Рабочая программа дисциплины «Электроника и микропроцессорная техника» (стр. 1 )

УТВЕРЖДАЮ

Проректор-директор ИНК ТПУ

____________ «_____»_____________2011 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

ЭЛЕКТРОНИКА И МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ ТЕХНИКА

НАПРАВЛЕНИЕ ООП 200100 ПРИБОРОСТРОЕНИЕ

ПРОФИЛИ ПОДГОТОВКИ: 1.ПРИБОРОСТРОЕНИЕ 2.ПРИБОРЫ И МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА И ДИАГНОСТИКИ 3.ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ

КВАЛИФИКАЦИЯ (СТЕПЕНЬ)	бакалавр техники и технологий
БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ План ПРИЕМА	2011 г.
КУРС	2,3	СЕМЕСТР	4,5
КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ	8(4/4)
ПРЕРЕКВИЗИТЫ	Электротехника
КОРЕКВИЗИТЫ	нет

ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС:

ЛЕКЦИИ	45 час.
ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ	45 час.
ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ	45 час.
АУДИТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ	135 час.
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА	108 час.
ИТОГО	243 час.
ФОРМА ОБУЧЕНИЯ	очная
ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ	4 семестр – зачет 5 семестр – экзамен
ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ	кафедра ПМЭ ИНК
ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ ПМЭ			профессор, доктор техн. наук
РУКОВОДИТЕЛЬ ООП			доцент каф. ИИТ ИНК, к. т.н.
ПРЕПОДАВАТЕЛЬ			доцент каф. ПМЭ ИНК,

2011г.

1. Цели освоения дисциплины

-  ознакомить с основными видами электрических цепей, используемых в электронике, методами их анализа и расчета в частотной и временной области;

-  ознакомить с принципом действия, характеристиками и параметрами основных электронных приборов и схемотехникой построения на их основе базовых аналоговых и цифровых устройств;

-  выработать навыки расчета и настройки отдельных узлов электронной аппаратуры;

-  обучить основным методам экспериментального исследования электронных устройств;

-  обеспечить студентов объемом знаний, достаточным для последующего изучения специальных дисциплин.

2. Место дисциплины в структуре ООП

Дисциплина относится к базовой части профессионального цикла подготовки бакалавра, освоение которой служит основой для последующего изучения таких дисциплин базовой части, как «Оптико-электронные системы», а также дисциплин вариативной части профессионального цикла.

Для успешного освоения модуля, главным образом, необходимы знания и умения по дисциплине (пререквизиты) «Электротехника». Кореквизиты дисциплины – «Оптико-электронные системы».

Параллельно с данной дисциплиной могут изучаться дисциплины, не связанные с использованием электронных узлов измерительной аппаратуры.

3. Результаты освоения дисциплины

В результате освоения дисциплины студент должен:

знать:

-  физические и математические модели процессов и явлений, лежащих в основе принципа действия приборов и устройств электронной техники;

-  способы генерации, усиления и преобразования электрических сигналов;

-  основные типы электрических цепей, электронных усилителей и генераторов, источников вторичного электропитания, цифровых устройств;

-  основные характеристики и параметры электронных приборов и базовых электронных схем;

-  основные методы расчета и проектирования устройств электронной техники;

-  справочный аппарат по выбору требуемой элементной базы;

-  методы проведения измерений и исследований в электронике;

уметь:

-  проводить анализ статических и переходных режимов линеаризованных и нелинейных цепей с электронными приборами;

-  выполнять расчет базовых электронных цепей непрерывного и импульсного действия различного назначения;

-  осуществлять обоснованный выбор элементов аналоговых и цифровых устройств;

владеть:

-  основами анализа, расчета и проектирования базовых устройств электронной техники;

-  приемами практической работы с современной измерительной аппаратурой;

-  методами экспериментального исследования характеристик электронных приборов и устройств.

В процессе освоения дисциплины у студентов развиваются следующие компетенции:

3.1.  Универсальные (общекультурные):

-  способность к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей её достижения, владение культурой мышления (ОК-1);

-  способность к личностному развитию и повышению профессионального мастерства (ОК-7);

-  способность критически оценивать свои достоинства и недостатки, наметить пути и выбрать средства развития достоинств и устранения недостатков (ОК-8);

-  способность к осознанию социальной значимости своей будущей профессии, высокая мотивация к выполнению профессиональной деятельности (ОК-9);

-  способность обоснованного выбора решения поставленной задачи;

-  способность логического мышления;

-  способность использовать современные информационные ресурсы.

3.2.  Профессиональные:

-  способность рассчитывать и проектировать элементы и устройства, основанные на различных физических принципах действия (ПК-7);

-  способность участвовать в разработке функциональных и структурных схем приборов (ПК-10);

-  готовность составлять отдельные виды технической документации, включая технические условия, описания, инструкции и другие документы (ПК-13);

-  способность участвовать в монтаже, наладке, испытаниях и сдаче в эксплуатацию опытных образцов техники (ПК-14);

-  способность выполнять наладку, настройку и опытную проверку отдельных видов приборов и систем в лабораторных условиях и на объектах приборостроительного профиля (ПК-27);

-  способность владеть методами анализа и расчета характеристик электрических цепей;

-  способность владеть основными приемами обработки и представления экспериментальных данных;

-  способность работать со специальной литературой.

4. Структура и содержание дисциплины

4.1. Наименование разделов дисциплины:

4.1.1.  Пассивные электрические цепи, используемые в электронике

Введение. Место курса в системе подготовки бакалавра по направлению «Приборостроение». Основные цели и задачи изучения дисциплины. Понятие информации, электрического сигнала. Виды, формы представления и параметры электрических сигналов. Классификация электрических цепей. Понятие четырехполюсника. Основные частотные параметры и характеристики четырехполюсника как нагрузки, как генератора и как средства передачи сигналов.

Частотный анализ пассивной электрической цепи. Физический и математический анализ на примере простейшей RC-цепи, начинающейся с сопротивления, применение в качестве: а) фильтра нижних частот; б) фазосдвигающей; в) помехоподавляющей; г) интегрирующей (квазиинтегрирующей). Применение RC-цепи, начинающейся с конденсатора в качестве: а) фильтра верхних частот; б) фазосдвигающей; в) дифференцирующей (квазидифференцирующей); г) разделительной; д) укорачивающей.

4.1.2.  Элементная база электронных устройств

Электропроводность полупроводников, процессы в электронно-дырочном переходе. Полупроводниковые диоды, биполярные и полевые транзисторы, тиристоры, оптоэлектронные приборы: структура, принцип действия, основные параметры и характеристики, применение. Интегральные микросхемы.

4.1.3.  Усилители электрических сигналов

Определение электронного усилителя. Электронные усилители: классификация, характеристики и параметры, структурная схема, принцип действия.

Однокаскадные усилители с резистивно-емкостной связью. Каскады на биполярном транзисторе по схемам включения с общим эмиттером, общим коллектором, общей базой. Каскады на полевом транзисторе по схемам включения с общим истоком и общим стоком. Режим покоя. Классы усиления. Цепи смещения. Стабилизация режима покоя усилительного каскада. Анализ каскадов в режиме малого сигнала в области низких, средних и высоких частот.

Обратная связь (ОС) в усилителях. Определение ОС. Классификация видов ОС. Влияние ОС разного типа на характеристики и параметры усилителей. Основные способы подачи ОС в реальных устройствах. Устойчивость усилителей с ОС.

Выходные каскады усилителей. Работа усилителя на биполярных транзисторах в режиме большого сигнала, нелинейные искажения. Трансформаторные и бестрансформаторные усилители мощности: принцип действия, энергетические соотношения.

Усилители постоянного тока (УПТ). Основные особенности и характеристики УПТ. Многокаскадные УПТ прямого усиления. УПТ с промежуточным преобразованием. Дифференциальный каскад.

Операционный усилитель (ОУ). Основные параметры и характеристики ОУ. Аналоговые схемы на основе ОУ.

Избирательные усилители. Избирательные усилители с резонансными контурами. Избирательные усилители с RC-цепями.

4.1.4.  Генераторы гармонических сигналов

Основные положения теории электронных генераторов. Определение электронного генератора. Классификация. Генераторы гармонических сигналов с внешним возбуждением. Автогенераторы гармонических сигналов. Условия и режимы самовозбуждения автоколебаний. LC-автогенераторы. RC-генераторы. Кварцевые генераторы.

4.1.5.  Импульсные и цифровые устройства

Ключевой режим работы элементов и устройств. Ключевой режим работы диодов и транзисторов. Параметры электронных ключей. Импульсный режим работы операционного усилителя, компараторы. Генераторы электрических импульсов на операционных усилителях и логических элементах. Генераторы пилообразного напряжения.

Представление информации в цифровых устройствах. Системы счисления. Взаимное преобразование систем счисления. Арифметические операции в двоичной системе счисления.

Общие сведения о логических функциях. Представление о логической функции и логическом устройстве. Элементы Булевой алгебры. Формы представления Булевых функций. Выражение элементарных логических функций через операции И, ИЛИ, НЕ.

Логические элементы. Базовые логические элементы И, ИЛИ, НЕ. Логические элементы, типовые схемы логических элементов на биполярных и полевых транзисторах. Интегральные логические элементы, основные параметры и характеристики.

Синтез комбинационных устройств на логических элементах. Канонические формы представления логических функций. Минимизация логических функций методом карт Карно.

Комбинационные логические устройства. Мультиплексоры, демультиплексоры. Шифраторы, дешифраторы. Цифровые компараторы.

Арифметические устройства. Полусумматоры, сумматоры. Арифметико-логические устройства (АЛУ).

Последовательностные логические устройства. Типы триггеров и их основные особенности. Принцип работы, таблицы состояний, схемная реализация триггеров типа RS, RST, D, T, JK на логических элементах. Электронные счетчики на базе триггеров. Суммирующие и вычитающие счетчики. Реверсивные счетчики. Счетчики с произвольным коэффициентом счета. Последовательные и параллельные регистры. Последовательные и параллельные реверсивные регистры. Запоминающие устройства. Оперативные запоминающие устройства. Постоянные запоминающие устройства.

Сопряжение цифровых и аналоговых устройств. Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи (ЦАП и АЦП). Принцип действия ЦАП, основные параметры и характеристики, классификация, назначение область применения. АЦП параллельного преобразования, последовательного счета, последовательного приближения, интегрирующие АЦП: принцип работы, основные параметры и характеристики.

4.1.6.  Источники вторичного электропитания

Общая структура источника электропитания. Классификация и основные параметры выпрямителей. Схемы и принцип действия однофазных выпрямителей. Основные схемы трехфазных выпрямителей. Сглаживающие фильтры и внешняя характеристика выпрямителя. Стабилизаторы постоянного напряжения. Импульсные источники вторичного электропитания.

4.1.7.  Микропроцессоры

Типы микропроцессоров. Основные параметры и характеристики. Типовая структурная схема микропроцессора. АЛУ и регистры микропроцессора: аккумулятор, счетчик команд, регистр адреса, регистр команд, регистр состояния, регистр общего назначения, буферные регистры.

Темы практических занятий по дисциплине:

1.  Анализ электрических цепей в частотной области. Физический, математический анализ, построение частотных характеристик.

2.  Анализ электрических цепей во временной области. Методика расчета переходных процессов в цепях 1-го порядка.

3.  Определение среднего и действующее значения электрических сигналов. Анализ схем диодных амплитудных ограничителей.

4.  Анализ и расчет усилительных каскадов на биполярном и полевом транзисторах.

5.  Расчет линейных схем на базе операционного усилителя.

6.  Расчет статического режима ключевых устройств на биполярных транзисторах.

7.  Принципы построения и расчет генераторов прямоугольных импульсов на базе ОУ и логических элементов.

8.  Преобразование систем исчисления. Основные логические функции и законы алгебры логики. Минимизация логических функций.

9.  Мультиплексоры и их функциональные назначения. Наращивание разрядности мультиплексоров на конкретных типах ИМС.

10. Изучение работы триггеров различных типов. Построение диаграмм работы. Свойства прозрачности и проницаемости.

11. Организация счетчиков с заданным коэффициентом счета. Принцип действия двоичного счетчика прямого и обратного счета. Построение диаграмм работы.

Перечень лабораторных работ:

1.  Осциллографические методы измерения параметров электрических сигналов.

2.  Полупроводниковые диоды.

3.  Исследование характеристик, параметров и схем включения биполярных транзисторов.

4.  Исследование характеристик, параметров и схем включения полевых транзисторов.

5.  Операционные усилители.

6.  Узлы цифровых измерительных устройств.

7.  Цифровые измерительные устройства последовательного счета.

4.2.  Структура дисциплины по разделам и формам организации обучения представлена таблицей 1.

Таблица 1

Структура дисциплины по разделам и формам организации обучения

Название раздела/темы	Аудиторная работа (час)	СРС (час)	Колл, контр. работы	Итого
Лекции	Практич. занятия	Лабор. занятия
4.1.1. Пассивные электрические цепи, используемые в электронике	6	6	4	18	КР-0, КР-1, ИДЗ-1	34
4.1.2. Элементная база электронных устройств	14	2	16	30	КР-2, КР-3, ИДЗ-2	62
4.1.3. Усилители электрических сигналов	14	12	28	42	КР-4, КР-5, ИДЗ-3 ИДЗ-4	96
4.1.4. Генераторы гармонических сигналов	4			2		6
4.1.5. Импульсные и цифровые устройства	20	14	20	40	КР-6, КР-7, ИДЗ-5	94
4.1.6. Источники вторичного электропитания	8		2	6		16
4.1.7. Микропроцессоры	4			2		6
Итого	70	34	70	140		314

5. Образовательные технологии

Для успешного освоения дисциплины применяются различные образовательные технологии, которые обеспечивают достижение планируемых результатов обучения согласно основной образовательной программе.

Перечень методов обучения и форм организации обучения представлен таблицей 2.

Таблица 2

Методы и формы организации обучения (ФОО)

ФОО Методы	Лекции	Лаб. работы	Практ. занятия	СРС
IT-методы
Работа в команде			+
Case-study		+	+
Игра
Методы проблемного обучения.		+		+
Обучение на основе опыта
Опережающая самостоятельная работа		+
Проектный метод
Поисковый метод				+
Исследовательский метод		+
Контекстный метод		+

6. Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов (СРС)