Учебные курсы

Бакалавриат, 2022–2023 уч. год

Схемотехника. Базовая дисциплина

Целью курса является приобретение студентами теоретических знаний и практических навыков в области разработки аналоговых и цифровых электронных устройств. В курсе изучаются принципы построения и схемотехника электронных устройств. Основное внимание уделяется вопросам проектирования аналоговых и цифровых устройств с учетом требований обеспечения стабильности параметров в заданном диапазоне частот аналоговых и импульсных сигналов, при изменении температуры окружающей среды, отклонениях параметров элементов, воздействии внешних и внутренних помех.

Микроконтроллерные системы. Дисциплина специализации

Дисциплина относится к вариативной части профессионального цикла подготовки бакалавров по направлению «Информатика и вычислительная техника» и преподается в 3, 4 модуле 3 курса. Дисциплина предполагает изучение принципов построения, архитектуры, структурных и алгоритмических решений современных микроконтроллерных платформ, освоение методик и инструментальных средств разработки и отладки аппаратного и программного обеспечения микроконтроллерных устройств и систем различного функционального назначения.

Функциональные узлы и компоненты систем управления. Дисциплина специализации

Целью курса является усвоение студентами назначения двигательной, управляющей, сенсорной и информационной составляющих систем управления. В курсе изучаются устройство и методы управления приводами, принципы работы датчиков различных физических величин, назначении и устройство элементов сопряжения и управления. Практические занятия направлены на формирование у студентов навыков разработки и отладки средств сопряжения с датчиками, элементов силовой электроники, управления приводами.

Встроенные и распределенные системы контроля и управления. Дисциплина специализации

Курс посвящен техническим аспектам организации автоматических и автоматизированных систем управления. Цель курса — усвоение студентами задач систем контроля и управления, их состава и характеристик, понимание принципов построения, функционального назначения технических средств систем, изучение архитектуры, получение практики программирования микроконтроллеров ARM, получение знаний и навыков в области встраиваемых систем. На занятиях изучается работа устройств связи с объектом, элементы теории управления и регулирования, использование каналов передачи данных для построения распределенных систем.

Стандартные и специализированные интерфейсы. Дисциплина специализации

Целью курса является усвоение студентами понятий «Интерфейс», «Стык», «Протокол», понятий конструктивной, программной и электрической совместимости, вариантов аппаратной и программной реализации обмена данными в рамках одного устройства и системы, изучение приборных и коммуникационных интерфейсов, ознакомление с интерфейсами промышленных систем сбора данных и управления, освоение интерфейсов виртуальных приборов. Практические занятия направлены на формирование у студентов навыков разработки и отладки программных и аппаратных средств сопряжения, необходимых для обмена информацией по предложенному в задании интерфейсу.

Цифровая обработка сигналов. Дисциплина специализации

Целью курса является изучение основных положений теории цифровой обработки сигналов, основ аналитических и численных методов расчета и анализа цифровых преобразователей сигналов и развитие навыков проектирования цифровых преобразователей сигналов. В курсе рассматривается основы анализа сигналов, спектральный анализ, аналоговые и дискретные системы. При изучении дисциплины внимание уделяться решению следующих задач: теоретической подготовке в области цифровой обработки сигналов, практическому применению знаний для спектрального и корреляционного анализов, а также для проектирования цифровых фильтров.

Темы практических занятий

1. Курс «Схемотехника»

• Исследование статических и динамических параметров электронных ключей.
• Исследование операционных схем.
• Исследование активных фильтров на операционных усилителях.
• Частотная коррекция аналоговых устройств.
• Исследование комбинационных цифровых устройств.
• Исследование последовательностных цифровых устройств.
• Исследование дешифраторов и мультиплексоров.
• Исследование счетчиков импульсов и регистров сдвига.
• Исследование буферных регистров и оперативных запоминающих устройств.
• Исследование арифметико-логического устройства.

2. Курс «Микроконтроллерные системы»

• Разработка алгоритма и программы ввода с клавиатуры и отображения заданного набора символов.
• Разработка алгоритма и программы преобразования чисел из десятичного в двоичный формат.
• Разработка алгоритма и программы чтения и вывода данных на экран ПК.
• Разработка алгоритма и программы цифрового таймера.
• Разработка алгоритма и программы двоичного, восьмеричного и десятичного калькуляторов.
• Разработка алгоритма и программы сравнения двоичного, восьмеричного и десятичного представлений чисел.
• Разработка алгоритма и программы измерения и отображения на дисплее величины входного постоянного напряжения.
• Разработка алгоритма и программы измерений и отображения на дисплее частоты и амплитуды входного импульсного сигнала.
• Разработка алгоритма и программы сигнализации выхода сигнала за допустимые границы.

3. Курс «Функциональные узлы и компоненты систем управления»

• Изучить основные и дополнительные методы анализа схем, доступные в среде схемотехнического моделирования MicroCap на примере усилительного каскада.
• Создать и использовать несколько функциональных блоков в среде схемотехнического моделирования MicroCap.
• Исследовать предложенную преподавателем схему силового выпрямителя в среде схемотехнического моделирования MicroCap.
• Исследовать статические и динамические характеристики силового ключа на биполярном транзисторе в среде схемотехнического моделирования MicroCap.
• Исследовать статические и динамические характеристики тиристора. Исследовать работу регулятора мощности (диммера) в среде схемотехнического моделирования MicroCap.
• Провести моделирование линейного источника питания в среде схемотехнического моделирования MicroCap.
• Провести моделирование обратноходового преобразователя в среде схемотехнического моделирования MicroCap.
• Провести моделирование двухтактного импульсного преобразователя в среде схемотехнического моделирования MicroCap.
• Разработать схему стабилизатора напряжения на стабилитроне и операционном усилителе с заданными параметрами. Собрать макет схемы, выполнить отладку макета. Провести испытания макета. Измерить коэффициент стабилизации устройства.
• Провести моделирование измерительных схем с резистивными и емкостными датчиками перемещений.
• Провести моделирование измерительных схем с фотоэлектрическими датчиками перемещений.
• Провести моделирование измерительных схем с датчиками на основе эффекта Холла.

4. Курс «Встроенные и распределенные системы контроля и управления»

Темы практических занятий в 1 и 2 модулях:

Изучение отладочной платы МИЛАНДР для работы с микроконтроллерами серии К1986ВЕ9х и приобретение навыков работы в интегрированной среде разработки Keil µVision:

• Управление портами микроконтроллера,
• Обработка внешних прерываний на примере обработчика нажатия кнопки,
• Обработка прерываний от таймера,
• Работа с модулями ЦАП и АЦП в микроконтроллерах семейства К1986ВЕ9х,
• Изучение работы с модулем UART микроконтроллера в микроконтроллерах семейства К1986ВЕ9х,
• Чтение и запись Flash-памяти в микроконтроллерах семейства К1986ВЕ9х.

Тематика заданий текущего контроля — темы практических занятий в 3 модуле:

• Разработать виртуальный вольтметр. Измерение постоянного и переменного напряжения в диапазоне 0...100 В. Управление прибором и индикация на ПК. Разработать API для доступа к функциям прибора из пользовательского приложения.
• Разработать генератор сигналов синусоидальной, треугольной, пилообразной формы. Диапазон выходного напряжения −10 В ... +10 В, верхняя частота: 20 кГц. Управление прибором и индикация на ПК.
• Разработать двухканальный управляемый источник тока. Диапазон тока 0...+ 2 А. Управление прибором и индикация на ПК.
• Разработать двухканальный управляемый источник напряжения. Диапазон выходного напряжения 0...+15 В. Управление прибором и индикация на ПК.
• Разработать систему мониторинга параметров окружающей среды. Управление прибором и индикация на ПК. Разработать API для доступа к функциям системы из пользовательского приложения.
• Разработать систему питания стендов лаборатории (6 мест) с защитой от коротких замыканий. Управление системой и индикация на ПК.
• Разработать систему контроля управления доступом в лабораторию на основе ключей TM и RFID.
• На базе осциллографа и генератора RIGOL разработать и отладить работу системы контроля одного из статических и динамических параметров ОУ по заданию преподавателя.

5. Курс «Стандартные и специализированные интерфейсы»

• Особенности разработки встраиваемого ПО для микроконтроллеров в среде разработки MikroC MikroElektronika (название в оригинале). Создание нового проекта. Добавление модулей в проект. Предопределенные типы данных. Объявления переменных. Объявление прерываний. Ассемблерные вставки в исходный код. Пример программы управления светодиодами. Прошивка программы в микроконтроллер.
• Изучение интерфейса SPI: Изучение модуля SPI в контроллере AT89S5953, разработка ПО для управления ЦАП MCP4921, АЦП MCP3804 по SPI. Отладка разработанного ПО на стенде.
• Изучение интерфейсов LCD дисплеев. Разработка программ управления матричным дисплеем 2×16 и графическим дисплеем 128×64. Отладка разработанного ПО. Вывод результатов измерения напряжения (предыдущая лабораторная работа) на дисплей в текстовом и графическом форматах.
• Изучение интерфейса OneWire. Разработка и отладка ПО для чтения ключей DS1990 на стендах.
• Изучение обмена по UART. Разработка и отладка на стенде ПО для двунаправленного обмена данными по UART с ПК.
• Изучение работы RS485. Используя модуль RS485 стенда разработать и отладить ПО для управления контроллером в сети. Длина данных 9 бит. Девятый бит использовать как адрес устройства. Предложить формат сообщения.
• Изучение обмена по протоколу Modbus RTU. Разработать и отладить ПО Master и Slave устройств шины Modbus.
• Реализация протоколов Centronics и Nibble Mode IEEE 1284 на стендах лаборатории. Предложить и реализовать схему сопряжения устройств, написать и отладить ПО, реализующее обмен данными.
• Изучение интерфейса CAN. Изучить описание CAN-модуля стенда. Разработать и отладить программы управления CAN-модулем стенда.
• Управление Ethernet-модулем стенда. Разработать и отладить ПО, управляющее модулем ENC28J60.

6. Курс «Цифровая обработка сигналов»

Практические занятий в 1 модуле выполняются в программе Mathcad

• Основные операции в Mathcad для задачи анализа сигналов.
• Исследование спектров гармонических функций.
• Преобразования Фурье периодических импульсных сигналов различной формы.
• Исследование зависимости спектров от параметров прямоугольных импульсов.
• Исследование эффекта наложения спектров при изменении частоты дискретизации.
• Исследование спектров непрерывных сигналов с различными видами модуляции.

Практические занятий во 2 и 3 модулях выполняются в программе MATLAB

• Назначение, функции, справочная система программы MATLAB.
• Построение графиков, спектральный анализ сигналов.
• Моделирование сигналов, прямое и обратное преобразование Фурье.
• Моделирование аналогового и цифрового фильтра.
• Проектирование цифровых фильтров (расчет коэффициентов фильтра с трансверсальной структурой).
• Практикум по разработке алгоритма и программы цифрового фильтра
  для реализации на ПК или на микроконтроллере, в соответствии с заданием.