являются учебники, методические указания и пособия.

Таблица 4

Перечень лабораторных работ

Элемент модуля	№	Содержание лабораторных работ	Кол-во часов
3, 4	1	Основы работы с программой PIC Simulator. Управление светодиодом.	8
2	Генерация звукового сигнала.	6
3	Обработка нажатия кнопки.	6
4	Обработка прерывания.	6
5	Управление семисегментным индикатором.	6
Итого	32

6 Содержание практических занятий

Целью практических занятий является закрепление теоретического материала и подготовка условий для выполнения курсовой работы «Реализация генератора аналоговых периодических сигналов на основе микроконтроллера PIC16F84A».

Содержание практических занятий представлено в таблице 5.

Таблица 5

Содержание практических занятий

Элемент модуля	№	Содержание практических занятий	Кол-во часов
5	1	Реализация спектрального анализа с помощью МК и обработки сигнала в частотной области. Преобразование Фурье	2
2	2	Дополнительные модули МК. Цифро-аналоговый преобразователь	2
3	3	Программирование микроконтроллеров серии PIC	2
4	Счетчик команд. Непосредственные арифметические операции над счетчиком команд	2
5	Принципы расчета длительности выполнения программы МК	2
6	Табличная конвертация, ее применение в программе управления шаговым двигателем	2
	7	Защита курсового проекта	2
	8	Защита курсового проекта	2
Итого	16

7 Содержание материала самостоятельных занятий

7.1 Курсовая работа

Целью курсовой работы «Реализация генератора аналоговых периодических сигналов на основе микроконтроллера PIC16F84A» является закрепление теоретического материала изложенного в рамках лекционного курса. Выполнение студентами курсовой работы является важным средством более глубокого усвоения учебного материала и приобретения практических навыков написания программ на языке ассемблер.

Содержание курсовой работы представлено в таблице 6.

Таблица 6

Разделы курсовой работы

Элемент модуля	Раздел	Содержание раздела
5	1	Исследование вопросов реализация спектрального анализа с помощью МК и обработки сигнала в частотной области.
4	2	Построение блок-схемы алгоритма программы. Освоение принципа табличной конвертации.
3	3	Расчет времени задержки сигнала на линиях порта В.
3	4	Составление таблицы амплитуд «ступенек» выходного сигнала.
3	5	Написание текста программы, отладка программы.
2	6	Выбор цифро-аналогового преобразователя.

7.2 Самостоятельное изучение тем

Список тем для самостоятельного изучения приведен в таблице 7.

Таблица 7

Список тем для самостоятельного изучения

Элемент модуля	№	Содержание раздела
1	1	Основные направления использования средств микропроцессорной техники в цифровой и оптической связи. Защита информации от несанкционированного доступа.
4	2	Инструментальные аппаратные и программные средства программирования и отладки программного обеспечения микропроцессорных систем. Загрузка отлаженных программ в память микропроцессора. Отладочные наборы KIT.
5	3	Микроконтроллеры общего назначения и их применение в цифровых и оптических системах передачи.
5	4	Микропроцессоры цифровой обработки сигналов и их применение в цифровых и оптических системах передачи.
2	5	Вспомогательные аппаратные средства микроконтроллера. Сторожевой таймер. Дополнительные модули МК. Модули последовательного и аналогового ввода/вывода.
3	6	Аппаратные средства микроконтроллеров серии PIC. Счетчик команд. Прямая и косвенная адресация. Порты ввода/вывода. Память данных EEPROM. Организация прерываний.

7.3 Подготовка к лекциям

Основная цель данного вида самостоятельной работы - закрепление и развитие знаний, полученных на лекциях. Минимальный объем в часах из расчета 0,2 часа на 1 час лекции и составляет 7 часов.

7.4 Подготовка к лабораторным работам

Основная цель данного вида самостоятельной работы - закрепление и развитие знаний, полученных на лабораторных работах. Минимальный объем в часах из расчета минимум 0,5 часа на 1 час лабораторного занятия и составляет 16 часов.

7.5 Подготовка к практическим занятиям

Основная цель данного вида самостоятельной работы - закрепление и развитие знаний, полученных на практических занятиях. Минимальный объем в часах из расчета минимум 0,5 часа на 1 час практического занятия и составляет 8 часов.

7.6 Подготовка к промежуточному тестированию

Основная цель данного вида самостоятельной работы - закрепление и систематизация знаний, полученных на аудиторных занятиях. В соответствии с календарным планом дисциплины предусмотрен один рубежный контроль знаний в виде тестирования. Для подготовки к тестированию выделено 4 часа времени самостоятельной работы.

7.7 Подготовка к экзамену

На подготовку к экзамену в конце изучения дисциплины выделятся в соответствии с нормами – 9 часов.

8 Форма контроля усвоения материала

Текущий контроль усвоения теоретического курса в течение семестра осуществляется на консультациях, лабораторных и практических занятиях и при защите курсовой работы в виде устного опроса. Рубежный контроль знаний проводится после изучения нескольких разделов дисциплины с использованием составленных тестов. В конце семестра степень овладения материалом дисциплины проверяется на экзамене.

9 Вопросы к экзамену

Таблица 8

Вопросы для подготовки к экзамену

№	Вопрос
1	Микропроцессорная система. Микропроцессор. Структура микропроцессорной системы.
2	Шины микропроцессора.
3	Режимы работы (обмена по магистрали) микропроцессорной системы.
4	Архитектура микропроцессорных систем.
5	Классификация микропроцессорных систем.
6	Типы обмена информацией по магистрали. Обмен по мультиплексированной асинхронной магистрали Q-bus.
7	Типы обмена информацией по магистрали. Обмен по немультиплексированной синхронной магистрали ISA.
8	Циклы обмена по прерываниям.
9	Циклы обмена в режиме прямого доступа к памяти.
10	Адресация операндов.
11	Классификация и структура микроконтроллеров. Структура процессорного ядра.
12	Память программ и память данных микроконтроллера.
13	Микроконтроллеры PIC 16F84A: конструкция, организация памяти программ и памяти данных.
14	Микроконтроллеры PIC 16F84A: регистры специального назначения.
15	Микроконтроллеры PIC 16F84A: система команд.
16	Разработка микропроцессорной системы на основе микроконтроллера.
17	Архитектура ПК.
18	Устройства ввода/вывода ПК.
19	Память ПК.

10 Примерный календарный план дисциплины

11 Литература

Список основной литературы

1.  и др. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах / , , . - М.: Энергоатомиздат, 1990, 224с.

2.  Однокристальные микроЭВМ. М.: МИКАП, 1994.

3.  Цифровые процессоры обработки сигналов: Справочник / , , и др. Под ред. . М.: Радио и связь, 1994.

Список дополнительной литературы

1.  Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: Справочник/, , и др.; под ред. С.В. Якубовского-М.: Радио связь, 1990, 496с.

2.  , Григорьев арифметических операций в микропроцессорах:: Учебн. пособие для технических ВУЗов.- М.: Высш. шк., 1991, 303с.

3.  Григорьев однокристальных микропроцессоров. - М.: Энергоатомиздат, 1987, 288с.

4.  Быстрые алгоритмы цифровой обработки сигналов. – М.: Мир, 1989, 488с.

12 Методическое обеспечение дисциплины

1. Рекомендуемая для изучения дисциплины основная и дополнительная литература, методические пособия и указания для выполнения курсовой работы приведены в разделе 9.

2. Технические средства обучения: проведение лабораторных работ осуществляется в компьютерном классе, с помощью программы PIC Simulator.