Рабочая программа учебной дисциплины микропроцессорные средства и системы управления

06Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Национальный исследовательский Томский политехнический университет»

УТВЕРЖДАЮ

Проректор-директор ЭНИН

___________

«___»_____________2011 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СРЕДСТВА И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

НАПРАВЛЕНИЕ ООП: 140400 «ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА И ЭЛЕКТРОТЕХНИКА»

ПРОФИЛИ ПОДГОТОВКИ: ПРОФИЛИ ПОДГОТОВКИ: «Электрооборудование и электрохозяйство предприятий, организаций и учреждений»

СТЕПЕНЬ: Бакалавр

БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ План ПРИЕМА 2011 г.

КУРС 4; СЕМЕСТР 8;

КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ: 3

ПРЕРЕКВИЗИТЫ: «Электрические и электронные аппараты систем

автоматики »

КОРЕКВИЗИТЫ «Электрооборудование промышленности», «Потребители электрической энергии и электросбережение»

ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС:

ЛЕКЦИИ	24 часов (ауд.)
ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ	18 часов (ауд.) 18 часов (ауд)
ВСЕГО АУДИТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ	60 часов
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА	60 часов
ИТОГО	120 часов

ФОРМА ОБУЧЕНИЯ очная

ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ: зачет

ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ – каф. «Электропривод и электрооборудование»

ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ: к. т.н., доцент

РУКОВОДИТЕЛЬ ООП к. т.н., доцент

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ к. т.н., доцент

2011 г.

1. Цели освоения дисциплины

Целью формирование у студентов знаний по принципам построения, техническому и программному обеспечению микропроцессоров и микропроцессорных систем, по методологии их применения в различных устройствах обработки, контрольно измерительной аппаратуре, аппаратах защиты. В процессе изучения дисциплины студент должен усвоить особенности архитектуры и программного обеспечения микропроцессоров и микроконтроллеров, изучить типовые микропроцессорные комплекты.

В результате освоения данной дисциплины обеспечивается достижение целей Ц3, Ц4 и Ц5 основной образовательной программы «Электроэнергетика и электротехника»; приобретенные знания, умения и навыки позволят подготовить выпускника:

– к научно-исследовательской деятельности, в том числе в междисциплинарных областях, связанной с математическим моделированием процессов в электроэнергетических системах и объектах, проведением экспериментальных исследований и анализом их результатов (Ц3);

– к производственной деятельности в сфере эксплуатации, монтажа и наладки, сервисного обслуживания и испытаний, диагностики и мониторинга электроэнергетического и электротехнического оборудования в соответствии с профилем подготовки с соблюдением требований защиты окружающей среды, обеспечения здоровья персонала и безопасности производства (Ц4);

– к самостоятельному обучению и освоению новых знаний и умений для реализации своей профессиональной карьеры (Ц5).

2. Место дисциплины в структуре ООП

Дисциплина относится к «Профессиональному циклу» вариативной части модуля «Электротехника»; профиль – «Электрические и электронные аппараты».

Для успешного освоения дисциплины слушателю необходимо:

знать: основные методы и языки программирования, основы работы электронных аппаратов и составных частей, основы электроники.

уметь: анализировать и описать алгоритмы, описывающие работу электронных аппаратов; выбирать элементы электронных схем для решения поставленной задачи;

иметь опыт: работы на персональном компьютере, составления технической и проектной документации, составление и сборки электрических схем, в построении простейших функциональных блоков с использованием электронных аппаратов.

Пререквизитами данной дисциплины являются: «Математика», «Информатика» «Теоретические основы электротехники», «Элементы систем автоматики» «Основы электроники».

Кореквизитов: ««Электрооборудование промышленности», «Потребители электрической энергии и электросбережение»»

3. Результаты освоения дисциплины

Обучающиеся должны освоить дисциплину на уровне, позволяющем им свободно ориентироваться в методах выбора и использования микропроцессора: знать основные условия эксплуатации микропроцессорных систем, условия моделирования имеющихся алгоритмов работы электронных узлов и систем: иметь навыки практического применения разработанных алгоритмов для простых электромеханических систем.

Уровень освоения дисциплины должен позволять бакалаврам с использованием технической литературы решать типовые задачи по моделированию процессов при создании микропроцессорной системы с использованием профессиональных программных комплексов.

В соответствии с поставленными целями после изучения дисциплины «Микропроцессорная техника в электрических аппаратах» бакалавры приобретают знания, умения и опыт, которые определяют результаты обучения согласно содержанию основной образовательной программы: Р2, Р3, Р6, Р7, Р8, Р12, Р13, Р15. Соответствие знаний, умений и опыта указанным результатам представлено в таблице № 1

Таблица № 1

Декомпозиция результатов обучения

Формируемые компетенции в соответствии с ООП*	Результаты освоения дисциплины
З.3.2; З.7.4; З.8.4; З.13.1 З.15.1	В результате освоения дисциплины бакалавр должен знать: – современные тенденции развития технического прогресса; – методы математического и физического моделирования режимов, процессов, состояний объектов электроэнергетики и электротехники; – схемы и основное электротехническое и коммутационное оборудование электромеханических систем; основные схемотехнические решения устройств силовой электроники; электронные, микропроцессорные и гибридные электрические аппараты; – инструментарий для решения задач проектного и исследовательского характера в сфере профессиональной деятельности по электротехнике; - терминологию, основные понятия и определения; - основные виды выпускаемых микропроцессоров; – состояние и тенденций развития современного отечественного и зарубежных электроэнергетического и электротехнического оборудования;
У.2.1; У.7.1; У.8.3; У.12.1; У.12.2. У.15.1	В результате освоения дисциплины бакалавр должен уметь: – применять компьютерную технику и информационные технологии в своей профессиональной деятельности; – применять методы математического анализа при проведении научных исследований и решении прикладных задач в профессиональной сфере; – использовать методы анализа, моделирования и расчетов режимов сложных систем, изделий, устройств и установок электроэнергетического и электротехнического назначения с использованием современных компьютерных технологий и специализированных программ; – проводить эксперименты по заданным методикам с последующей обработкой и анализом результатов в области электротехники; – планировать эксперименты для решения определенной задачи профессиональной деятельности; - оценивать последствия выполнения реализованного программным путем алгоритма; - проводить анализ работы программы; - составлять математические модели для микропроцессорных узлов электронных аппаратов; – выбирать новое оборудование для замены существующего в процессе эксплуатации, оценивать его достоинства и недостатки;
В.3.1; В.3.2; В.6.1; В.8.5; В.15.1	В результате освоения дисциплины бакалавр должен владеть опытом: – использования основных методов организации самостоятельного обучения и самоконтроля; – приобретения необходимой информации с целью повышения квалификации и расширения профессионального кругозора; – аргументированного письменного изложения собственной точки зрения; навыками публичной речи, аргументации, ведения дискуссии и полемики, практического анализа, логики различного рода рассуждений; навыками критического восприятия информации; – использования прикладных программ и средствами автоматизированного проектирования при решении инженерных задач электроэнергетики и электротехники – использования прикладных программ и средствами автоматизированного проектирования при решении инженерных задач электроэнергетики и электротехники; – освоения нового электроэнергетическое и электротехническое оборудования

4. Структура и содержание дисциплины

4.1 Структура дисциплины по разделам, формам организации и

контроля обучения

Таблица № 3

Название разделов	Аудиторная работа (час.)	СРС (час.)	Итого (час.)	Формы текущего контроля и аттестации
Лекц.	Практич. занятия	Лаб. зан.
1.  Основные положения курса	4					Устный опрос
2.  Общие вопросы микропроцессорной техники	4	Темы №1_Час. 4 №2_Час. 2	Л. р.1. Час 4	6	20	Устный опрос Отчет по ПР;
3. Структурная схема микропроцессорных систем, их состав и основные характеристики	4		Л. р.1. Час 4	12	20	Устный опрос Отчет по ПР;
4. Цифровой сигнальный процессор	4	Темы №3_Час. 2 №4_Час. 2	Л. р.1. Час 4	8	10	Устный опрос Отчет по ПР;
5. Программирование микропроцессора	4	Темы №5_Час. 2 №6_Час. 2	Л. р.1. Час 4	12	5	Устный опрос Отчет по ПР;
6. Арифметические основы DSP	4	Темы №7_Час. 2 №8_Час. 2	Л. р.1. Час 2	8	5	Устный опрос Отчет по ПР
7. Промежуточная аттестация						Зачет
Всего по формам обучения	24	18	18	60	120

При сдаче отчетов проводится устное собеседование.

4.2 Содержание разделов дисциплины:

Раздел 1. Основные положения курса

Основные термины и определения. Содержание курса и его место в обучении. Предоставляемое методическое и программное обеспечение. Необходимый уровень знания пройденных дисциплин. Порядок работы на занятиях. Форма отчетности. Текущая оценка знаний. Критерии оценки знаний для зачета.

Раздел 2. Общие вопросы микропроцессорной техники

Построение цифровых устройств на основе микропроцессоров. Основные термины микропроцессорной техники. Структурная организация микро-ЭВМ (МПС). Организация памяти. Устройство ввода-вывода. Алгоритм выполнения команды в МПС. Общая структура центрального процессора (МП). Способы обмена информацией в микропроцессорной системе. Программно-управляемый ввод/вывод. Организация прерываний в микроЭВМ. Организация прямого доступа к памяти. Типы архитектур. Основные характеристики микропроцессоров и микро-ЭВМ.

Практические занятия

Тема № 1

Технология использования основных функций на языке ассемблер в интегрированной среде Code Composer C2000

Тема № 2

Технология использования основных функций на языке СИ в интегрированной среде Code Composer C2000

Раздел 3. Структурная схема микропроцессорных систем, их состав и основные характеристики

Системная магистраль, назначение магистрали, изолированная и мультиплицированная магистраль, последовательная и параллельная шина. Микропроцессор и его производительность: разрядность, архитектура, система команд, тактовая частота, потребление энергии. Типы памяти – ПЗУ, ОЗУ, архитектура построения памяти, современные применяемые типы памяти и их характеристики (масочная, EEPROM, FLASH). Разделение систем на микропроцессорные и микроконтроллерные.

Раздел 4. Цифровой сигнальный процессор

Архитектура DSP. структурная схема ядра. основные элементы ядра. Преобразование разрядности чисел. регистры сдвига. цалу. команды загрузки аккумулятора знаковым/беззнаковым числом. Сохранение значения аккумулятора. блок перемножения. Способы адресации памяти – непосредственная, косвенная, прямая. Примеры перемещения массивов значений памяти.

Практические занятия

Тема № 3

Архитектура и программная модель изучаемого микропроцессора. Команды загрузки и сохранения аккумулятора на языке ассемблер

Тема № 4

Архитектура и программная модель изучаемого микропроцессора. Команды загрузки и сохранения аккумулятора на языке СИ

Раздел 5. Программирование микропроцессора

Формат ассемблерных команд. Система команд микроконтроллера. Общие сведения о системе команд. Группа команд передачи данных. Группа команд арифметических операций. Группа команд логических операций. Группа команд операций с битами. Группа команд передачи управления.

Практические занятия

Тема № 5

Реализация логических контроллеров и дискретных автоматов на языке ассемблер

Тема № 6

Реализация логических контроллеров и дискретных автоматов на языке СИ

Раздел 6. Арифметические основы DSP

Позиционные системы счисления. Арифметика двоичных чисел. Сложение. Двоичное вычитание. Двоичные числа в дополнительном коде. Умножение. Деление. Двоично-десятичная система представления чисел. Арифметика повышенной точности. Представление чисел в форматах с фиксированной и плавающей точками. Представление чисел в формате с фиксированной точкой. Представление чисел в формате с плавающей точкой.

Практические занятия

Тема № 7

Экранный симулятор изучаемого микропроцессора и арифметические команды. Реализация вычислений повышенной точности. Форматы данных. Арифметика данных, представленных в различных форматах

Тема № 8

Встроенный блок умножения микроконтроллера. Изучение знаковой и беззнаковой целочисленной арифметики

4.3. Распределение компетенций по разделам дисциплины

Распределение по разделам дисциплины планируемых результатов обучения в соответствии с основной образовательной программой, формируемых в рамках данной дисциплины и указанных в пункте 3, приведено в табл. № 3.

Таблица № 3

№	Формируемые компетенции	Разделы дисциплины
1	2	3	4	5	6
1.	З.3.2	х
2.	З.7.4		х	х	х	Х
3.	З.8.4			х	x		x
4.	З.13.1	x	х	x	х	Х
5.	З.15.1	x	x
6.	У.2.1		x	x	x	X
7.	У.7.1		x	x	х	Х
8.	У.8.3				х	Х
9.	У.12.1		x	x	x	X
10.	У.12.2		x	x	x	X	x
11.	У.15.1	x	x
12.	В.3.1		x	x			x
13.	В.3.2		х	х	х	Х	х
14.	В.6.1		x	x			х
15.	В.8.1		x	x	x	X
16.	В.8.3		x	x	x	X
17.	В.8.4		x	x	x		x
18.	В.8.5			x	x	X
19.	В.15.1	x	x

5. Образовательные технологии

В процессе обучения для достижения планируемых результатов освоения дисциплины используются следующие методы образовательных технологий: опережающая самостоятельная работа, методы IT , междисциплинарное обучение, проблемное обучение, обучение на основе опыта, исследовательский метод.

Для изучении дисциплины предусмотрены следующие формы организации учебного процесса: лекции, практические и семинарские занятия, самостоятельная работа студентов, индивидуальные и групповые консультации,

Специфика сочетания перечисленных методов и форм организации обучения отражена в матрице (табл. 4).

Таблица 4.

Методы и формы организации обучения (ФОО)

Методы и формы активизации деятельности	Виды учебной деятельности
ЛК	ПР	СРС
Работа в команде		X
Опережающая самостоятельная работа		X	X
Методы IT	X		X
Междисциплинарное обучение		X
Проблемное обучение		X
Обучение на основе опыта	X	X
Исследовательский метод			X

Для достижения поставленных целей преподавания дисциплины реализуются следующие средства, способы и организационные мероприятия:

-  изучение теоретического материала дисциплины на лекциях с использованием компьютерных технологий;

-  самостоятельное изучение теоретического материала дисциплины с использованием Internet-ресурсов, информационных баз, методических разработок, специальной учебной и научной литературы;

-  закрепление теоретического материала на практических занятиях, при проведении лабораторных работ с использованием учебного, выполнения проблемно-ориентированных, поисковых, творческих заданий.

6. Организация и учебно – методическое обеспечение СР студентов

Самостоятельная работа является наиболее продуктивной формой образовательной и познавательной деятельности студента в период обучения. Для реализации творческих способностей и более глубокого освоения дисциплины предусмотрены следующие виды самостоятельной работы: 1) текущая и 2) творческая проблемно – ориентированная.

6.1. Текущая самостоятельная работа, направленная на углубление и закрепление знаний студента, развитие практических умений включает:

– работу с лекционным материалом, поиск и обзор литературы и электронных источников информации;

– опережающую самостоятельную работу;

– выполнение домашних заданий;

– изучение тем, вынесенных на самостоятельную проработку;

– подготовку, к практическим занятиям;

– подготовку, зачету;

6.2. Творческая проблемно – ориентированная самостоятельная работа (ТСР) предусматривает:

– исследовательскую работу и участие в научных студенческих конференциях и олимпиадах;

– поиск, анализ, структурирование и презентацию информации;

– углубленное исследование вопросов по тематике практических занятий.

6.3. Содержание самостоятельной работы студентов по дисциплине

6.3.1. С целью развития творческих навыков у студентов при изучении настоящей дисциплины определен перечень тем научно– исследовательских работ и рефератов по наиболее проблемным задачам и вопросам теоретического и практического плана (выдаются наиболее одаренным студентам ):

– способы разработки алгоритмов реализации дискретных автоматов;

– обзор существующих методов моделирования микропроцессорных систем;

– функциональные возможности и основные параметры,

– современные требования к проектированию электронных аппаратов с МПС;

– современные методы диагностики электрических и электронных аппаратов;

6.3.2. Темы индивидуальных заданий для реферативных работ:

– перспективы развития микропроцессорных систем;

– сравнительный анализ эффективности использования МПС;

– конструктивные особенности МПС в ЭП;

6.3.3. Темы, выносимые на самостоятельную проработку:

– представление вещественных знаковых чисел;

– вспомогательное регистровое арифметическое устройство «ВРАУ».

6.4. Контроль самостоятельной работы студентов

Контроль самостоятельной работы студентов и качество освоения отдельных модулей дисциплины осуществляется посредством:

– защиты отчетов практических занятия в соответствии графиком выполнения;

– защиты рефератов по выполненным обзорным работам и проведенным исследованиям;

– опроса студентов на практических занятиях;

Оценка текущей успеваемости студентов определяется в баллах в соответствии рейтинг – планом, предусматривающим все виды учебной деятельности.

6.5. Учебно – методическое обеспечение самостоятельной работы студентов

При выполнении самостоятельной работы студенты имеют возможность пользоваться специализированными источниками, приведенными в разделе 9. «Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины» и Internet-ресурсами.

7. Средства текущей и итоговой оценки качества освоения дисциплины

(фонд оценочных средств)

Для текущей оценки качества освоения дисциплины и её отдельных модулей разработаны и используются следующие средства:

– список контрольных вопросов по отдельным темам и разделам (приведен в «Приложении»);

– перечень тем научно– исследовательских работ и рефератов по наиболее проблемным задачам и вопросам теоретического и практического плана изучаемой дисциплины (представлены в п. 6.3);

– методические указания к практическим занятиям и отчеты по результатам их выполнения;

7.1. Требования к содержанию зачетных вопросов

Зачетные билеты включают два типа заданий:

1.  Теоретический вопрос.

2.  Расчетная задача.

7.2. Примеры зачетных вопросов

1. Теоретический вопрос

Структурная схема CPU TMS320x24x.

2. Напишите программу на языке ассемблер сложения двух операндов в формате 5.11и 2.14. Результат представить в формате 4.12.

8. Учебно – методическое и информационное обеспечение дисциплины

Основная литература:

1.  ПЗО Программируемые контроллеры. Стандартные языки и приемы прикладного проектирования / Под ред. проф, . — М.: СОЛОН-Пресс, 2004. — 256 с.

2.  Assembler : специальный справочник / . — 2-е изд. — СПб. : Питер, 2005. — 411 с.

3.  Калабеков устройства и микропроцессорные системы : учебник для техникумов связи. — М.: Горячая линия-Телеком, 2000. — 336 с.

4.  Костров системы : учебное пособие — М. : Десс : ТехБук, 2006. — 208 с.

Дополнительная литература:

1.  Гусев и микропроцессорная техника : учебник для вузов — М.: Высшая школа, 2008. — 798 с.

2.  Кузин техника : учебник для среднего профессионального образования — М. : Академия, 2007. — 304 с.

3.  Агунов в вопросах и ответах: Учебное пособие. – Тольятти: ТолПИ, 20с.

9. Материально – техническое обеспечение дисциплины

– практические занятия проводятся в компьютерных классах;

– лекции читаются в учебных аудиториях с использованием технических средств; материал лекций представлен в виде презентаций в Power Point;

Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с требованиями ФГОС по направлению 140400 «Электроэнергетика и электротехника» подготовки бакалавров; профиль – «Электропривод и автоматика»

Программа одобрена на заседании кафедры «Электоропривода и электрооборудования»

(протокол № от г.)

Авторы:

Рецензент: