НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ АВТОМАТИКИ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
КАФЕДРА СИСТЕМ СБОРА И ОБРАБОТКИ ДАННЫХ
«УТВЕРЖДАЮ»
Декан АВТФ
________________
«____ »______________200_ г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
«КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ПРИБОРОСТРОЕНИИ»
ООП 200100 «Приборостроение» (бакалавриат)
Факультет __ Автоматики и вычислительной техники_ ____
Курс 4 Семестр 8 ____
Лекции 34 часа
Лабораторные работы 34 часа
Расчетно-графическое задание 8 семестр
Самостоятельная работа 41 час
Зачет 8 семестр
Всего 109 часов
Новосибирск
2006 г.
Рабочая программа составлена на основании Государственного образовательного стандарта подготовки бакалавров по направлению 551500 «Приборостроение»
Регистрационный номер № 5 тех/бак, дата утверждения ГОС 02.03.2000 г.
Шифр дисциплины в ГОС ОПД. Ф. 09, общепрофессиональные дисциплины, федеральный компонент
Шифр дисциплины по учебному плану НГТУ – 27.
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры Систем сбора и обработки данных
Номер протокола заседания _____________
«_____» ______________ 2006 г.
Программу разработал
доцент, к. т.н. __________________
Заведующий кафедрой
доцент, к. т.н. ___________________
Полубинский В. Л.
Ответственный за основную
доцент, к. т.н. ___________________
Полубинский В. Л.
1. ВНЕШНИЕ ТРЕБОВАНИЯ
Дисциплина «Компьютерные технологии в приборостроении» предусмотрена Государственным образовательным стандартом по направлению 551500 «Приборостроение». Требования к обязательному минимуму содержания дисциплины, определяемые стандартом, приведены в таблице 1.
Таблица 1
ОПД. Ф.09 | Компьютерные технологии в приборостроении общие сведения о ЭВМ; операционные системы; программы-оболочки; работа с файлами; защита от компьютерного вируса; конфигурирование системы, основы языков программирования; программные среды конечного пользователя (текстовые процессоры, электронные таблицы, среды типа Matlab и т. п.); математические и моделирующие программы общего назначения; решение типовых расчетных задач; способы ввода экспериментальной информации в компьютер; программные средства управления экспериментом и обработки данных; среды типа LabVIEW; программные средства оформления документов; использование сетевых технологий. | 120 |
Квалификационные требования:
(выдержки из раздела ГОС 1.3.4)
задачи профессиональной деятельности выпускника:
- разработка отдельных блоков программ, их отладка и настройка для решения отдельных задач приборостроения, включая типовые задачи проектирования, исследования и контроля приборов и систем;
- проектирование и конструирование в соответствии с техническим заданием типовых приборов и систем на схемотехническом и элементом уровнях с использованием стандартных средств компьютерного проектирования.
(выдержки из раздела ГОС 7.1)
Бакалавр по направлению подготовки 551500 «Приборостроение» в зависимости от содержания основной образовательной программы должен
знать:
- базовые языки и основы программирования, типовые программные продукты, ориентированные на решение научных, проектных и технологических, включая информационно-измерительные, задач приборостроения;
владеть:
- методами и компьютерными системами проектирования и исследования приборов и систем, а также методами информационно-измерительных технологий.
2. ОСОБЕННОСТИ (ПРИНЦИПЫ) ПОСТРОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Ряд требований ГОСа, приведенных выше (общие сведения о ЭВМ; операционные системы; программы-оболочки; работа с файлами; защита от компьютерного вируса; конфигурирование системы, основы языков программирования; программные среды конечного пользователя (текстовые процессоры, электронные таблицы, среды типа Matlab и т. п.); математические и моделирующие программы общего назначения; решение типовых расчетных задач;), реализованы в рабочих программах дисциплин, изучаемых студентами ранее: «Интернет и ПК», «Информатика», «Программирование», «Архитектура компьютеров», «Операционные системы», «Базы данных», «Теория и обработка сигналов». По этой причине в курсе «Компьютерные технологии в приборостроении» сделан акцент на принципах построения систем визуального программирования для проектирования средств сбора и обработки измерительной информации. В качестве базового программного продукта при этом взят наиболее динамично развивающийся пакет LabVIEW, который де-факто признан мировым стандартом в рассматриваемой области.
Курс изучается в 8-ом семестре. Учебным планом по дисциплине предусмотрено 34 часа лекций, 34 часа лабораторных занятий и выполнение расчетно-графической работы.
Таблица 2
Особенности построения дисциплины
Особенность (принцип) | Содержание |
Основание для введения дисциплины в учебный план подготовки бакалавров по направлению 551500 «Приборостроение» | Требования Государственного образовательного стандарта (ГОС) по направлению 551500 «Приборостроение», раздел ОПД. Ф. 09, общепрофессиональные дисциплины, федеральный компонент |
Адресат курса | Студенты 4 курса, обучающиеся по направлению 200100 «Приборостроение» |
Основная цель курса | Изучение программных технологий для создания средств измерений и интеграции их аппаратных и программных компонентов. |
Ядро дисциплины |
|
Требования к предварительной подготовке | Содержание курса базируется на знании материала предшествующих дисциплин «Информатика», «Архитектура компьютеров», «Программирование», «Базы данных», "Теория и обработка сигналов", «Операционные системы», "Микропроцессорная техника" и др. |
Организация лабораторного практикума | В качестве инструментальной среды для лабораторного практикума используется система LabVIEW фирмы National Instruments. Лабораторный практикум направлен на получение практических навыков: создания виртуальных приборов, использования функций фильтрации и анализа сигналов, их отображения и архивирования, а также передачи по локальным и глобальным сетям. |
Обеспечение последующих дисциплин образовательной программы | Знания и навыки, полученные в результате изучения дисциплины, используются в последующих курсах учебного плана (дисциплины «Системы сбора и обработки данных», «Проектирование приборов и систем», «SCADA-системы», «Промышленные сети», в выпускных квалификационных работах. |
3. ЦЕЛИ ДИСЦИПЛИНЫ
Таблица 3
После изучения дисциплины студент будет
иметь представление: | |
1 | о современном состоянии и перспективах дальнейшего развития информационных технологий, используемых в приборостроении, их аппаратном и программном обеспечении |
2 | о программных пакетах графического программирования при проектировании современных измерительных приборов и систем |
3 | о возможностях цифровой обработки сигналов, реализуемых в пакетах графического программирования |
знать: | |
4 | базовые понятия и структуру системы графического программирования на примере LabVIEW |
5 | формы представления данных в памяти ЭВМ и основные структуры данных в среде LabVIEW |
6 | способы создания циклов и повторов в LabVIEW, особенности их выполнения, возможности регулирования времени выполнения |
7 | формирование и обработка массивов и кластеров, их использование в виртуальных приборах |
8 | системы отображения данных, способы задания их параметров |
9 | способы ввода экспериментальных данных в компьютер и процессы управления экспериментом |
уметь: | |
10 | разрабатывать и создавать программы в среде LabVIEW, включая работу с файлами данных и использованием основных функций |
11 | настраивать и конфигурировать систему для операций аналогового ввода и вывода, цифрового и таймерного ввода и вывода |
12 | реализовывать алгоритмы сбора данных с определением и настройкой его параметров |
13 | разрабатывать и создавать программы в среде LabVIEW для передачи результатов по локальным и глобальным сетям |
11 | разрабатывать и создавать программы в среде LabVIEW для отображения и архивирования данных |
иметь опыт: | |
14 | написания, тестирования, отладки программ в среде LabVIEW |
15 | оформления результатов выполнения расчетно-графических, курсовых и других видов самостоятельных работ с использованием современных информационных технологий |
4. СОДЕРЖАНИЕ И СТРУКТУРА ДИСЦИПЛИНЫ
4.1. Лекционные занятия – 34 часа
1. Введение в дисциплину – 2 часа.
Содержание, задачи и организация изучения дисциплины. Литература.
Эволюция измерительных приборов и систем. Встраивание микропроцессорных средств в измерительную технику. Виртуальные приборы-современные компьютерные технологии создания инструментальных средств измерений, новый стиль программирования в приборостроении. Системы графического программирования в проектировании средств измерения.
Основные понятия LabVIEW – 2 часа.LabVIEW-графическая среда программирования. История создания и развития. Концепция виртуальных приборов. Структура и компоненты виртуальных приборов. Сравнение их свойств и возможностей с традиционными приборами. Блок-диаграмма и фронтальная панель виртуального прибора. Палитры инструментов, элементов управления и функций.
Техника создания, редактирования и отладки виртуальных приборов – 2 часа.Создание блок-диаграмм. Функции, стандартные виртуальные приборы, экспресс виртуальные приборы, соединения на блок-диаграммах и типы данных. Создание фронтальной панели. Взаимосвязи блок-диаграммы и фронтальной панели. Техника отладки: индикация и указание ошибок, подсветка и пошаговое выполнение программ, пробник и точка останова.
Структуры в LabVIEW – 4 часа.Циклические структуры (по условию, с конечным числом итераций). Последовательная структура. Структура выбора. Формульный узел. Сдвиговые регистры и узлы обратной связи. Зависимость данных в структурах. Глобальные и локальные переменные.
5. Массивы и кластеры – 4 часа.
Элементы управления и индикации массивов. Формирование массивов. Функции обработки массивов. Индексация массивов. Полиморфизм. Особенности формирования кластеров, объединение и разделение кластеров.
6. Строки и файловый ввод-вывод – 2 часа.
Создание строковых элементов управления и индикаторов. Функции работы со строками. Преобразование строк. Функции файлового ввода/вывода. Высокоуровневые ВП файлового ввода/вывода. Низкоуровневые ВП файлового ввода/вывода. Форматирование текстовых файлов для использования в таблицах.
7. Графическое отображение данных – 4 часа.
Графики диаграмм. Графики осциллограмм. Настройка графиков. Изменение свойств отображения. Двухкоординатные графики. Графики интенсивности.
8. Функции таймирования – 2 часа.
Задание интервалов. Функции системного времени. Синхронизация приложений.
9. Анализ и генерация сигналов – 4 часа.
Цифровые фильтры. Спектральные анализаторы. Статистические анализаторы. Анализаторы импульсов. Генераторы сигналов.
10. Управление вводом-выводом – 4 часа.
Виртуальные приборы аналогового ввода-вывода. Конфигурация и настройка параметров. Виртуальные приборы цифрового ввода-вывода. Конфигурация и настройка параметров. Таймерный ввод-вывод. Экспресс виртуальные приборы управления вводом-выводом.
11. Примеры использования технологий виртуальных приборов – 4 часа.
Виртуальные осциллограф, анализатор спектра, анализатор нелинейных искажений, цифровой мультиметр. Автоматизированное рабочее место (АРМ) инженера. Многофункциональный измерительный комплекс.
4.2. Лабораторные занятия – 34 часа
1. Приборы и субприборы в LabVIEW. Техника создания и редактирования. 4 часа.
2. Структуры, диаграммы и узлы в LabVIEW. 4 часа.
3. Массивы, кластеры, графопостроители, строки и файлы ввода/вывода.
4. Анализ данных в LabVIEW. 4 часа.
5. Виртуальные приборы аналогового ввода/вывода. 4 часа.
6. Виртуальные приборы цифрового ввода/вывода. 4 часа
7. Виртуальный осциллограф. 4 часа.
8. Виртуальный цифровой мультиметр. 4 часа
4.3. Расчетно-графическое задание (8 часов)
Расчетно-графическое задание предусматривает создание виртуального прибора для измерения, обработки и отображения физических величин (по индивидуальному заданию преподавателя).
Пояснительная записка к расчетно-графическому заданию оформляется в рукописном или электронном виде на листах формата А4 (с одной стороны)
4.4. Самостоятельная работа – 41 час
1. Подготовка к лабораторным занятиям (17 часов).
2. Изучение теоретического материала (17 часов).
3. Расчетно – графическая работа (7 часов).
5. УЧЕБНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ
Деятельность студента при изучении дисциплины заключается:
- в восприятии и усвоении материала дисциплины, излагаемого на лекционных занятиях, в самостоятельном изучении материала по литературе и электронным источникам информации, в подготовке к выполнению лабораторных работ, в отчетности по результатам лабораторной работы и учебному материалу, связанному с её содержанием, в выполнении расчетно-графического задания.
6. ПРАВИЛА АТТЕСТАЦИИ СТУДЕНТОВ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
В течение семестра проводится текущая аттестация знаний по четырехбальной системе по каждой из лабораторных работ, к полученным оценкам добавляется оценка по РГЗ. На основании полученных оценок определяется средняя оценка по результатам обучения в семестре.
Студентам, имеющим средний балл по текущей аттестации не ниже 4,0, выставляется зачет. При более низких показателях проводится дополнительная аттестация.
7. РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
7.1. Основная литература.
, , LabVIEW практикум по основам измерительных технологий: Учебное пособие для вузов.– М.:ДМК Пресс, 2005. – 208 с. Автоматизация физических исследований и эксперимента: компьютерные измерения и виртуальные приборы на основе LabVIEW 7 / Под ред. – М.: ДМК Пресс, 2005. – 264 с. , Система графического программирования LabVIEW, ч. 1. Техника программирования: Учебное пособие. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 1998. – 72 с. , Система графического программирования LabVIEW, ч. 2. Основные функции: Учебное пособие. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 1999. – 62 с. , Система графического программирования LabVIEW, ч. 3. Функции анализа: Учебное пособие. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2000. – 60 с.7.2. Дополнительная литература.
Использование виртуальных инструментов LabVIEW./Под ред. и . М.: Солон-Р, Радио и связь, Горячая линия-Телеком,1999. – 268 с. Справочник по функциям. –М.: ДМК Пресс,2005.–512с. , , LabVIEW для новичков и специалистов. – М.:Горячая линия – Телеком, 2004. – 384 с. LabVIEW для всех/Джефри Тревис: Перевод с англ. М.: ДМК Пресс; ПриборКомплект, 2004. –544 с.7.3. Web – ресурсы
1. http:// www. /labview 2. http://www. labview. ilc. edu. ru 3. http://www. rudshel. ru | 4. http://www. insys. ru 5. http://www. kai. ru/univer/labview 6. http://www. lcard. ru |
СТУДЕНТОВ
1. Концепция виртуальных приборов, сравнение с традиционными.
2. Программные пакеты для создания виртуальных приборов.
3. Модульность и иерархия виртуальных приборов.
4. Среда программирования LabVIEW, назначение и концепция.
5. Организация виртуальных приборов: фронтальная панель.
6. Организация виртуальных приборов: блок-диаграмма.
7. Субприборы (subVI) и структуризация программ LabVIEW.
8. Структуры программирования LabVIEW: while loop.
9. тСтруктуры программирования LabVIEW: for loop.
10. Структуры программирования LabVIEW: case.
11. Структуры программирования LabVIEW: sequence.
12. Структуры программирования LabVIEW: formula node.
13. Временная последовательность работы программ в среде LabVIEW.
14. Организация реального времени в виртуальных приборах.
15. Режимы буферизации в среде LabVIEW.
16. Программное управление функциями аналого-цифровой части плат сбора аналоговых сигналов.
17. Программирование таймерных операций в LabVIEW.
18. Массивы в среде LabVIEW.
19. Кластеры в среде LabVIEW.
20. Возможности анализа (обработки) в среде LabVIEW: спектральный анализ.
21. Возможности анализа (обработки) в среде LabVIEW: фильтрация сигналов.
22. Возможности анализа (обработки) в среде LabVIEW: математическая статистика.
23. Программирование функций ввода/вывода в среде LabVIEW.
24. Виртуальный осциллограф.
25. Виртуальный функциональный генератор.
26. Виртуальный мультиметр.
27. Виртуальный анализатор спектра.
28. Виртуальный перестраиваемый частотный фильтр.
29. Виртуальный измеритель нелинейных искажений.
