МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ПАВЛОДАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
им. С. ТОРАЙГЫРОВА
Рабочая программа
Силовая электроника и микросхемотехника
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по УР
____________
«____»______________200_г.
Составитель: ________________ к. т.н., проф.
Кафедра автоматизации и управления
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
по дисциплине «Силовая электроника и микросхемотехника»
для студентов специальности 050702 – «Автоматизация и управление»
специализация: Автоматизация и информатизация в системах управления (по отраслям и областям применения)
форма обучения дневная на базе общего среднего образования и заочная на базе среднего образования.
Рабочая программа разработана на основании рабочего учебного плана специальности 050702 «Автоматизация и управление» и утверждена на заседании Ученого Совета ПГУ " " 200 г., протокол № .
Рекомендована на заседании кафедры протокол № 1 от 01.01.2001 г.
Зав. кафедрой _________
Одобрена учебно-методическим советом института "Энергетики и автоматизации"
" " 200 г. Протокол № __
Председатель УМС _________
СОГЛАСОВАНО
Декан ЭФ _________ “___”______2006 г.
Одобрено УМО
Начальник УМО _________
1 Цели и задачи дисциплины, ее место в учебном процессе
1.1 Цель дисциплины - формирование знаний у подготавливаемых специалистов по цифровой технике и основам микропроцессорного управления.
Курс “Цифровая техника и микропроцессорные средства” как базовый курс должен обеспечить целенаправленную подготовку и воспитание будущего специалиста, т. е. воспитание его общественно-научного мировоззрения, его профессиональную подготовку, его умение формулировать и исследовать на должном уровне общие теоретические проблемы изучаемой специальности, умение развить и реализовать свои знания в области инженерной практики.
1.2 Задачи дисциплины:
- изучение цифровых электронных устройств;
- усвоение методов анализа и синтеза новых схемных решений;
- получение принципов построения микропроцессорных систем и систем управления на их основе;
- получение представлений об функциональных основных частях микропроцессорных систем управления и их взаимодействия.
1.3 В результате изучения дисциплины студенты должны знать:
- принципы функционирования микропроцессорных систем, возможности совершенствования систем управления при использовании микро-ЭВМ и однокристальных микроконтроллеров.
1.4 В результате изучения дисциплины студенты должны уметь:
- выбирать подходящий микроконтроллер для решения задачи управления, решать задачу встраивания микроконтроллера в систему управления.
1.5 Перечень предшествующих дисциплин:
- Естественного – научного цикла: физика, высшая математика, информатика, инженерное проектирование;
- Общепрофессионального цикла: теоретические основы электротехники, промышленная электроника.
Тематический план для специальности 050702 “Автоматизация и управление”, специализация : автоматизация и информатизация в системах управления(по отраслям и областям применения)
Дневная форма обучения на базе среднего образования |
| ||
№ п./п. | Наименование тем дисциплины | Количество часов |
|
лек. | прак. | ||
1 | Микропроцессоры в локальных системах управления | 1 | |
2 | Арифметические основы микропроцессорных средств | 1 | |
3 | Логические основы микропроцессорных средств | 1 | 2 |
4 | Базовые логические элементы | 1 | 2 |
5 | Функциональные элементы МСС | 2 | 2 |
6 | Постоянное запоминающее устройство | 1 | 2 |
7 | Оперативное запоминающее устройство | 1 | 2 |
8 | Арифметико-логическое устройство | 1 | 2 |
9 | Принцип микропрограммного управления | 2 | |
10 | Структурная схема и принцип действия микро-ЭВМ | 1 | |
11 | Устройство микропроцессора | 2 | |
12 | Сигналы микропроцессора | 1 | |
13 | Система команд микропроцессора | 2 | 3 |
14 | Программирование МСС | 1 | |
15 | Организация ввода и вывода в МСС | 2 | |
16 | Принципы построения микропроцессорных систем | 1 | |
17 | Прерывание в микропроцессорных системах | 2 | |
18 | Организация ввода и вывода дискретных сигналов | 1 | |
19 | Ввод и вывод аналоговых сигналов | 2 | |
20 | Принципы встраивания МСС в системы управления | 1 | |
21 | Современные однокристальные микроконтроллеры | 1 | |
22 | Практическая схемотехника систем управления на современные однокристальных микроконтроллерах | 2 | |
ИТОГО по дисциплине | 30 | 15 | |
3 Содержание дисциплины
3.1 Содержание лекций
Тема 1. Микропроцессоры в локальных системах управления
Система управления с универсальным программируемым цифровым устройством обработки информации. Обобщенная структурная схема. Характерные особенности, основные понятия и термины.
Тема 2. Арифметические основы микропроцессорных средств
Системы счисления. Десятичная, двоичная, шестнадцатеричная и двоично-десятичная системы счисления. Перевод чисел из одной системы счисления в другую. Арифметические операции в различных системах счисления в другую.
Тема 3. Логические основы микропроцессорных средств
Понятие об алгебре логики. Основные операции алгебры логики И, ИЛИ, НЕ. Триггеры.
Тема 4. Базовые логические элементы
Особенности реализации логических структур на базе КМОП элементов. Достоинства и недостатки КМОП логики. Примеры использования особенностей КМОП логики.
Тема 5. Функциональные элементы МСС
Сумматор, дешифратор, мультиплексор и компаратор как комбинационные логические схемы. Счетчики.
Тема 6. Постоянное запоминающее устройство
Принципы программирования ПЗУ. Стирание содержимого перепрограммируемого ПЗУ. Особенности подключения микросхем ПЗУ.
Тема 7. Оперативное запоминающее устройство
Запоминающий элемент на базе КМОП логики. Особенности подключения микросхем ОЗУ.
Тема 9. Принцип микропрограммного управления
Структурная схема устройства управления. Дешифрация команд. Машинный такт, машинный цикл и время выполнения команды.
Тема 10. Структурная схема и принцип действия микро-ЭВМ
Структурные схемы микро-ЭВМ с общей шиной команд и данных. Понятие о центральном процессоре. Понятие об архитектуре микропроцессорной системы.
Тема 11. Устройство микропроцессора
Структурная схема микропроцессора с общей шиной данных и команд с одним аккумулятором. Основные функциональные части. Их назначение и взаимодействие. Принцип действия микропроцессора.
Тема12. Сигналы микропроцессора
Основные сигналы микропроцессора, их классификация и назначение. Действие микропроцессора в соответствии с внешними сигналами.
Тема 13. Система команд микропроцессора
Понятие о коде команды. Способы сокращения длины кода команды. Классификация команд. Способы адресации. Выполнение команды при различных способах адресации.
Тема 14. Программирование МСС
Принципы программирования на Ассемблере. Составление программ.
Тема 15. Организация ввода и вывода в МСС
Режимы работы программируемого параллельного универсального интерфейса. Понятие о последовательном интерфейсе. Процессор последовательного интерфейса в МП наборе 580 серии.
Тема 16. Принципы построения микропроцессорных систем
Включение в состав МСС программируемых таймеров, контроллеров прямого доступа к памяти, контроллеров приоритетного прерывания.
Тема 17. Прерывание в микропроцессорных системах
Организация прерываний в микропроцессорных системах. Принципы распознавания прерываний. Особенности реализации программ при наличии прерываний. Ограничения при необходимости использования прерываний.
Тема 18. Организация ввода и вывода дискретных сигналов
Основные проблемы ввода-вывода дискретных сигналов. Электромагнитная совместимость. Чтение информации с контактов, переключателей и клавиатуры.
Тема 19. Ввод и вывод и аналоговых сигналов
Аналого-цифровое и цифро-аналоговое преобразование в микропроцессорных системах.
Тема 20. Принципы встраивания МСС в системы управления
Выбор частоты дискретизации и шага квантования. Влияние этих параметров на характеристики системы управления.
Понятие о цифровой фильтрации. Простейший цифровой фильтр. Передаточная функция при дискретизации.
Тема 21. Современные однокристальные микроконтроллеры
Обобщенная характеристика выпускаемых однокристальных микроконтроллеров.
Тема 22. Практическая схемотехника систем управления на современных однокристальных микроконтроллерах
Принципы встраивания однокристальных микроконтроллеров в систему управления.
Инструментальные средства разработки и отладки систем на микроконтроллерах.
Примеры реализации систем управления на современных однокристальных микроконтроллерах: регуляторы температуры, схемы управления лифтом и др.
3.2 Содержание практических занятий
Цель практических занятий – закрепление знаний по курсу "Цифровая техника и микропроцессорные средства" и изучение основных уравнений и тождеств алгебры Буля.
На практических занятиях студенты работают по индивидуальным заданиям и получают консультации по возникающим вопросам. Задания сформулированы так, чтобы при их выполнении у студентов прививались навыки практического применения типовых процедур, методов и этапов инженерного расчета и проектирования.
Задание 1. Системы счисления применяемые в микропроцессорной технике.
Задание 2. Разновидности арифметических операций выполняемых микропроцессором.
Задание 3. Основы алгебры логики.
Задание 4. Принципы построения и основы переключательных схем.
3.3 Содержание самостоятельной работы студента
Тема 1. Микропроцессоры в локальных системах управления
Система управления с универсальным программируемым цифровым устройством обработки информации. Обобщенная структурная схема. Характерные особенности, основные понятия и термины.
Тема 2. Арифметические основы микропроцессорных средств
Системы счисления. Восьмиричная система счисления. Перевод чисел из одной системы счисления в другую. Арифметические операции в различных системах счисления в другую.
Тема 3. Логические основы микропроцессорных средств
Алгебра логики. Составление и реализация логических соотношений. Реализация операции ПАМЯТЬ. R-S-триггеры. D-триггеры и двухтактные D-триггеры.
Тема 4. Базовые логические элементы
Примеры использования особенностей КМОП логики.
Тема 5. Функциональные элементы МСС
Двоичные счетчики с накапливающим счетом, вычитающим счетом и реверсивные.
Параллельные и последовательные регистры.
Тема 6. Постоянное запоминающее устройство
Флэш-память.
Тема 7. Оперативное запоминающее устройство
Использование микромощных статических ОЗУ.
Тема 8. Арифметико-логическое устройство (АЛУ)
Структурная схема АЛУ. Назначение регистра признаков результата, схемы десятичной коррекции. Понятие об аккумуляторе. Отличительные особенности АЛУ с одним и двумя аккумуляторами. Регистровое АЛУ.
Тема 9. Принцип микропрограммного управления
Макро - и микрооперации. Временная диаграмма выполнения команды.
Тема 10. Структурная схема и принцип действия микро-ЭВМ
Структурная схема микро-ЭВМ с отдельной шиной команд. Архитектура микропроцессорной системы.
Тема 11. Устройство микропроцессора
Структурная схема микропроцессора с общей шиной данных и команд с одним аккумулятором типа КР 580ВМ80А, Intel 8080 A. Принцип действия микропроцессора.
Тема12. Сигналы микропроцессора
Действие микропроцессора в соответствии с внешними сигналами.
Тема 13. Система команд микропроцессора
Влияние способа кодирования команды на архитектуру МСС.
Тема 14. Программирование МСС
Программирование в машинных кодах и символическом виде. Понятие об ассемблере. Отладочные системы, программы-трансляторы, кросс-системы, внутрисхемные и программные эмуляторы.
Программирование на языках высокого уровня для микропроцессорных систем.
Тема 15. Организация ввода и вывода в МСС
Понятие об интерфейсе. Простейший интерфейс, асинхронный и синхронный интерфейс. Параллельный и последовательный интерфейс. Понятие о протоколе интерфейса.
Программируемый универсальный процессор ввода-вывода. Устройство, режимы работы, подключение.
Тема 16. Принципы построения микропроцессорных систем
Распределение адресного пространства между отдельными частями микропроцессорной системы. Составление карты памяти. Разработка дешифратора адресов.
Тема 17. Прерывание в микропроцессорных системах
Назначение прерываний. Источники прерывания. Прерывание внешнее и программное, векторное прерывание. Контроллер прерываний. Понятие об обработке прерывания.
Тема 18. Организация ввода и вывода дискретных сигналов
Вывод дискретных сигналов. Контактный выход, выход на индикацию, выход на управление силовыми полупроводниковыми приборами.
Тема 19. Ввод и вывод и аналоговых сигналов
АЦП прямого преобразования и с уравновешиванием. Интегрирующие АЦП.
Организация ввода-вывода аналоговых сигналов в однокристальных микроконтроллерах.
Тема 20. Принципы встраивания МСС в системы управления
Выбор частоты дискретизации и шага квантования. Влияние этих параметров на характеристики системы управления.
Понятие о цифровой фильтрации. Простейший цифровой фильтр. Передаточная функция при дискретизации.
Тема 21. Современные однокристальные микроконтроллеры
Особенности архитектуры: раздельные шины команд и адреса, RISC-процессоры, конструкция портов, наличие сторожевых таймеров.
Характеристики, архитектура и особенности однокристальных PIC-контроллеров фирмы Microchip.
Современные однокристальные микроконтроллеры MCS 196, MCS 296 фирмы Intel Co.
Тема 22. Практическая схемотехника систем управления на современных однокристальных микроконтроллерах
Принципы встраивания однокристальных микроконтроллеров в систему управления.
Инструментальные средства разработки и отладки систем на микроконтроллерах.
Примеры реализации систем управления на современных однокристальных микроконтроллерах: регуляторы температуры, схемы управления лифтом и др.
4 Литература
4.1 Основная
1. Микропроцессоры. В З-х книгах./Под общей редакцией –М.: Высшая школа. – 1986.
2. Микропроцессоры и микро-ЭВМ. –М.: Мир, 1980.
3. Микропроцессорные системы. –М.: Энергоатомиздат, 1984.
4. Микропроцессорные автоматические системы регулирования. Основы теории и элементы /под редакцией –М.: высшая школа, 1991.
5. , , Иванников радиоэлектронной аппаратуры на микропроцессорах. –М.: радио и связь, 1984.
6. Современные микроконтроллеры. Архитектура, средства проектирования, примеры применения, ресурсы Интернет./ Под редакцией – М.: АКИМ, 1998.
7. , Микроконтроллеры. Архитектура, программирование, интерфейс.- М.: ЭКОМ, 1999.
8. Микроконтроллеры. Руководство по применению 16-разрядных микроконтроллеров Intel MCS-196/296 во встроенных системах управления. – М.: ЭКОМ, 1997.
9. Микроконтроллеры. Выпуск 1. – М.: ДОДЭКА, 1998.
Микроконтроллеры семейства Z86 фирмы ZILOG. – М.: ДОДЭКА, 1999.
4.2 Дополнительная
10. Простейшая микро-ЭВМ. Проектирование, наладка, использование/ и др.-М.: Энергоатомиздат,1989.
11. Цифровые и аналоговые микросхемы: Справочник/ и др.- М.:Радио и связь, 1990.
12. Микросхемы памяти и их применение.- М.: Радио и связь, 1990.
13. Интегральная электроника в измерительных устройствах.- Л.: Энергоатомиздат, 1988.
14. , Электротехнические чертежи и схемы.- М.: Энергоатомиздат, 1988.
15. Практическая схемотехника в промышленной автоматике.- М.: Энергоатомиздат, 1987.
16. У. Титце, К. Шенк Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство.- М.: Мир, 1983.
17. , Микросхемы ЦАП и АЦП.- М.: Энергоатомиздат, 1993.
18. Цифровые и аналоговые микросхемы: Справочник/ и др.- М.:Радио и связь, 1990.
19. Полупроводниковые приборы. Транзисторы. Справочник. /под/ ред. .- М.: Энергоатомиздат, 1985.
20. Полупроводниковые приборы. Диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы. Справочник/под ред. .- М.: Энергоатомиздат, 1982.
21. М. Кауфман, А. Сидман Практическое руководство по расчетам схем в электронике. Справочник.- М.: Энергоатомиздат,1991.
22. В. Фритч Применение микропроцессоров в системах управления.- М.: Мир, 1984.
