1 Цели и задачи дисциплины
1.1 Цель преподавания дисциплины
Цель дисциплины - изучение принципов работы усилителей, генераторов и различных преобразователей, их параметров и вольт - амперных характеристик, а также принципов построения усилительных, переключающих, генерирующих схем на дискретных полупроводниковых приборах как диоды и транзисторы, так и в интегральном исполнении.
1.2 Задачи изучения дисциплины:
В результате изучения курса подготовить студентов по основам теории, применению и эксплуатации современных полупроводниковых приборов и электронных и микроэлектронных схем на их базе, применяющиеся в радиотехнике и телекоммуникационной системе.
При изучении дисциплины студент должен:
Знать:
- физическую сущность процессов, происходящих в каскадах и трактах преобразования и обработки сигналов систем радиосвязи в целом;
- принципы построения устройств и систем радиосвязи;
- способы представления и преобразования сообщений, сигналов и помех;
Уметь:
- анализировать структуру построения и характеристики (показатели) устройств и систем аналоговой и цифровой обработки информации;
-применять методы анализа и синтеза, технические решения, используемые в радиотехнических устройствах и телекоммуникационных системах передачи, приема и обработки информации.
1.3. Пререквизиты: Материал дисциплины базируется на сведениях, излагаемых в дисциплинах: Физики - физика твердого тела, электричество, магнетизм; высшей математики - дифференцирование, интегрирование, ряды; электротехники, линейные и нелинейные цепи; физические основы электроники; основы радиотехники; основы телекоммуникации. Для изучения курса «Электроника и схемотехника» студентам необходимы знания этих дисциплин.
1.4. Постреквизиты: В свою очередь, дисциплина является основой для схемотехнического обеспечения последующих профилирующих дисциплин «Теория электросвязи », «Многоканальные телекоммуник. сист. связи», «Модел. сист. и сетей эл. связи».
Лекция 1 Арифметические и логические основы цифровых устройств (ЦУ) и микропроцессоров (МП). Система счисления. Перевод из одной системы счисления в другие. Операции сложения и вычитания
Системой счисления является совокупность приемов и правил для записи чисел цифровыми знаками. Все системы счисления делятся на позиционные и непозиционные. Системы счисления, в которых веса цифр числа различны и значение веса зависит от номера позиции цифры, называются позиционными. Основанием восьмеричной системы счисления является число "восемь", которое записывается как 10(8) и содержит восемь цифр: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7.
Лекция 2. Арифметические и логические основы цифровых устройств (ЦУ) и микропроцессоров. (МП). Операции умножения и деления.
Умножение двоичных чисел с произвольным сочетанием знаков удобно выполнять, если сомножители заданы в прямом коде. В этом случае независимо от знаков модуль произведения определяется перемножением модуля множимого на все разряды множителя и последующего сложения полученных частичных произведений, а знак произведения определяется как сумма по модулю 2 знаков обоих сомножителей. Процесс получения произведения сводится к умножению множимого X на каждую цифру уi множителя У:
Частичные произведения Пi=Х·Уi, получаемые при этом, последовательно складываются. Сумма всех частичных произведений образует полное произведение.
Лекция 3 . Арифметические и логические основы цифровых устройств (ЦУ) и микропроцессорных систем (МПС). Функции алгебры логики (булева алгебра). Способы задания ФАЛ. Комбинационные схемы и реализация булевых функций. Последовательностные схемы (конечные автоматы).
В результате выполнения арифметических операций получают новое двоичное число. Устройство, реализующее действия над двоичными числами, можно рассматривать как функциональный преобразователь. Если рассматривать отдельные разряды исходных чисел и конечных результатов вычислений в качестве аргументов и функций, то устройство, осуществляющее арифметическое действие имело бы большое количество входов и выходов. Причем на каждый вход поступал бы один разряд исходного числа (0 или 1), а с каждого выхода снимался бы один двоичный разряд результата (0 или 1).
Для анализа и синтеза таких устройств необходимо иметь математический аппарат, позволяющий оперировать с двоичными переменными. Основы такого аппарата были впервые сформированы в середине прошлого века английским математиком Д. Булем. Переменные величины и функции от них, которые могут принимать только два значения 0 или 1 , носят название булевских или логических переменных и функций.
Лекция 4 Основы схемотехники операционных блоков ЦУ и МПС. Комбинационные схемы. Шифраторы и дешифраторы. Схемы сравнения.
Дешифратор - это комбинационная схема, преобразующая код, подаваемый на входы, в сигнал на одном из выходов. Если на входы дешифраторов подаются двоичные переменные, то на одном из выходов дешифратора вырабатывается сигнал - 1, а на остальных - 0.
Шифратор выполняют функцию, обратную функции дешифраторов, т. е. при возбуждении одного из входов шифратора на его выходах образуется двоичный код, отображающий номер возбужденного входа. В общем случае двоичный код шифраторов имеет 2п входов и n выходов.
Лекция 5 . Типовые операционные блоки ЦУ и МПС. Мультиплексоры и демультиплексоры. Компаратор.
Мультиплексором называется комбинационная схема, осуществляющая передачу данных от n входных каналов в один выходной канал. Подключение входных каналов к выходному производится под управлением кода адреса. На рис. 5.1 изображена схема
мультиплексора на 4 входа и на один выход (4.1). На входной канал поступают данные х1, х2, хз, х4, а на управляющие - код адреса а1 и а2. Код адреса дешифрируется дешифратором и единица с выхода дешифратора, поступая на вход соответствующей схемы И, разрешает прохождение xi на выход F.
Демультиплексор имеет один ин-формационный вход и n информационных выходов. Демультиплексоры выполняют функцию, обратную функции мультиплексора.
Лекция 6 . Последовательностные схемы (конечные автоматы). Триггеры. Регистры.
Триггер является основным запоминающим элементом цифровой техники, который может находиться в одном из двух устойчивых состояний, и используется в цифровых устройствах для хранения двоичной информации.
Классификацмя триггеров осуществляется по следующим направлениям:
По методу синхронизации – синхронные и асинхронные:
По базису – на основе схе И-НЕ; - на основе схем ИЛИ-НЕ (см. рис. 6.1.); - на комбинационной основе.
По типу: - RS; D; DV; T; TV; JK.
Структуру триггера можно представить в виде запоминающей ячейки (ЗЯ) и схемы управления (СУ). Запоминающая ячейка представляет собой схему, имеющую два выхода Q и 
, сигналы на которых в устойчивом состоянии всегда противоположны и два входа S и R.
Лекция 7. Типовые операционные блоки ЦУ и МПС. Счетчики. Сдвигатели. Полусумматор и ролный одноразрядный сумматор. Арифметическо-логическое устройство.
Счетчиком называется узел ЭВМ, который служит для подсчета числа входных сигналов. Максимальное число, которое может быть представлено счетчиком, равно N=2n-1, что является емкостью счетчика, где n - разрядность счетчика.
По направлению счета счетчики бывают суммирующие, вычитающие и реверсивные. По способу организации разрядного переноса различают счетчики: с последовательным, параллельным и комбинированным переносом. По основанию систем счисления различают: двоичные, двоично-десятичные, с произвольным основанием счета
Лекция 8 . Запоминающие устройства (ЗУ). Назначение и основные характерис-тики. Классификация ЗУ. Иерархическая организация ЗУ. Полупроводниковые ЗУ. Постоянные запоминающие устройства. Сверхоперативные ЗУ. Организация буферных ЗУ
Запоминающие устройства (ЗУ) выполняют функцию памяти ЭВМ и предназначены для хранения данных и команд программ. В ЗУ записываются и хранятся предварительно составленные программы решения задач и исходные данные, а в процессе решения задач промежуточные и окончательные результаты. По мере необходимости эти данные считываются и направляются в другие блоки ЭВМ.
ЗУ, в основном, характеризуются емкостью и быстродействием. Емкость - максимальное количество единиц информации (машинных слов определенной разрядности или байтов), которые одновременно могут храниться в ЗУ. Поскольку емкость может быть очень велика (до 1012 бит), то обычно используют более крупные единицы: килобайт-К (1 Кбайт = 1024 байт), мегабайты-М (1 Мбайт = 1024 Кбайт), гигабайт-Г (1 Гбайт = 1024 Мбайт). Временными параметрами ЗУ, по которым оценивается быстродействие, являются цикл записи и цикл считывания.
Лекция 9 . Микропроцессоры (МП) и микропроцессорные системы(МПС). Классификация МП и МПС. Структура базового МП
В настоящее время, МП и МПС применяется везде, где возникает необходимость контролировать и управлять объектами управления (оборудованием и процессами) различной сложности и конфигурации, от простого (автомобили) до сложных (автоматические заводы и человекоподобные роботы).
Микропроцессор (МП) - программно-аппаратное устройство, изготовленные в одном кристалле, в виде ИС, БИС или СБИС и предназначенные для обработки информации представленной в двоичной форме (арифметические и логические операции над двоичными числами).
Лекция 10 Универсальные МП. Организация однокристальных 32-разрядных и 64 разрядных МП.
Дальнейшим расширением архитектурных возможностей МП явилось создание БИС сопроцессоров, которые работая параллельно и совместно с БИС ЦП, разгружают его от выполнения ряда функций, которые он может выполнять лишь с помощью подпрограмм. К этим БИС относятся:
1) арифметический сопроцессор (80-и разрядный) на два порядка повышающий скорость выполнения высокоточных, операций над числами с плавающей точкой;
2) сопроцессор ввода-вывода осуществляет функции контроллера с двумя каналами прямого доступа к памяти (ПДП), что позволяет выполнять команды ввода-вывода. параллельно с выполнением операций о центральном процессоре (ЦП);
3) сопроцессор ядра операционной системы (ОС), содержащий в кристалле ПЗУ ядро ОС, а также ряд таймеров, буферных устройств и блоки прерывания.
Наименование тем самостоятельной работы студентов под руководством преподавателя (СРСП), их содержание и объем в часах.
№ | Тема | Задания | Методические указания | Литература | Форма прове-дения |
1. | Системы счисления | Ознакомление с системами счисления | Решение примеров | 2, 7, 8 | Тренинг Решение задач |
2 | Арифметические основы ЦУ | Алгоритмы выполнения арифметических операций. | Решение примеров | 2, 7, 8 | Тренинг Решение задач |
3. | Логические основы ЦУ | Минимизация булевых функций | Решение примеров | 2, 7, 8 | Тренинг Решение задач |
4. | Операционные блоки ЦУ | Изучение микропроцессора | Изучение блок схемы микропроцессоров | 3, 4, 5, 9 | Обсуждение реферата |
5. | Функциональные узлы ЦУ | Изучение функц-ные схемы | Изучение схемы | Дискуссия | |
6 | Функциональные узлы ЦУ | Изучение циклов записи и считывания | Изучение временных диаграмм | 2,6,8 | Дискуссия |
7 | Функциональные узлы ЦУ | Изучение циклов прерывания | Изучение временных диаграмм | 2,3,5 | Дискуссия |
8 | Структура ЗУ | Виртуальная разработка ЗУ | Расчет объема ЗУ | 1,3,5 | |
9 | Блок схема МП | Изучение принципов работы МП | Изучение машинных циклов | 1,2,5, | Дискуссия |
10 | Организация МП | Изучение МП i8080 | Изучение системы команд | 2,6,8 | Дискуссия |
11 | 16-и разрядные МП | Изучение МП i8086 и i80286 | Изучение системы команд | 5,6,9, | Дискуссия |
12 | 32-и разрядные МП | Изучение МП i80386 и i80486 | Изучение особенностей МП | 1,3,6,7 | Дискуссия |
13 | МП Pentium I, II, III | Изучение МП Pentium; | Изучение конвейерн организации | 2,3,5,6 | Дискуссия |
14 | Микроконтроллеры. | Изучение однокристальной микро-ЭВМ МК 51 | Решение примеров применения | 2,5,6,7 | Дискуссия |
15 | Сигнальные процессоры. | Изучение сигнального процессора DSP | Изучение машинных циклов | 1,3,5 | Дискуссия |
1.2 Наименование тем самостоятельной работы студентов (СРС), их содержание и объем в часах.
№ | Тема | Методические указания | Литература |
1. | Изучение структуры МП | Самостоятельно изучить структуру заданного МП | 2, 7, 8 |
2 | Изучение ядра МПС. | Изучение заданных микросхем шинных формирователей | 2, 7, 8 |
3. | Изучение структуры статических ЗУ | Изучение заданных интегральных микросхем (ИМС) статических ЗУ | 2, 7, 8 |
4. | Изучение постоянных ЗУ | Изучение заданных ИМС ПЗУ, ППЗУ | 2, 7, 8 |
5. | Изучение динамических ЗУ | Изучение заданных ИМС динамических ЗУ | 3, 4, 5, 9 |
6 | Изучение 8-разрядных МП. | Изучение МП i 8080. | 2,5,6 |
7 | Изучение 8-разрядных МП | Изучение МП i 8085. | 2,3,5 |
8 | Изучение 16-разрядных МП | Изучение МП i 8086 и i 8087. | 1,2,3 |
9 | Изучение 16 - разрядных МП | Изучение МП i 80286 и i 80287. | 2,5,6 |
10 | Изучение 32-разрядных МП | Изучение МП i 80386 и i 80387. | 1,2,6 |
11 | Изучение 32-разрядных МП | Изучение МП i 80486 и Pentium. | 1,3,9 |
12 | Разработка ЗУ | Разработка блока ЗУ из заданного вида ИМС и объема памяти. | 1,4,7,8 |
13 | Изучение АЦП | Изучить микросхему АЦП заданного типаа | 1,4,7 |
14 | Изучение ЦАП | Изучить микросхему ЦАП заданного вида | 1,4,8 |
15 | Изучение сигнального МП | Изучить сигнальный МП заданного типа | 2,6 |
4. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Основная литература:
1. и др. Аналоговая и цифровая электроника. –М. : Радио и связь, 2002. –768 с.
2.Степаненко микроэлектроники: Учеб. пособие для вузов.
–М. : Лаборатория Базовых Знаний, 2000. –488 с.
3.Прянишников : Курс лекций. –СПб. :КОРОНА принт,
1998. –400 с.
4., Гусев . –М. : Высш. шк.1991. –495 с.
5.олупроводниковая схемотехника: Справочное руководство – М. : Мир. 1982. –512 с.
6.Гершунский электроники и микроэлектроники: Учебник для вузов –Киев: Высща школа, 1989. –424 с.
7.Коломбет средства обработки аналоговых сигналов. –М. : Радио и связь, 1991. –376 с.
8.ж, Волш. В. Аналоговая электроника на операционных усилителях. –М. : Бином, 1994. –352 с.
9., , и др. Расчет электронных схем: Учебное пособие для вузов –М. : Высш. шк.1987. –335 с.
Дополнительная литература:
1. , Долженко : от элементов до устройств. - М.: Радио и связь, 1993.
2. и др. Схемотехника электронных систем. Аналоговые и импульсные устройства –СПб. : БХВ-Петербург, 2004. –486 с.
3. , Ногин аналоговых электронных устройств. –М. : Радио и связь,1997. –320 с.
4. рименение операционных усилителей и линейных ИС. –М. : Мир, 1985. –572 с.
5. и др. Применение аналоговых ИС. –М. : Радио и связь, 1980. –324 с.
Лист согласования рабочей учебной программы
по дисциплине Цифровая и микропроцессорная техника.
для специальности 5В071900 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации
Учебный год | Профилирующая кафедра | Ф. И.О. зав. кафедрой | Подпись | Дата согласо-вания |
ЛИСТ РЕГИСТРАЦИИ ИЗМЕНЕНИЙ
Порядковый номер изменения | Раздел, пункт документа | Вид изменения (заменить, аннулировать, добавить) | Номер и дата извещения | Изменение внесено |
Дата | Фамилия и инициалы, подпись, должность | |||
