РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

по дисциплине

«ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРОМЫШЛЕННЫЕ УСТРОЙСТВА И СИСТЕМЫ»

(ПЦ. Б.3.02.04)

для направления подготовки бакалавров

210100.62 – «Электроника и наноэлектроника»

2

1. Цели и задачи дисциплины

Целью дисциплины является ознакомление студентов с методами, средствами и

технологиями проектирования и применения электронных промышленных устройств и систем (ЭПУС), построенных на базе микропроцессоров. Задачей дисциплины является обучение студентов современным технологиям разработки и моделирования ЭПУСС.

2. Место дисциплины в структуре ООП Дисциплина «Электронные промышленные устройства и системы» входит в базовую часть «Профессионального цикла» подготовки бакалавров. Студент, начинающий изучение дисциплины «Электронные промышленные устройства и системы», должен знать дисциплины «Физика», «Математика», «Оптико-электронные средства контроля», «Основы информатики», «Физические основы электроники», «Схемотехника», «Метрология, стандартизация и технические измерения»

в пределах программы ООП по направлению подготовки бакалавриата 210100.62 – «Электроника и наноэлектроника».

Дисциплины, изучаемые одновременно: «Компьютерные технологии», «Методы и средства идентификационных измерений», «Конструирование и технология электронных средств», «Элементы и электронные цепи», Последующие дисциплины: «Микропроцессорная техника», «Монтаж и эксплуатация электронных приборов и устройств», «Электронные средства сбора и обработки информации», «Методы и средства передачи и обработки сигналов»

3. Требования к результатам освоения дисциплины 3.1. В результате освоения дисциплины «Электронные промышленные устройства и системы»

должны быть сформированы следующие компетенции:

- способностью осуществлять сбор и анализ исходных данных для расчета и проектирования электронных приборов, схем и устройств различного функционального назначения (ПК -9).

3.2. В результате освоения дисциплины «Электронные промышленные устройства и системы»

студент должен демонстрировать освоение указанными компетенциями по дескрипторам «знания, умения, владения», соответствующие тематическим модулям дисциплины, и применимые в их последующем обучении и профессиональной деятельности:

- Знать:

З.1 Принципы построения и организации функционирования ЭПУС, области их применения;

З.2. Основные разновидности структурных схем и их свойства;

З.3. Основные характеристики ЭПУС и методы их расчета;

3.4. Способы нормирования метрологических характеристик ЭПУС.

- Уметь:

У1. Применять методы расчета параметров и характеристик, моделирования и проектирования ЭПУС;

У.2. Осуществлять оптимальный выбор структур ЭПУС для конкретного применения;

У.3. Применять полученные знания для объяснения физического смысла результатов моделирования и расчета ЭПУС.

- Владеть:

В.1. Методами экспериментальных исследований параметров и характеристик ЭПУС;

В.2. Современными программными средствами моделирования и проектирования ЭПУС.

3.3. Проектируемые результаты и признаки формирования компетенций.

Компетентностная модель дисциплины Проектируемые результаты освоения дисциплины и Индекс Технологии компе- индикаторы формирования Средства и технологии оценки формирования компетенций тенции компетенции Знания (З) Умения (У) Навыки (В) ПК-3 З.1-З.3 У.2 В.2 Зачет, контрольные работы, 6.1.1-6.1. устный опрос ПК-5 З.1-З.3 У.1, У.3 В.1-В.2 Зачет, контрольные работы, 6.1.1-6.1. устный опрос ПК-9 З.1-З.3 У.1-У.3 В.2 Зачет, контрольные работы, 6.1.1-6.1. устный опрос ПК-10 З.1-З.3 У.1-У.3 В.2 Зачет, контрольные работы, 6.1.1-6.1. устный опрос ПК-19 З.1-З.3 У.1, У.3 В.2 Зачет, контрольные работы, 6.1.1-6.1. устный опрос 4. Объем дисциплины и виды учебной работы в часах и зачетных единицах Очная форма обучения Вид занятий Всего Семестры (час./ 1 2 3 4 56 7 8 зач.ед.

) 144 Всего аудиторных занятий:

Лекции 36 Практические занятия Лабораторные работы 18 Самостоятельная работа: 90 Самостоятельное изучение материала 4 дисциплины и подготовка к зачетам Курсовая работа (проект) 50 Расчетно-графическая работа Домашнее задание Подготовка к экзамену 36 Количество часов на зачет Всего по дисциплине Экзамен Экзамен Вид аттестации за семестр (зачет, дифференцированный зачет, экзамен) 5. Содержание дисциплины по модулям и видам учебных занятий 5.1. Содержание дисциплины по модулям 3. Основы построения ЭПУС.

4. Устройства обработки цифровой информации.

5. Устройства ввода-вывода информации в микропроцессор.

6. Применение микропроцессоров в ЭПУС.

7. Методы резервирования и диагностики ЭПУС.

8. Технология National Instruments (NI) построения ЭПУС.

1 Введение.Понятие об ЭПУС. Методология проектирования Л ЭПУС. Инструменты проектирования ЭПУС. Требования к специалисту – проектировщику микропроцессорных ЭПУС.

Содержание курса, его задачи.

2 Исходные положения. Структурные схемы ЭПУС. Основы Л, С теории сигналов и цепей. Методы экспериментального дискретизация сигналов. Модуляция и кодирование сигналов. Понятия микропроцессора, микроконтроллера и 3 Основы построения ЭПУС. Методы анализа структурных Л, С схем ЭПУС с использованием понятия передаточной функции (ПФ). Связь между ПФ и характеристиками ЭПУС.

Понятие погрешности преобразования. Методика синтеза ЭПУС по критериям точности и быстродействия.

4 Устройства обработки цифровой информации. Логические Л, С функции. Логические элементы и их применение.

Запоминающие устройства. Микроконтроллеры. Порты ввода-вывода RS-232, RS-485. USB-интерфейс.

5 Устройства ввода-вывода информации в микропроцессор. Л, С Цифроаналоговые преобразователи (ЦАП). Аналогоцифровые преобразователи (АЦП). Системы сбора данных.

Программное обеспечение работы систем сбора данных с 6 Применение микропроцессоров в ЭПУС. Микроконтроллеры Л, С семейства AVR (ATMEL). PIC контроллеры. Сигнальные процессоры. Применение МК для отображения информации.

Применение МК для связи с персональным компьютером.

Согласование МК с датчиками физических величин. Пример МК управления коммутатором сигналов.

7 Методы резервирования и диагностики ЭПУС. Основные Л, С понятия и определения. Методы резервирования ЭПУС.

Особенности резервирования микропроцессорных устройств и систем. Задачи технической диагностики. Диагностика цифровых устройств. Диагностика аналоговых устройств.

программных средств NI. Система виртуальных приборов (ВП). Структурные схемы связи между ВП. Построение метрологического обеспечения.

9 Заключение. Перспективы развития методов и средств Л документации и результатов моделирования и испытания.

5.2. Содержание лабораторных занятий 5.2.1. Содержание лабораторных работ Цель лабораторного практикума – изучение методов экспериментального исследования, приобретение опыта в проведении лабораторных экспериментов, приобретение опыта математической обработки и интерпретации полученных результатов.

Лабораторный практикум выполняется по индивидуальному графику бригадами, состоящими из 2-3 студентов. За период обучения студент выполняет 6 лабораторных работ.

2 Лабораторная работа 1 (Знакомство с системой виртуальных приборов) Лабораторная работа 2 (Организация лабораторных исследований с 5 Лабораторная работа 5 (Разработка микропроцессорного измерительного 6 Лабораторная работа 6 (Разработка микропроцессорного измерительного 6. Образовательные технологии.

6.1. Для достижения планируемых результатов освоения дисциплины «Электронные промышленные устройства и системы» используются следующие образовательные технологии:

6.1.1. Информационно-развивающие технологии.

6.1.2. Развивающие проблемно-ориентированные технологии.

6.1.3. Личностно ориентированные технологии обучения.

6.2. Интерактивные формы обучения (в соответствии с положением П ОмГТУ 75.03-2012.

«Об использовании в образовательном процессе активных и интерактивных форм проведения учебных занятий») № Семестр, Применяемые технологии интерактивного обучения Кол-во 7. Самостоятельная работа студентов (указываются все виды работ в соответствии с учебным планом) Самостоятельная работа направлена на закрепление и углубление полученных теоретических и практических знаний, развитие навыков практической работы.

7.1. Объем СРС и распределение по видам учебных работ в часах 1. Работа с лекционным материалом, самостоятельное изучение отдельных тем дисциплины; поиск и обзор литературы и электронных источников; чтение и изучение учебника и учебных пособий.

3. Подготовка к лабораторным занятиям, оформление отчетов по итогам ЛР 7.2. Темы курсовых проектов:

обзор и анализ современных промышленных систем сбора данных;

аппаратные средства современных промышленных систем сбора данных;

программные средства современных промышленных систем сбора данных;

синтез цифровых устройств для микропроцессорных систем сбора данных;

анализ структурных схем ЭПУСС;

8. Методическое обеспечение системы оценки качества освоения программы дисциплины К промежуточной аттестации студентов по дисциплине «Электронные промышленные устройства и системы» могут привлекаться в качестве внешних экспертов: представители других выпускающих кафедр, специализирующихся на решении задач проектирования электронных устройств и систем.

8.1. Фонды оценочных средств (в соответствии с П ОмГТУ 73.05 «О фонде оценочных средств по дисциплине») Фонд оценочных средств позволяет оценить знания, умения и уровень приобретенных компетенций.

Фонд оценочных средств по дисциплине «Электронные промышленные устройства и системы» включает:

- экзаменационные билеты;

- экзаменационные вопросы;

- варианты курсовых проектов;

- тестовый комплекс.

Оценка качества освоения программы дисциплины «Электронные промышленные устройства и системы» включает текущий контроль успеваемости, итоговую аттестацию.

Студентам предоставлена возможность оценивания содержания, организации и качества учебного процесса.

8.2. Контрольные вопросы по дисциплине «Электронные промышленные устройства и 1. Раскройте содержание понятия "Электронные промышленные устройства и системы".

2. Классифицируйте методы проектирования ЭПУС.

3. Перечислите инструменты проектирования. Дайте им характеристику.

4. Перечислите основные этапы сквозного проектирования.

5. Какие документы сопровождают этапы сквозного проектирования.

6. Определите понятия структурной, функциональной и принципиальной схемы ЭПУС.

7. Основные разновидности структурных схем ЭПУС и правила их преобразования. Понятие передаточной функции.

8. Понятие погрешности преобразования. Классификация погрешностей ЭПУС.

9. Методика анализа погрешностей ЭПУС.

10. Методика синтеза структурных схем ЭПУС по заданной погрешности.

11. Методика вывода формулы для передаточной функции электронной цепи. Предельный анализ вида ПФ цепи.

12. Связь ПФ с амплитудо-частотной и фазо-частотной характеристиками электронной цепи.

Понятие логарифмической АЧХ.

13. Методика синтеза ЭПУС по значению динамической погрешности.

14. Связь ПФ с переходной характеристикой цепи. Оценка динамических параметров цепи по 15. Понятие сигнала. Классификация сигналов. Модели сигналов.

16. Квантование и дискретизация сигналов. Восстановление сигналов. Теорема Котельникова и ее применение.

17. Модуляция сигналов. Основные виды модуляции. Демодуляция сигналов. Примеры реализации модуляторов и демодуляторов.

18. Десятичная и двоичная системы счисления. Правила построения двоичного кода.

19. Разновидности кодов. Помехоустойчивые коды.

20. Основные логические функции и операции.

21. Решите задачу анализа логической цепи заданной топологии.

22. Конструктивно-технологические разновидности логических элементов: ТТЛ, КМОП, ЭСЛ, 23. Комбинационные логические устройства и их применение.

24. Методика синтеза комбинационных логических устройств.

25. Последовательностные логические устройства: триггеры, счетчики, регистры.

26. Методика анализа последовательностных логических устройств.

27. Методика синтеза последовательностных логических устройств на примере десятичного счетчика в заданном коде (2-4-2-1, 4-2-2-1, 8-4-2-1) с последовательным тактированием.

28. Методика синтеза последовательностных логических устройств на примере десятичного счетчика в заданном коде (2-4-2-1, 4-2-2-1, 8-4-2-1) с параллельным тактированием.

29. Нарисуйте обобщенную структурную схему микроконтроллера и укажите назначение его модулей.

30. Каково назначение портов ввода-вывода? Структура последовательного порта типа RS- (RS-485).

31. Структура USB-порта.

32. Сравнительные характеристики AVR и PIC контроллеров.

33. Особенности сигнальных процессоров.

34. Согласование микроконтроллеров с датчиками физических величин (резистивные, емкостные, индуктивные и генераторные датчики).

35. Особенности программирования микропроцессоров. Отладочные средства и программное обеспечение.

36. Понятие надежности ЭПУС. Способы обеспечения надежности.

37. Понятия горячего и холодного резервирования ЭПУС.

38. Понятие диагностики ЭПУС. Основные методы диагностики цифровых и аналоговых устройств.

39. Принципы организации ЭПУС в системы. Структуры ЭПС. Принципы обмена данными в системах.

40. Особенности технологии NI в построении ЭПС. Виртуальные приборы. Управление и синхронизация передачи данных.

41. Основная номенклатура аппаратных средств NI.

42. Основная номенклатура программных средств NI.

43. Принцип и инструменты графического программирования. Создание виртуальных приборов в среде LabVIEW.

44. Сетевые технологии компоновки ЭПУС.

45. Основные проблемы метрологического обеспечения ЭПУС.

9. Ресурсное обеспечение дисциплины.

9.1. Материально-техническое обеспечение дисциплины 9.1.1 Специализированная компьютерная лаборатория 8-606 с установленным лицензионным программным обеспечением LabVIEW-7.1.

9.1.2.Технические средства обучения и контроля.

9.1.2.1. Специализированная лекционная лаборатория 8-408 с аппаратурой демонстрации фильмов и слайдов 9.1.2.2. Аудио-визуальный курс по дисциплине "Электронные промышленные устройства и системы» с тестовыми вопросами для самоконтроля пройденного материала.

9.1.3 Вычислительная техника.

9.1.3.1. При изучении теоретического курса - работа студентов с обучающе-контролирующими программами, содержащими учебный материал по отдельным вопросам курса.

9.1.3.2. При проведении лабораторных работ - применение расчетных программ по обработке результатов эксперимента, а также обучающе-контролирующих программ по проверке усвоения студентом знаний, полученных при выполнении практических занятий.

9.2. Учебно-методическое и информационное обеспечение 9.2.1. Основная литература 1. Кликушин Ю.Н., Михайлов А.В. Электроника в приборостроении. Учебн. пособие. – Омск, Изд-во ОмГТУ, 2005. -184 с.

2. Кликушин Ю.Н., Михайлов А.В. Микроконтроллеры семейства PIC и их применение.

Учебн. пособие. – Омск, Изд-во ОмГТУ, 2004. -288 с.

3. Проектирование приборов и систем: Учеб. пособие / М.Г. Родионов, А.В. Михайлов, К.Р. Сайфутдинов. – Омск, Изд-во ОмГТУ, 2006. – 168 с.

9.2.2. Дополнительная литература 1. Батоврин В.К., Бессонов А.С., Мошкин В.В. LabVIEW: Практикум по электронике и измерительной технике. – М.: Изд-во: Приборкомплект, 2005.

9.2.3. Периодические издания 1. Измерительная техника: 2000- 2. Метрология: 2000- 3. Информационно-измерительные и управляющие системы : 2000-2013.

4. Информационные технологии.: 2005-2013.

5. Известия вузов. Приборостроение.: 2000-2010.

6. Известия вузов. Радиоэлектроника: 2000-2010.

7. Журнал Радиоэлектроники. – М.: 2000-2013. http://jre.cplire.ru 9.2.4. Информационные ресурсы 1. Научная электронная библиотека elibrary.ru 2..Интегрум 3. ЭБС «АРБУЗ».