НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ РАДИОТЕХНИКИ, ЭЛЕКТРОНИКИ и ФИЗИКИ
КАФЕДРА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ и МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ
“УТВЕРЖДАЮ”
Декан РЭФ
“___”______________2006 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА учебной дисциплины
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ И СЕТИ
ООП: 210303 “Бытовая радиоэлектронная аппаратура”, квалификация – инженер
Факультет Радиотехники, электроники и физики
Курс 5, семестр 9
Лекции – 68 час
Практические работы – 17 часов
Лабораторные работы –17 часов
Курсовая работа – 9 семестр
Самостоятельная работа – 148 часов
Экзамен – 9 семестр
Всего 250 часов
Новосибирск
2006
Рабочая программа составлена на основании Государственного образовательного стандарта (ГОС) высшего профессионального образования по направлению 654200 “Радиотехника”, специальность 210303 “Бытовая радиоэлектронная аппаратура”.
Регистрационный номер 151тех/дс, дата утверждения 17.03.2000 г.
Шифр дисциплины в ГОС: ДС. xx, вузовский компонент.
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры полупроводниковых приборов и микроэлектроники, протокол № 6 от 3 октября 2006 г.
Программу разработал
ассистент кафедры ППиМЭ
Заведующий кафедрой
д. т.н., профессор
Ответственный за основную
к. т.н., доцент кафедры ППиМЭ
1. Внешние требования
Квалификационные требования
Подготовка студентов должна обеспечивать следующие квалификационные навыки, используемые инженером для решения своих профессиональных задач (раздел 1.4.5 ГОС):
§ осуществление сбора, отработки, анализа и систематизации научно-технической информации по теме исследований;
§ изучение специальной литературы и другой научно-технической информации, достижений отечественной и зарубежной науки и техники в области радиоэлектроники;
§ проведение экспериментальных исследований радиоэлектронных устройств и систем с целью их модернизации или создания новых образцов;
§ составление описаний проводимых исследований, подготовка данных для составления отчетов, обзоров и другой документации;
§ выполнение математического моделирования радиотехнических устройств и систем с целью оптимизации их параметров;
§ участие в проектировании и модернизации приборов и устройств радиоэлектроники на схемотехническом и системотехническом уровнях;
§ оценка экономической эффективности принимаемых решений, обеспечение необходимого уровня унификации и стандартизации изделий;
§ разработка проектной и рабочей технической документации, оформление законченных научно-исследовательских и проектных работ;
§ участие в монтаже, наладке и регулировании радиоэлектронной аппаратуры, а также в испытаниях и сдаче в эксплуатацию опытных образцов.
Инженер должен знать:
§ постановления, распоряжения, приказы, методические и нормативные материалы по своей профессиональной деятельности;
§ действующие стандарты и технические условия, положения и инструкции по эксплуатации оборудования, программам испытаний, оформлению технической документации;
§ технические характеристики и экономические показатели отечественных и зарубежных разработок в области радиоэлектронной техники;
§ основную аппаратуру для измерения характеристик радиотехнических цепей и сигналов;
§ специальную научно-техническую и патентную литературу по тематике исследований и разработок.
2. Особенности (принципы) построения дисциплины
Таблица 1
Особенности (принципы) построения дисциплины и их краткая характеристика
Особенность (принцип) | Содержание |
Основание для введения курса | ГОС направления подготовки 654200 “Радиотехника”, специальность 210303 “Бытовая радиоэлектронная аппаратура”, квалификация – инженер; учебный план подготовки специалиста. |
Адресат курса | Студенты специальности 210303 “Бытовая радиоэлектронная аппаратура”. |
Главная цель | Изучение теоретических и технических основ цифровой обработки сигналов (ЦОС). |
Ядро курса | Математическое обеспечение методов ЦОС; архитектура, принципы функционирования и программирование аппаратных средств ЦОС. |
Требования к начальной подготовке, необходимые для успешного усвоения курса | Изучение дисциплины базируется на знаниях и умениях, полученных при изучении таких дисциплин, как “Информатика”, “Радиоавтоматика”, “Прием и обработка сигналов”, “Радиотехнические цепи и сигналы”, “Цифровые устройства и микропроцессоры”, а также на предшествующей математической подготовке. Успешное освоение дисциплины предполагает знание студентами одной из прикладных математических программ – MathCAD, Mathematica, MatLAB и пр. |
Уровень требований по сравнению с ГОС | Соответствует требованиям ГОС. |
Объём курса в часах | Теоретическая и практическая часть курса соотносится следующим образом: 68 часов отводится на лекции, 17 часов – на лабораторные работы и 17 часов – на практические занятия с преподавателем. С учетом часов, отведенных на самостоятельную работу, полный объем курса составляет 250 часов. |
Практическая часть курса | Включает в себя практические занятия и лабораторные работы. На практике студенты осваивают методы проектирования устройств, реализующих типовые алгоритмы ЦОС, с последующим выполнением дома расчетного задания по теме текущего занятия. Кроме того, программой курса предусматривается выполнение студентами курсовой работы по проектированию – согласно варианту задания – типового устройства ЦОС. |
Описание основных «точек» контроля | Промежуточный (текущий) контроль включает в себя выполнение и защиту 3-х лабораторных работ, выполнение домашних заданий, выполнение и защиту курсовой работы. Итоговая стадия контроля – экзамен по вопросам, охватывающим весь материал курса. Форма проведения экзамена – устная. |
Курс и современные информационные технологии | В качестве программных средств выполнения расчетных заданий и курсовой работы, а также оформления полученных результатов широко используются продукты серии Microsoft Office, MathCAD и пр. В рамках лабораторного практикума студентами используется интегрированная среда разработки программного обеспечения для микроконтроллеров семейства AVR фирмы Atmel – Algorithm Builder (графический ассемблер). |
3. Цели учебной дисциплины
Таблица 2
После изучения дисциплины студент будет
Номер цели | Содержание цели |
иметь представление: | |
1 | о современных методах описания дискретных систем; |
2 | о перспективах развития ЦОС; |
3 | об областях применения устройств ЦОС; |
знать: | |
4 | терминологию дисциплины; |
5 | основные виды преобразования аналоговых сигналов в цифровые; |
6 | методы дискретного преобразования Фурье; |
7 | архитектуру и принципы программирования устройств ЦОС; |
8 | основные аспекты и проблемы применения устройств ЦОС в радиоэлектронной аппаратуре различного, в т. ч. и бытового, назначения; |
уметь: | |
9 | использовать типовые алгоритмы ЦОС для построения функциональных узлов радиоэлектронной аппаратуры; |
10 | использовать программное обеспечение при реализации алгоритмов обработки; |
11 | осуществлять проектирование систем сбора и обработки данных, используя современную элементную базу систем ЦОС; |
иметь опыт: | |
12 | анализа процессов в устройствах ЦОС; |
13 | разработки программ, реализующих алгоритмы ЦОС; |
14 | использования справочной литературы для выбора элементной базы конкретной разработки. |
4. Содержание и структура учебной дисциплины
Таблица 3
Темы лекционных занятий | Часы |
Семестр № 9 | |
Модуль 1. Основы цифровой обработки сигналов. | |
Введение. Цели и задачи курса, его связь с другими дисциплинами учебного плана. Основные задачи ЦОС. Сопоставление аналоговых и дискретных методов обработки сигналов. Функциональная схема ЦОС. | 2 |
Дискретизация и квантование сигналов. Теорема отсчетов. Квантование аналоговых и дискретных сигналов. Разностные уравнения для описания дискретных схем. | 8 |
Z-преобразование. Прямое и обратное Z-преобразование. Свойства Z-преобразования. Применение Z-преобразования в задачах ЦОС. | 4 |
Цифровые фильтры. Классификация цифровых фильтров (ЦФ). Временные и частотные характеристики ЦФ. Нерекурсивная и рекурсивная фильтрация. Обзор основных типов фильтров. | 8 |
Синтез ЦФ. Синтез НЧ - и ВЧ-фильтров по заданным критериям. Ошибки квантования в ЦФ. | 4 |
Дискретное преобразование Фурье. Алгоритмы дискретного преобразования Фурье (ДПФ) Свертки сигналов и свойства свертки. Быстрое преобразование Фурье. Области применения ДПФ. | 6 |
Модуль 2. Вычислительные системы ЦОС. | |
Вычислительные системы. Структура микропроцессорной системы. Архитектура 16-ти и 32-разрядных микропроцессоров. Система команд микропроцессора. Память микропроцессорных систем. Устройства ввода-вывода. | 10 |
Однокристальные микро-ЭВМ. Микроконтроллеры (МК) – элементная база встраиваемых систем сбора и обработки информации. МК семейства Mega фирмы Atmel. Основные характеристики и архитектура процессорного ядра. Организация памяти. Тактирование, режимы пониженного энергопотребления и сброс. Система прерываний. Структура и конфигурирование портов ввода-вывода. Таймеры/счетчики. Аналоговый компаратор. АЦП. Универсальный синхронный/асинхронный приемопередатчик. Интерфейсы последовательного обмена TWI и SPI. Система команд МК семейства Mega. Программирование МК. | 16 |
Цифровые сигнальные процессоры. Базовая архитектура и основные характеристики цифровых сигнальных процессоров (ЦСП/DSP). Системный интерфейс. Архитектура арифметико-логических устройств DSP. Периферийные модули. Режимы работы. Средства разработчика программного обеспечения для DSP. | 10 |
Таблица 4
Описание практических занятий
Темы практических занятий | Часы |
Семестр № 9 | |
Модуль 1. Основы цифровой обработки сигналов. | |
Быстрое преобразование Фурье. | 2 |
Синтез ЦФ. | 4 |
Модуль 2. Вычислительные системы ЦОС. | |
Порты ввода/вывода. | 2 |
Последовательные интерфейсы обмена и передачи данных. | 4 |
Аналого-цифровое преобразование. | 2 |
Таймеры/счетчики. | 2 |
Таблица 5
Описание лабораторных работ
Темы лабораторных работ | Часы |
Семестр № 9 | |
Модуль 2. Вычислительные системы ЦОС. | |
1. Изучение интегрированной среды разработки программного обеспечения для МК семейства AVR фирмы Atmel – Algorithm Builder. | 4 |
2. Ввод информации с двоичных датчиков и вывод управляющих сигналов. | 4 |
3. Обмен информацией между МК и ЭВМ с использованием последовательного интерфейса RS-232C. | 4 |
4. Аналого-цифровое преобразование. | 4 |
5. Учебная деятельность
Курсовая работа
В течение семестра студенты выполняют курсовую работу, предусматривающую разработку схемы микропроцессорного устройства, выполняющего заданный алгоритм обработки сигналов.
6. Правила аттестации студентов по учебной дисциплине
Итоговая аттестация проводится в соответствии с планом ООП – экзамен (9 семестр), пятибалльная система оценки.
7. Список литературы
Основной список:
1. , Трубин фирмы Motorola (сем. MC68HC11). – Новосибирск: изд-во НГТУ, 2004. – 208 с. (004 В305 91 экз.)
2. , Скоробогатов микропроцессорной техники. – М.: ИНТУИТ, 2003. – 432 с. (004 Н731 1 экз. – аб)
3. Ремизевич для встраиваемых приложений: от общих подходов – к семействам HC05 и HC08 фирмы Motorola. – М.: Додэка, 2000. – 272 с. (681 Р38 4 экз. – аб, ч/з, ч/з РЭФ)
4. Сергиенко обработка сигналов. - СПб.: Питер, 2003. – 603 с. (621.39 С323 5 экз.: аб, гл. ч/з, ч/з РЭФ )
5. Цифровая обработка сигналов: сборник задач и упражнений для студентов ВУЗов / , . – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2004. – 39 с. (621.37 В201 41 экз.: аб, уч)
Дополнительный список:
и др. Однокристальные микро-ЭВМ. Справочник. – М.: Микап, 1994. – 400 с. (681 О432 7 экз. – аб, ч/з) , Шагурин . Архитектура, программирование, интерфейс. – М.: Эком, 1999. – 400 с. (681 Б88 1 экз. – ч/з) Евстифеев AVR семейства Classic фирмы Atmel. – М.: Додэка, 2002. – 288 с.6. Казаченко : Руководство по применению 16-разрядных микроконтроллеров Intel MCS-196/296 во встроенных системах управления. – М.: Эком, 1997. – 686 с. (681 К59 1 экз. – аб)
Куприянов обработка сигналов: процессы, алгоритмы, средства проектирования. – СПб.: Политехника, 2000. – 592 с. (681 К924 1 экз. – гл. ч/з) Руководство по микроконтроллерам. В 2 кн. – М.: Постмаркет, 2001. Техническое обеспечение цифровой обработки сигналов. Справочник / , , и др. – М.: Наука и техника, 2000. – 754 с. (621.37 Т383 1 экз. – аб) Микроконтроллеры семейства MCS-51: Учебное пособие / и др. – Новосибирск: НГТУ, 1997. – 88 с. (681 М597 40 экз.: уч, ч/з АВТФ) Шагурин и микроконтроллеры фирмы Motorola. Справочное пособие. – М.: Радио и связь, 1998. (681 Ш159 5 экз.: аб, ч/з, ч/з РЭФ) Яценков MicroChip. Практическое руководство. – М.: Горячая линия – Телеком, 2005. – 278 с. (004 Я927 1 экз. – ч/з РЭФ)Интернет-ресурсы:
www. / Официальный сайт фирмы-производителя Atmel Corp. (USA) www. atmel. ru www. . ru / Материалы по электронным компонентам производства Analog Devices Inc. (USA): DSP, DAC, ADC, etc. www. cec-mc. ru / Консультационно-технический центр по микроконтроллерам www. eg3.com / Internet resourses for embedded systems www. gaw. ru / Информационый сервер: микроэлектроника и современные электронные компоненты www. / Официальный сайт фирмы-производителя Microchip Technology Inc. (USA): microcontrollers and analog semiconductors www. microchip. ru www. / Официальный сайт фирмы-производителя Texas Instruments (USA): microcontrollers, DSP, etc.