МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
ИНСТИТУТ РАДИОТЕХНИКИ И ЭЛЕКТРОНИКИ (ИРЭ) ___________________________________________________________________________________________________________
Направление специалитета: 210601 Радиоэлектронные системы и комплексы
Специализации подготовки: 1. Радиолокационные системы и комплексы
2. Радиоэлектронные системы передачи информации
3. Радионавигационные системы и комплексы
4. Антенные системы и устройства
Квалификация (степень) выпускника: специалист
Форма обучения: очная
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
"ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА И МИКРОПРОЦЕССОРЫ"
Цикл: | профессиональный | |
Часть цикла: | базовая | |
№ дисциплины по учебному плану: | ИРЭ; C.3.1.11 | |
Часов (всего) по учебному плану: | 144 | |
Трудоемкость в зачетных единицах: | 4 | 6 семестр – 4 |
Лекции | 30 час | 6 семестр |
Практические занятия | 30 час | 6 семестры |
Лабораторные работы | 30 час | 6 семестры |
Расчетные задания, рефераты | 6 час самостоятельной работы | 6 семестр |
Объем самостоятельной работы по учебному плану (всего) | 54 час | 6 семестр |
Экзамены | 36 час | 6 семестр |
Курсовые проекты (работы) | 1 з. е. (36 час ) | 7 семестр |
Москва - 2011
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Целью дисциплины является изучение методов синтеза, анализа и экспериментального исследования цифровых устройств радиотехнического применения.
По завершению освоения данной дисциплины студент способен и готов:
· использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-10);
· способностью выявлять естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, привлекать для их решения соответствующий физико-математический аппарат (ПК-2);
· способностью владеть основными приемами обработки и представления экспериментальных данных (ПК-5);
· способностью собирать, обрабатывать, анализировать и систематизировать научно-техническую информацию по тематике исследования, использовать достижения отечественной и зарубежной науки, техники и технологии (ПК-6);
· осуществлять сбор и анализ исходных данных для расчета и проектирования деталей, узлов и устройств радиотехнических систем (ПК-9);
· выполнять расчет и проектирование деталей, узлов и устройств радиотехнических систем в соответствии с техническим заданием с использованием средств автоматизации проектирования (ПК-10);
· способностью владеть правилами и методами монтажа, настройки и регулировки узлов радиотехнических устройств и систем (ПК-28);
Задачами дисциплины являются
· познакомить обучающихся с современной элементной базой цифровых устройств;
· изучить основы теории синтеза цифровых устройств;
· дать информацию о функционировании и построении типовых узлов цифровых устройств и систем;
· обучить методике проектирования и экспериментального исследования цифровых, цифро-аналоговых и аналого-цифровых устройств;
· ознакомить обучающихся с методами проектирования цифровых устройств на основе программируемых логических схем с помощью систем автоматизированного проектирования, таких как MaxPlus BaseLine и Quartus II фирмы Altera.
2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО
Дисциплина относится к базовой части профессионального цикла Б.3 основной образовательной программы подготовки бакалавров по профилям: «Радиотехнические средства передачи, приема и обработки сигналов, аудиовизуальная техника, бытовая радиоэлектронная аппаратура, радиоэлектронные системы, радиофизика» направления 210400 радиотехника.
Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: «Основы теории цепей», «Метрология и радиоизмерения», «Электроника», «Радиоматериалы и радиокомпоненты» и «Схемотехника аналоговых электронных устройств».
Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы при выполнении бакалаврской выпускной квалификационной работы и изучении дисциплин "Цифровая и микропроцессорная техника", «САПР современных программируемых логических интегральных схем», "Радиотехнические системы" и «Устройства и методы цифровой обработки речевых сигналов».
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Знать:
· основные источники научно-технической информации по элементной базе и методам разработки цифровых устройств (ОК-10);
· основы схемотехники и элементную базу цифровых электронных устройств (ПК-9),
· функционирование и построение типовых узлов цифровых устройств (ПК-9);
· методы синтеза, анализа и отладки цифровых устройств на современной элементной базе (ПК-5, ПК-9);
· методы и средства цифро-аналогового и аналого-цифрового преобразования сигналов (ПК-9);
Уметь:
· анализировать и систематизировать научно-техническую информацию по тематике построения цифровых устройств, использовать достижения отечественной и зарубежной науки, техники и технологии (ПК-6);
· осуществлять сбор и анализ исходных данных для расчета и проектирования цифровых узлов и устройств радиотехнических систем (ПК-9);
· применять компьютерные системы и пакеты прикладных программ для проектирования и исследования цифровых радиотехнических устройств (ПК-10);
· выполнять расчет и проектирование деталей, узлов и устройств радиотехнических систем в соответствии с техническим заданием с использованием средств автоматизации проектирования (ПК-10);
Владеть:
· терминологией в области цифровой техники (ПК-6);
· методами синтеза и анализа цифровых устройств (ПК-9, ПК-10);
· типовыми программными средствами для автоматизации проектирования и моделирования радиоэлектронных цепей, устройств и систем (ПК-10);
· методами цифро-аналогового и аналого-цифрового преобразования сигналов (ПК-9)
· навыками реализации и отладки цифровых устройств (ПК-5, ПК-28);
4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
4.1 Структура дисциплины
Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетных единицы, 144 часа.
№ п/п | Раздел дисциплины. Форма промежуточной аттестации | Всего часов на раздел | Семестр | Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и | Формы текущего контроля успеваемости (по разделам) | |||
лк | пр | лаб | сам. | |||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
1 | Элементная база цифровых устройств | 14 | 6 | 4 | 4 | 4 | 2 | Защита лабораторной работы |
2 | Основы теории синтеза цифровых устройств | 12 | 6 | 4 | 4 | 2 | 2 | Контрольная работа |
3 | Комбинационные цифровые устройства | 14 | 6 | 4 | 4 | 4 | 2 | Защита лабораторной работы |
4 | Триггеры | 12 | 6 | 2 | 4 | 4 | 2 | Защита лабораторной работы |
5 | Счетчики | 12 | 6 | 4 | 2 | 4 | 2 | Защита лабораторной работы |
6 | Регистры и устройства на их основе | 14 | 6 | 4 | 4 | 4 | 2 | Защита лабораторной работы |
7 | Цифроаналоговые и аналого-цифровые преобразователи | 14 | 6 | 4 | 4 | 4 | 2 | Защита лабораторной работы |
8 | Программируемые логические интегральные схемы | 14 | 6 | 4 | 4 | 4 | 2 | Защита расчетного задания |
9 | Зачет | 2 | 6 | -- | -- | -- | 2 | По результатам лабораторных работ |
10 | Экзамен | 36 | 6 | -- | -- | -- | 36 | устный |
11 | Итого: | 144 | 30 | 30 | 30 | 54 |
4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения
4.2.1. Лекции
1. Элементная база цифровых устройств
Понятие о цифровых устройствах и методе их синтеза. Переключательные функции и логические элементы. Элементная база цифровых устройств. Цифровые интегральные схемы (ЦИС), основные статические и динамические характеристики и параметры. Понятие серии ЦИС, классификация, обозначения. Транзисторно-транзисторные логические (ТТЛ, ТТЛШ) элементы, быстродействующие эмиттерно-связанные (ЭСЛ) элементы, логические элементы на полевых транзисторах (КМОП элементы). Варианты схемных построений, функционирование, характеристики и параметры. Шинные драйверы с открытым коллектором (стоком), тремя состояниями выхода. Шинные приемопередатчики. Схемы, функционирование, параметры, характеристики. Сравнительная оценка серий ЦИС различных технологий.
2. Основы теории синтеза цифровых устройств
Постановка задачи синтеза цифровых устройств (автоматов). Представление информации в цифровом виде. Системы счисления. Двоичная, восьмеричная и шестнадцатеричная системы счисления, переход от одной системы к другой. Основы алгебры логики и теории переключательных функций. Аксиомы, тождества и теоремы алгебры логики. Логические функции двух аргументов и двухвходовые логические элементы, минтермы и макстермы. Способы задания логических функций и переход от одной формы к другой. Функциональная полнота наборов функций и логических элементов. Минимизация логических функций. Методы Квайна и Вейча-Карно. Минимизация частично определенных функций. Совместная минимизация логических функций. Эффект состязаний в цифровых устройствах. Синтез схем, свободных от состязаний. Классификация цифровых устройств.
3. Комбинационные цифровые устройства
Комбинационные цифровые устройства и их синтез в различных наборах логических элементов. Шифраторы, дешифраторы, кодопреобразователи, мультиплексоры, демультиплексоры. Использование мультиплексоров для построения цифровых комбинационных устройств. Арифметические сумматоры, Прямой, обратный и дополнительный коды, их использование для алгебраического сложения. Арифметико-логические устройства. Цифровые умножители двоичных чисел. Цифровые компараторы.
4. Триггеры
Последовательностные цифровые устройства. Асинхронные и синхронные цифровые автоматы и особенности их синтеза. Триггеры. Классификация триггеров, параметры быстродействия. Асинхронные и синхронные триггеры с установочными входами и потенциальным управлением. Синтез, анализ функционирования и быстродействия. Триггеры задержки, счетные и универсальные триггеры с динамическим управлением, особенности построения и функционирования. Взаимозаменяемость различных триггеров.
5. Счетчики
Счетчики и их классификация по модулю счета, коду, способу переключения разрядов, арифметической операции. Синхронные и асинхронные счетчики, синтез и анализ функционирования, оценка быстродействия. Особенности схемного построения, функционирования и применения универсальных счетчиков в интегральном исполнении. Наращивание разрядности счетчиков.
6. Регистры и устройства на их основе
Регистры и их классификация по способу ввода-вывода информации. Регистры памяти и сдвигающие регистры. Универсальные регистры ЦИС. Радиотехнические устройства, реализуемые на основе регистров: распределители импульсов, кольцевые счетчики, генераторы кодовых последовательностей. Синтез и анализ устройств на ЦИС.
7. Цифроаналоговые и аналого-цифровые преобразователи
Преобразователи сигналов. Цифроаналоговые преобразователи (ЦАП), принцип действия, основные параметры. Функциональные цифроаналоговые преобразователи. Аналого-цифровые преобразователи (АЦП), классификация по методу преобразования. Параллельный АЦП. Конвеерный АЦП, дельта-сигма АЦП.
8. Программируемые логические интегральные схемы
Программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС). Упрощенная структурная схема ПЛИС, ее основные узлы, программирование, функционирование. ПЛИС семейств CPLD и FPGA. Архитектура, основные узлы. Конфигурируемые логические блоки, конфигурируемые блоки памяти, блоки DSP и PLL и блоки ввода-вывода. Системы автоматизированного проектирования (САПР) ПЛИС. Основные операции САПР, выполняемые при проектировании цифровых устройств на ПЛИС.
4.2.2. Практические занятия
6 семестр
Элементная база цифровых устройств
Комбинационные устройства
Триггеры
Счетчики
Регистры и устройства на их основе
Цифроаналоговые преобразователи
Аналого-цифровые преобразователи
Программируемые логические интегральные схемы
4.3. Лабораторные работы
6 семестр
№ 1. Исследование логических элементов.
№ 2. Синтез и исследование комбинационных цифровых устройств.
№ 3. Синтез и исследование триггеров
№ 4. Синтез и исследование счетчиков.
№ 5. Синтез и исследование устройств на основе регистров.
№ 6. Исследование цифроаналоговых преобразователей.
№ 7. Исследование аналого-цифровых преобразователей.
№ 8. Проектирование цифровых устройств на ПЛИС
4.4. Расчетные задания
Расчет цифрового синтезатора частот.
4.5. Курсовые проекты и курсовые работы
7 семестр
Курсовой проект: Проектирование системы цифровой обработки радиотехнических сигналов на ПЛИС.
5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Лекционные занятия проводятся в форме проблемных лекций, лекций с использованием презентаций, видео роликов и демонстраций конкретного проектирования цифровых устройств с использованием современных систем автоматизированного проектирования.
Практические занятия предусматривают углубленное рассмотрение основных разделов дисциплины, решение типовых задач синтеза и анализа изучаемых устройств.
Лабораторные занятия посвящены синтезу и экспериментальному исследованию цифровых и цифроаналоговых устройств по индивидуальным заданиям.
Самостоятельная работа включает подготовку к лабораторным и контрольным работам, выполнение расчетного задания, курсового проекта, подготовку к зачету и экзамену.
6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Для текущего контроля успеваемости используются различные виды тестов, контрольные работы, защиты лабораторных работ и расчетного задания, защита курсового проекта (работы).
Аттестация по дисциплине – экзамен.
Оценка за освоение дисциплины, определяется как оценка на экзамене.
В приложение к диплому вносится оценка за 6 семестр
7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
7.1. Литература:
а) основная литература:
1. Матюшин устройства и субсистемы. – М: МЭИ, 20с.
2. Матюшин и функционирование ПЛИС.- М.: МЭИ, 20с.
3. Нарышкин элементы цифровых устройств. – М.: МЭИ, 2004. 64c.
4. Нарышкин устройства и микропроцессоры.– М.: Издательский центр «Академия», 20с.
б) дополнительная литература:
1. Антонов описания цифровых устройств AlteraHDL.- М.: ИП РадиоСофт, 20с.
2. , , Филиппов автоматизированного проектирования фирмы Altera МАХ+PLUS II и QUARTUS II. – М.: РадиоСофт, 20с.
3. Матюшин цифровых устройств на ПЛИС.-М.: МЭИ, 19с.
4. , Нарышкин и исследование цифровых устройств. – М.: МЭИ, 20с.
5. , , Соединин устройства и микропроцессоры.- СПб.: БХВ-Петербург, 20с.
6. , Матюшин цифровых устройств: метод. пособие по курсу «Цифровые устройства и микропроцессоры» – М.: МЭИ, 20с.
7. Нарышкин -транзисторные логические элементы – М.: МЭИ, 20с.
8. Никамин -цифровые и цифро-аналоговые преобразователи. Справочник. СПб.: Корона, 20с.
9. Угрюмов схемотехника. СПб, БВХ-Петербург, 20с.
7.2. Электронные образовательные ресурсы:
а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы:
www. ; www. ; www. , www. *****, www. *****, www. *****.
б) другие:
иллюстрационный материал по дисциплине, электронная версия учебных пособий и описаний лабораторных работ.
8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Для обеспечения освоения дисциплины необходимо наличие учебной аудитории, снабженной мультимедийными средствами для представления презентаций лекций и показа учебных фильмов, учебная лаборатория с ПЭВМ и со стендами по темам дисциплины.
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению специалитета: 210601 «Радиоэлектронные системы и комплексы» и специализациям подготовки: «Радиолокационные системы и комплексы», «Радиоэлектронные системы передачи информации», «Радионавигационные системы и комплексы», «Антенные системы и устройства».
ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:
к. т.н., доцент
"СОГЛАСОВАНО":
Директор ИРЭ
к. т.н., профессор
"УТВЕРЖДАЮ":
Зав. кафедрой Радиотехнических приборов
д. т.н., профессор
