Программа модуля составлена в соответствии с Федеральными государственными образовательными стандартами высшего профессионального образования
Код направления/ специальности | Название направления/ специальности | Реквизиты приказа Министерства образования и науки Российской Федерации об утверждении и вводе в действие ФГОС ВПО | |
Дата | Номер приказа | ||
210400.62 | Радиотехника | 22.12.2009 | 814 |
210700.62 | Инфокоммуникационные технологии и системы связи | 22.12.2009 | 785 |
090302.65 | Информационная безопасность телекоммуникационных систем | 28.10.2009 | 496 |
230400.62 | Информационные системы и технологии | 14.01.2010 | 25 |
Цели дисциплины
Целью дисциплины является изучение основ теории и схемотехники цифровых устройств. При этом особое внимание обращается на изучение методов логического синтеза основных узлов цифровых устройств. В результате изучения дисциплины студенты должны:
Знать
уровни конструктивной иерархии электронных средств; методы расчета параметров и характеристик конструкций электронных средств (З5.1); схемо - и системотехнику электронных средств; современную элементную базу электронных средств и тенденции ее развития (З6.1); основные положения единой системы технологической документации (З9.3).Уметь
разрабатывать конструкции ЭС с учетом физических основ их функционирования (У1.1); использовать стандартные пакеты прикладных программ для решения практических задач (У6.1); использовать методы и инструменты технологий электронных средств (У8.1).Владеть
Место дисциплины в структуре модуля и основной образовательной программы
При изучении дисциплины используются материалы дисциплин "Радиоматериалы, радиокомпоненты и основы микроэлектроники", "Основы теории цепей", "Радиотехнические цепи и сигналы". В свою очередь, данная дисциплина является базовой для дисциплин, связанных с аспектами аппаратурной реализации радиотехнических устройств и систем. В результате изучения дисциплины студенты должны обладать следующими профессиональными (ПК) и общекультурными (ОК) компетенциями:
способностью осознавать социальную значимость своей будущей профессии, обладать высокой мотивацией к выполнению профессиональной деятельности (ОК-8); способностью использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-10); способностью владеть основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации, иметь навыки работы с компьютером как средством управления информацией (ОК-12); готовностью учитывать современные тенденции развития электроники, измерительной и вычислительной техники, информационных технологий в своей профессиональной деятельности (ПК-3); 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);Компетенции по видам деятельности:
проектно-конструкторская деятельность:
способностью проводить предварительное технико-экономическое обоснование проектов радиотехнических устройств и систем (ПК-8); готовностью выполнять расчет и проектирование деталей, узлов и устройств радиотехнических систем в соответствии с техническим заданием с использованием средств автоматизации проектирования (ПК-10);производственно-технологическая деятельность:
готовностью внедрять результаты разработок в производство (ПК-13);
научно-исследовательская деятельность:
способностью осуществлять сбор и анализ научно-технической информации, обобщать отечественный и зарубежный опыт в области радиотехники, проводить анализ патентной литературы (ПК-18); способностью выполнять математическое моделирование объектов и процессов по типовым методикам, в том числе с использованием стандартных пакетов прикладных программ (ПК-19);монтажно-наладочная деятельность:
способностью проводить поверку, наладку и регулировку оборудования и настройку программных средств, используемых для разработки, производства и настройки радиотехнических устройств и систем (ПК-27); способностью владеть правилами и методами монтажа, настройки и регулировки узлов радиотехнических устройств и систем (ПК-28);сервисно-эксплуатационная деятельность:
способностью принимать участие в организации технического обслуживания и настройки радиотехнических устройств и систем (ПК-29); готовностью осуществлять поверку технического состояния и остаточного ресурса оборудования, организовывать профилактические осмотры и текущий ремонт (ПК-30). способностью разрабатывать инструкции по эксплуатации технического оборудования и программного обеспечения (ПК-32).С учетом мнения работодателя, выпускник должен также обладать следующими компетенциями:
Трудоемкость освоения дисциплины
Для 230400.62-05-2011, 090302.65.01.01
Виды учебной работы, формы контроля | Всего, час. | Учебные семестры |
4 | ||
Аудиторные занятия, час. | 54 | 54 |
Лекции, час. | 36 | 36 |
Практические занятия, час. | ||
Лабораторные работы, час. | 18 | 18 |
Самостоятельная работа студентов, час. | 54 | 54 |
Вид промежуточного контроля | зачет | зачет |
Общая трудоемкость по учебному плану, час. | 108 | 108 |
Общая трудоемкость по учебному плану, з. е. | 3 | 3 |
Для 210400.62-01-2011, 230400.62-02-2011, 210700.62-01-2011, 210700.62-02-2011
Виды учебной работы, формы контроля | Всего, час. | Учебные семестры |
4 | ||
Аудиторные занятия, час. | 36 | 36 |
Лекции, час. | 18 | 18 |
Практические занятия, час. | ||
Лабораторные работы, час. | 18 | 18 |
Самостоятельная работа студентов, час. | 72 | 72 |
Вид промежуточного контроля | зачет | зачет |
Общая трудоемкость по учебному плану, час. | 108 | 108 |
Общая трудоемкость по учебному плану, з. е. | 3 | 3 |
Краткое описание дисциплины
Дисциплина направлена на изучение основ теории и схемотехники цифровых устройств. Рассматриваются принципы построения основных функциональных узлов цифровых устройств и стандартные схемотехнические решения. Изучается математический аппарат (алгебра логики), позволяющий из простейших логических элементов синтезировать более сложные логические и цифровые устройства. Особое внимание уделено методам логического синтеза. Дается начальное представление о современных БИС/СБИС со сложными программируемыми и репрограммируемыми структурами.
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Код разделов и тем | Раздел, тема дисциплины* | Содержание |
Р1 | Логические основы цифровой схемотехники | Цифровые и логические сигналы. Определение цифровых устройств. Понятие комбинационных и последовательностных устройств. Базовые логические функции. Основные операции и теоремы булевой алгебры. Элементы теории переключательных функций: табличный и аналитический способ представления логических функций, преобразование выражений в булевой алгебре. Базисные системы. Построение комбинационных устройств по заданному выражению в булевой алгебре. Минимизация логических функций. Элементная база цифровых устройств: базовые логические элементы, их параметры. |
Р2 | Функциональные узлы комбинационного типа | Типовые логические схемы: узел равнозначности (неравнозначности), узел запрета, полусумматор, полный сумматор. Функциональные комбинационные устройства: двоичные дешифраторы, двоичные и приоритетные шифраторы, мультиплексоры и демультиплексоры, компараторы, схемы контроля, сумматоры многоразрядных чисел, преобразователи кодов, АЛУ и блоки усворенного переноса, матричные умножители. Определение универсального логического модуля (УЛМ). Использование мультиплексора в качестве УЛМ. |
Р3 | Функциональные узлы последовательностного типа | Определение и классификация триггерных устройств. Триггеры на потенциальных логических элементах. Таблицы переходов. Синтез асинхронного RS-триггера. Разновидности схем триггеров: синхронный RS-триггер, JK-триггер, D-триггер, T-триггер. Понятие произвольного триггерного устройства. Функция переключений и словарь триггера. Словарный метод синтеза триггеров. Регистры: назначение, классификация, схемные варианты параллельных, последовательных и параллельно-последовательных регистров. Счетчики импульсов. Типы счетчиков. Двоичные счетчики с последовательным и параллельным переносом. Реверсивные счетчики. Счетчики с произвольным коэффициентом пересчета на основе двоичных счетчиков. Счетчики с недвоичным кодированием. Словарный метод синтеза синхронных счетчиков. |
Р4 | Устройства формирования сигналов | Преобразование импульсных сигналов Rc-цепью первого порядка. Дифференцирующая и интегрирующая RС-цепь. Переходная (разделительная) RС-цепь. Формирователи импульсов на цифровых элементах с использованием элемента задержки: формирователи с элементом задержки в виде интегрирующей и дифференцирующей RC-цепи, с элементом задержки из цепочки ЛЭ. Ждущий и автоколебательный мультивибраторы на цифровых логических элементах. Принцип действия. Основные характеристики. |
Р5 | Программируемые логические интегральные схемы | Основные понятия и классификация программируемых логических схем (ПЛИС). Программируемые логические матрицы (ПЛМ) и программируемая матричная логика (ПМЛ) как пример комбинационных ПЛИС. Применение ПЗУ и ПЛМ в качестве универсального логического модуля. Дополнитные функциональные возможности ПЛИС. ПЛИС для реализации последовательностных схем: регистровые ПЛИС, макроячейки. Базовые матричные кристаллы. |
Р6 | СБИС программируемой логики. Использование ПЗУ. | Этапы дальнейшего развития логических схем с программируемыми и репрограммируемыми структурами. Программируемые пользователем вентильные матрицы (FPGA). Сложные программируемые логические схемы (CPLD). Использование ПЗУ для задач воспроизведения произвольных логических функций. |
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ УЧЕБНОГО ВРЕМЕНИ
(по очной форме обучения)
Для 230400.62-05-2011, 090302.65.01.01
Для 210400.62-01-2011, 230400.62-02-2011, 210700.62-01-2011, 210700.62-02-2011
ОРГАНИЗАЦИЯ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ, САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ И АТТЕСТАЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ Лабораторный практикум
Номер п/п | Раздел, тема дисциплины | Наименование работы | Объем учебного времени, час. |
1 | Р2 | Функциональные узлы комбинационного типа | 4 |
2 | Р3 | Последовательностные логические схемы | 4 |
3 | Р4 | Формирователи и генераторы импульсных сигналов | 4 |
4 | Р1,2,3 | Синтез логических схем | 6 |
Самостоятельная работа студентов и мероприятия текущего контроля
Примерный перечень тем рефератов
Данный вид работ не предусмотрен.
4.3.2. Примерный перечень тем домашних работ
1. Синтез произвольного триггерного устройства.
2. Реализация произвольных логических функций.
4.3.3. Примерный перечень тем контрольных работ
1. Минимизация логических функций посредством карт Карно.
2. Универсальные логические модули на основе мультиплексоров.
4.3.4. Примерный перечень тем расчетных работ
Данный вид работ не предусмотрен.
4.3.5. Примерный перечень тем расчетно-графических работ
Расчетно-графическое задание посвящено логическому синтезу синхронных счетчиков и состоит в составлении направленного графа переходов счетчика, разностных карт Карно, описывающих эти переходы, получении минимизированных функций входов для заданного триггерного базиса и построении схемы счетчика.
4.3.6. Примерная тематика коллоквиумов
Данный вид работ не предусмотрен.
Примерная тематика курсового проекта (работы)
Данный вид работ не предусмотрен.
Примерный перечень контрольных вопросов для подготовки к аттестации по дисциплине Основные операции булевой алгебры. Понятие логической функции. Способы задания логических функций. Понятие базиса. Универсальные логические элементы ИЛИ-НЕ, И-НЕ. Типовые логические схемы: устройства неравнозначности и равнозначности, полусумматор, полный сумматор. Комбинационные логические схемы. Методика синтеза КЛС. Сумматоры многоразрядных чисел. Цифровые компараторы. Двоичные дешифраторы. Принцип построения. Наращивание размерности дешифратора. Двоичные и приоритетные шифраторы. Наращивание размерности приоритетного шифратора. Мультиплексор. Наращивание размерности мультиплексора. Использование мультиплексора в качестве универсального логического модуля. Последовательностные логические схемы. Триггеры: основные понятия, классификация. Асинхронный и синхронный RS-триггер. D-триггер и Т-триггер. Универсальный JK-триггер. Произвольное триггерное устройство. Словарь триггера. Счетчики: основные понятия, классификация. Принципы построения двоичных счетчиков. Принципы построения счетчиков с произвольным коэффициентом пересчета на основе двоичных счетчиков. Регистры сдвига. Счетчики на основе регистров сдвига. Формирователи импульсов с использованием элемента задержки. Формирователи импульсов с дифференцирующей и интегрирующей Rc-цепью. Ждущий мультивибратор. Автоколебательный мультивибратор. Постоянные запоминающие устройства. Использование ПЗУ в качестве универсального логического модуля. Программируемые логические матрицы. Использование ПЛМ в качестве универсального логического модуля.
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
Рекомендуемая литература
5.1.1. Основная литература
Угрюмов схемотехника: Учебное пособие. Санкт-Петербург: БХВ-Петербург, 2010. 816с. Ашихмин схемотехника шаг за шагом: Учебно-справочное издание. М: Диалог-МИФИ, 2008. 304с. , Калиенко устройства и микропроцессоры: Учебное пособие. М: Феникс, 2008. 469с. сновы проектирования цифровых схем: Научно-популярное издание. М., Санкт-Петербург, Киев: Издательский дом “Вильямс”, 2006. 318с.5.1.2. Дополнительная литература
, Пащук устройства: Учебное пособие. М.: Высшая школа, 2004. 230с Калабеков устройства и микропроцессорные системы: Учебник. М: Горячая линия-телеком, 2003. 336с. скусство схемотехники: В 3-х томах: Т.2. М.: Мир,1998. 371с.5.1.3. Методические разработки
Логическое проектирование функциональных узлов комбинационного типа: Методические указания и задания для самостоятельной работы студентов /, /. Екатеринбург:УГТУ, 2000. 18с. Логическое проектирование триггерных устройств и счетчиков импульсов: Методические указания и задания для самостоятельной работы студентов /, /. Екатеринбург:УГТУ, 2000. 20с. Цифровые устройства: Методические указания к лабораторным работам //. Екатеринбург:УГТУ, 2007. 21с.Электронные образовательные ресурсы
ЭОР «Схемотехника цифровых устройств» на портале образовательных ресурсов study. ustu. ru
Сетевой курс в среде ЭОЛИС.
Программное обеспечение
Пакет LabVIEW.
Базы данных, информационно-справочные и поисковые системы
http://pitech. ru/html. cgi/arhiv/02_06/stat_122.htm
http://www. partenit-gorodok. narod. ru/uu4jlm-linki. html
Фонд оценочных средств (средства контроля учебных достижений студентов и аттестационно-педагогические измерительные материалы)
Десять вариантов индивидуальных заданий для домашней работы №1.
Десять вариантов индивидуальных заданий для домашней работы №2.
Двадцать два варианта индивидуальных заданий для контрольной работы №1.
Двадцать два варианта индивидуальных заданий для контрольной работы №2.
Двадцать два варианта индивидуальных заданий для расчётно-графической работы.
Тесты для самоконтроля.
Комплект экзаменационных билетов в количестве 23 штук.
Информационные сервисы, обеспечивающие учебный процесс
Сервер кафедры РТС УрФУ.
МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
6.1 Общие требования
Лекционный материал, при использовании соответствующего методического материала, может изучаться в специализированной аудитории, оснащенной современным компьютером с подключенным к нему проектором с видеотерминала персонального компьютера на настенный экран.
Лабораторные работы выполняются в специализированной лаборатории, оснащенной лабораторными стендами и современными персональными компьютерами и программным обеспечением; число рабочих мест в классах должно быть таким, чтобы обеспечивалась работа студентов бригадами по два человека.
6.2 Сведения об оснащенности дисциплины специализированным и лабораторным оборудованием
Специализированная лаборатория кафедры РТС оснащена пятнадцатью лабораторными стендами NI ELVIS в комплексе с персональными компьютерами, на которых установлено программное обеспечение LabVIEW.
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ
7.1 Рекомендации для преподавателя
- глубокое освоение теоретических аспектов тематики курса, ознакомление, переработку литературных источников; составление списка литературы, обязательной для изучения и дополнительной литературы; проведение собственных исследований в этой области; разработка методики изложения курса: структуры и последовательности изложения материала; составление тестовых заданий, контрольных вопросов; разработка методики проведения и совершенствование тематики лабораторных работ; использование в лабораторном практикуме реальных данных и получение имеющих практический смысл результатов; разработка методики самостоятельной работы студентов; постоянная корректировка структуры, содержания курса.
7.2 Рекомендации для студента
- обязательное посещение лекций ведущего преподавателя; лекции – основное методическое руководство при изучении дисциплины, наиболее оптимальным образом структурированное и скорректированное на современный материал; в лекции глубоко и подробно, аргументировано и методологически строго рассматриваются главные проблемы темы; в лекции даются необходимые разные подходы к исследуемым проблемам; подготовка и активная работа на лабораторных занятиях; подготовка к лабораторным занятиям включает проработку материалов лекций, рекомендованной учебной литературы, выполнение необходимых расчетов. прохождение графика контрольных мероприятий успешно и в срок
ПРИМЕНЕНИЕ СОВРЕМЕННЫХ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Раздел дисциплины | Технологии обучения | Формы учебных занятий и виды учебной деятельности | ||||||||
Лекция | Практич. занятие | Лабораторная работа | Коллоквиум | Курсовой проект | Курсовая работа | Расчетно-граф. работа | Расчетная работа | Домашняя работа | Реферат | Подготовка к ауд. занятиям |
Р1 | Технологии активного обучения | |||||||||
Проектная работа | 1 | |||||||||
Имитационные технологии (деловые игры и др.) | 1 | |||||||||
Методы проблемного обучения (дискуссии, поисковые работы, исследовательский метод и т. п.) | 1 | 1 | ||||||||
Командная работа | 2 | 2 | ||||||||
Дистанционные образовательные технологии и электронное обучение | ||||||||||
Сетевые учебные курсы | 2 | |||||||||
Р2 | Технологии активного обучения | |||||||||
Проектная работа | 1 | |||||||||
Методы проблемного обучения (дискуссии, поисковые работы, исследовательский метод и т. п.) | 1 | |||||||||
Командная работа | 2 | 2 | ||||||||
Дистанционные образовательные технологии и электронное обучение | ||||||||||
Сетевые учебные курсы | 3 | 2 | 2 | |||||||
Р3 | Технологии активного обучения | |||||||||
Проектная работа | 1 | 1 | 1 | |||||||
Обучение на основе опыта (кейс-анализ, case-study) | ||||||||||
Имитационные технологии (деловые игры и др.) | ||||||||||
Методы проблемного обучения (дискуссии, поисковые работы, исследовательский метод и т. п.) | 2 | 1 | 1 | |||||||
Командная работа | 2 | 2 | ||||||||
Дистанционные образовательные технологии и электронное обучение | ||||||||||
Сетевые учебные курсы | 3 | 4 | 2 | 2 | ||||||
Р4 | Технологии активного обучения | |||||||||
Командная работа | 2 | 4 | ||||||||
Дистанционные образовательные технологии и электронное обучение | ||||||||||
Сетевые учебные курсы | 3 | 2 | ||||||||
Р5 | Технологии активного обучения | |||||||||
Проектная работа | 1 | 1 | ||||||||
Обучение на основе опыта (кейс-анализ, case-study) | ||||||||||
Имитационные технологии (деловые игры и др.) | 1 | |||||||||
Методы проблемного обучения (дискуссии, поисковые работы, исследовательский метод и т. п.) | 1 | 2 | 1 | |||||||
Дистанционные образовательные технологии и электронное обучение | ||||||||||
Сетевые учебные курсы | 1 | 1 | 2 | |||||||
Р6 | Технологии активного обучения | |||||||||
Проектная работа | 2 | |||||||||
Методы проблемного обучения (дискуссии, поисковые работы, исследовательский метод и т. п.) | 1 | |||||||||
Дистанционные образовательные технологии и электронное обучение | ||||||||||
Сетевые учебные курсы | 1 | 1 | 2 |
ПРОЦЕДУРЫ КОНТРОЛЯ В РАМКАХ БАЛЛЬНО-РЕЙТИНГОВОЙ СИСТЕМЫ Процедуры текущего контроля и оценивание результатов освоения дисциплины
Контролируемые мероприятия, утвержденные кафедрой по согласованию с преподавателем | Раздел, тема дисциплины | Сроки – семестр, учебная неделя | Максимальная оценка в рейтинговых баллах, утвержденная кафедрой |
Посещение лекций | |||
Посещение практических занятий | |||
Участие в лабораторных работах | |||
Выполнение самостоятельных и контрольных мероприятий (не менее трех) | |||
Итого: | 100 |
Процедуры промежуточного контроля и оценивания результатов освоения дисциплины
Форма промежуточного контроля | Максимальная оценка в рейтинговых баллах |
зачет | 100 |
Устанавливаемый кафедрой коэффициент соотношения результатов текущего контроля и промежуточного контроля по итогам освоения дисциплины
Коэффициент результата текущего контроля (от 0 до 1) |
Коэффициент результата промежуточного контроля (от 0 до 1) |
Перечень клюЧевых слов дисциплины
№ раздела | Наименование раздела, темы | Ключевые слова |
Р1 | Логические основы цифровой схемотехники | Логические уровни, положительная и отрицательная логика, дизъюнкция, конъюнкция, инверсия, принцип двойственности, логические функции, базис, минимизация, карты Карно. |
Р2 | Функциональные узлы комбинационного типа | Узел равнозначности (неравнозначности), полусумматор, полный сумматор, двоичные дешифраторы, двоичные и приоритетные шифраторы, мультиплексоры, компараторы, универсальный логический модуль. |
Р3 | Функциональные узлы последовательностного типа | Триггер, таблицы переходов, асинхронный и синхронный триггер, параллельный и последовательный регистр, коэффициент пересчета, двоичные счетчики с последовательным и параллельным переносом, реверсивные счетчики, счетчики с недвоичным кодированием, логический синтез. |
Р4 | Устройства формирования сигналов | Элемент задержки, дифференцирующая, интегрирующая и разделительная RC-цепи, формирователь импульсов, квазиустойчивое состояние, ждущий и автоколебательный мультивибратор, опрокидывание. |
Р5 | Программируемые логические интегральные схемы | Программируемые логические схемы (ПЛИС), программируемые логические матрицы (ПЛМ), программируемая матричная логика (ПМЛ), базовые матричные кристаллы (БМК), регистровые ПЛИС, макроячейки. |
Р6 | СБИС программируемой логики. Использование ПЗУ. | Сложные программируемые логические схемы (CPLD), программируемая матрица соединений, программируемые пользователем вентильные матрицы (FPGA), конфигурируемые логические блоки, трассировочные каналы, постоянные запоминающие устройства (ПЗУ). |
Лист регистрации изменений в рабочей программе дисциплины
Номер изменения | Номер пункта (подпункта) | Дата внесения изменения | Изменение | Подпись ответственного за внесение изменений |
Измененного | Нового | Изъятого | ||
