6.2 Средства обеспечения дисциплины

Правительство Российской Федерации
Федеральное государственное автономное учреждение высшего
профессионального образования
«Национальный исследовательский университет
«Высшая школа экономики»
МИЭМ
Факультет «Электроника и телекоммуникации»
Кафедра «Микросистемная техника, материаловедение и технологии»
Программа дисциплины
“Микропроцессорные устройства технических систем”
для подготовки инженеров
Направление подготовки 550200 Автоматизация и управление
Специальность 220201.65 - Управление и информатика в
технических системах
Автор программы
профессор, к.т.н. В.Р.Матвеевский
Рекомендована секцией УМС
по УиИТС каф МТМиТ
Председатель профессор, д.т.н. А.Ф.Каперко
________________________________
«_____» __________________ 2012 г.
Одобрена на заседании кафедры
Микросистемная техника, материаловедение и технологии
Зав. кафедрой профессор, д.т.н. В.П. Кулагин
___________________________ _____
«____»_____________________ 2012 г.
Утверждаю
Декан факультета Электроника и телекоммуникации
профессор,д.т.н. Б.Г. Львов
________________________________
«____»_____________________ 2012 г.
Москва, 2012 год
1. Цели и задачи дисциплины.
Цель преподавания дисциплины: изучение методов проектирования
микропроцессорных устройств систем управления техническими объектами,
правильного выбора микропроцессоров на основе анализа их параметров и
характеристик. Изучение особенностей применения микропроцессорных
устройств в системах автоматики и телеуправления, а также в изделиях
электронной промышленности, авиационной техники и связи.
Задачи изучения дисциплины: овладение принципами построения как
отдельных микропроцессорных устройств, так и систем на их основе.
2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины.
Изучение курса « Микропроцессорные устройства технических систем »
должно способствовать выработке представлений об эффективном применении
микропроцессоров в различных отраслях народного хозяйства.
Ознакомление с примерами применения изучаемых микропроцессорных
устройств в системах автоматического управления техническими объектами.
3. Объем дисциплины и виды учебной работы.
Вид учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины
Аудиторные занятия
Лекции (Л)
Практические занятия (ПЗ)
Семинары (С)
Лабораторные работы (ЛР)
И (или) другие виды аудиторных занятий
Самостоятельная работа
Курсовой проект (работа)
Расчетно-графические работы
Реферат
И (или) или другие виды самостоятельной работы
Вид итогового контроля (зачет, экзамен)
Всего Семестр
75
часов
8
51(34/17)
34
8
8
17
8
24
8
24
8
Зачет
4. Содержание дисциплины.
4.1 Разделы дисциплины и виды занятий.
Аудиторные занятия
№
Раздел дисциплины
п/п
1
Лекции
Введение.
ПЗ
(или С)
*
*
управления с микроЭВМ
*
*
Разработка устройств сопряжения
*
*
*
*
управления
*
*
Системные интерфейсы мини и микроЭВМ
*
*
*
*
*
*
*
*
микропроцессорных устройств
*
*
Нечеткие контроллеры
*
*
техническими объектами
*
*
13
Нейрокомпьютеры
*
*
14
Квантовые компьютеры
*
*
15
Хаотические процессоры
*
*
*
*
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
16
Принципы проектирования систем
Применение микропроцессорных устройств в
измерительной технике
Промышленные
МикроЭВМ
контроллеры
семейства
в
системах
68HC11
фирмы
MOTOROLA
RISC-контроллеры фирмы MICROCHIP
Надежность функционирования ПО
микропроцессорных устройств
Надежность
аппаратной
реализации
Нечеткие контроллеры в системах управления
Микропроцессорная
реализация
обработки фрактальных изображений
системы
ЛР
4.2 Содержание разделов дисциплины
1. ТЕМА 1. Введение (2 часа).
Роль микропроцессорных систем в современных системах управления.
Основные исторические этапы развития микропроцессорных систем.
Архитектура микропроцессорной системы. Назначение и принцип
функционирования основных элементов микропроцессорной системы.
Примеры промышленного использования микропроцессорных систем.
2. ТЕМА 2. Принципы
проектирования
систем
управления
с
микроЭВМ (2 часа).
Принципы построения систем управления с микроЭВМ. Упрощенные
модели объектов управления, внутренних и внешних воздействий.
Методы анализа и синтеза цифровых алгоритмов управления с учетом их
микропроцессорной реализации.
Выбор интервала квантования. Разностные модели линеаризованных
объектов управления. Пример системы стабилизации температуры
диффузионной печи с помощью микроЭВМ. Пример регулирования
скорости вращения электродвигателя с помощью микроЭВМ.
3. ТЕМА 3. Разработка устройств сопряжения (2 часа).
Основные принципы проектирования устройств сопряжения с Centronics.
Подключение модулей памяти и простых нестандартных устройств.
Программирование на нижнем и верхнем уровне. Примеры разработки
драйверов.
4. ТЕМА 4. Применение микропроцессорных устройств в измерительной
технике (2 часа).
Улучшение метрологических характеристик измерительных приборов за
счет использования элементов микропроцессорных устройств. Примеры
использования микропроцессорных устройств в частотомерах и
вольтметрах. Электронный осциллограф на основе микропроцессора.
5. ТЕМА 5. Промышленные контроллеры в системах управления. (4 часа).
Особенности
микропроцессорных
устройств
при
управлении
техническими объектами. Параметры и характеристики некоторых
отечественных и зарубежных промышленных контроллеров.
Функциональные возможности контроллера Ремиконт Р-130. Устройство
и принцип работы основных блоков контроллера Ремиконт Р-130.
Программирование, настройка и контроль Ремиконт Р-130. Примеры
решения задач управления с помощью контроллера Ремиконт Р-130.
Использование
микропроцессорных
устройств
в
тренажере
автоматизированной системы управления воздушным движением.
Особенности функционирования и структурная схема SCADA-системы.
Использование микропроцессорных средств управления в SCADAсистеме. Типовые решения задач управления технологическими
процессами с использованием интегрированной платформы TRACE
MODE.
6. ТЕМА 6. Системные интерфейсы мини и микроЭВМ (2 часа).
Общая характеристика системных интерфейсов. Интерфейсы 8- и 16разрядных микроЭВМ. Сравнительные характеристики интерфейсов.
Примеры реализации устройств согласования системных интерфейсов.
7. ТЕМА 7. МикроЭВМ семейства 68HC11 фирмы MOTOROLA (2 часа).
Основные характеристики и параметры семейства микроЭВМ фирмы
Motorola. Архитектурные особенности микроЭВМ семейства 68HC11.
Особенности функционирования портов ввода-вывода, системы
прерываний и специальных средств микроконтроллера. Отличительные
особенности системы команд.
8. ТЕМА 8. RISC-контроллеры фирмы MICROCHIP (2 часа).
Анализ основных характеристик и параметров микроконтроллеров с
упрощенной системой команд. Архитектура микроконтроллера PIC16C74.
Особенности реализации портов ввода-вывода, системы прерываний,
каналов обмена информации и других устройств микроконтроллера
PIC16C74.
Примеры
использования
RISC-контроллеров
в
информационно-управляющих системах. Примеры использования RISCконтроллера фирмы MICROCHIP.
9. ТЕМА 9. Надежность функционирования ПО микропроцессорных
устройств (2 часа).
Характеристики ошибок программных модулей микропроцессорных
устройств. Особенности измерения и оценивания характеристик качества
программных модулей микропроцессорных устройств.
Методы обеспечения надежности функционирования программных
средств.
Примеры
повышения
надежности
функционирования
программных модулей микропроцессорных устройств.
10.ТЕМА 10. Надежность
аппаратной
реализации
микропроцессорных устройств (2 часа).
Анализ характера и причин возникновения ошибок в аппаратных
средствах микропроцессорных устройств. Способы борьбы со сбоями
аппаратной части микропроцессорных систем.
Анализ методов резервирования аппаратных средств. Примеры расчета
надежности устройств микропроцессорных систем.
11.ТЕМА 11. Нечеткие контроллеры (2 часа).
Роль нечетких контроллеров в задачах управления. Функциональная схема
нечёткого контроллера. База знаний и база данных в нечетких
контроллерах. Сравнительный анализ фазификаторов и дефазификаторов.
Механизмы приближенного логического вывода.
Анализ параметров и характеристики нечетких
контроллеров,
выпускаемых зарубежными фирмами Togay Infra Logic, American Neuron
Logic, Motorola, Siemens.
12.ТЕМА 12. Нечеткие контроллеры в системах управления техническими
объектами (2 часа).
Нечеткое управление подъемно-транспортным механизмом. Нечеткая
система управления подвижным составом в метрополитене.
Нечеткая логика в задаче фильтрации случайных возмущений.
Адаптивное устройство автоматической системы с нечеткой
последовательной процедурой проверки статистических гипотез.
Гибридные системы регулирования робототехническим комплексом.
13.ТЕМА 13. Нейрокомпьютеры (2 часа).
Определение
нейрокомпьютера
и
принцип
функционирования
искусственной нейронной сети. Персептрон. Искусственные нейронные
сети встречного распространения. Искусственные нейронные сети
Хопфилда и Хемминга. Примеры использования искусственных
нейронных сетей в информационно-управляющих системах. Современное
состояние и перспективы развития нейрокомпьютеров.
14.ТЕМА 14. Квантовые компьютеры (2 часа).
Преобразование информации в квантовых системах. Понятие о квантовых
вычислениях. Принцип функционирования квантового компьютера на
ионах в ловушках. Особенности функционирования жидкостных магниторезонансных квантовых генераторов. Особенности функционирования
твердотельных магнито-резонансных квантовых генераторов. Состояние и
перспективы разработки квантовых генераторов.
15.ТЕМА 15. Хаотические процессоры (2 часа).
Роль хаоса в задачах управления техническими объектами.
Принципиальные отличия хаотических процессоров от процессоров
фон-неймановской архитектуры. Особенности записи, хранения и
распознавания образов в хаотическом процессоре. Примеры программной
реализации хаотического процессора. Состояния и перспективы создания
хаотических процессоров.
16.ТЕМА 16. Микропроцессорная реализация системы обработки
фрактальных изображений (2 часа).
Методы микропроцессорных реализаций сжатия информации в системах
передачи и распознавания изображений. Использование методов
фрактальной геометрии при параметризации и классификации объектов.
Пример программной реализации системы обработки фрактальных
изображений. Особенности микропроцессорной реализации системы
обработки фрактальных изображений.
4.3 Понедельный план проведения занятий лекционных и практических
Номер
Номер
Наименование вопросов изучаемых на лекции
недели
темы
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
Промышленные контроллеры в системах управления
6
5
Промышленные контроллеры в системах управления
7
6
Системные интерфейсы мини и микроЭВМ
8
7
МикроЭВМ семейства 68HC11 фирмы MOTOROLA
9
8
RISC-контроллеры фирмы MICROCHIP
10
9
11
10
12
11
13
12
14
13
Нейрокомпьютеры
15
14
Квантовые компьютеры
16
15
Хаотические процессоры
17
16
Введение
Принципы
проектирования
систем
управления
с
устройств
в
микроЭВМ
Разработка устройств сопряжения
Применение
микропроцессорных
измерительной технике
Надежность
функционирования
ПО
микропроцессорных устройств
Надежность
аппаратной
реализации
микропроцессорных устройств
Нечеткие контроллеры
Нечеткие
контроллеры
в
системах
управления
техническими объектами
Микропроцессорная реализация системы обработки
фрактальных изображений
6. Учебно – методическое обеспечение дисциплины
6.1 Рекомендуемая литература
a) Основная литература
1. Микропроцессоры / учебн. пособие в 9 кн.- Под ред. Преснухина
Л.Н.- М.: Высшая школа 1991.
2. Микропроцессорные средства производственных систем/Алексеев
В.Н., Коновалов А.М., Колосов В.Г. –Л.:Машиностроение, 1999.287с.
3. Мячев А.А., Иванов В.В. Интерфейсы вычислительных систем на
базе мини- и микро-ЭВМ.- М.: Радио и связь ,1989.-248с.
4. Дроздов В.Н., Мирошник И.В. Скорубский В.И. Системы
автоматического управления с микроЭВМ.- Л.: Машиностроение,
1989.-284с.
5. Мирский Г.Я. Микропроцессоры в измерительных приборах.- М.:
Радио и связь, 1989.-160с.
6. Сташин В.В. Урусов А.В. Мологонцева О.Ф. Проектирование
цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах.Л.:Машиностроения, 1991.-224 с.
7. Хвощ С.Т., Варлинский Н.Н., Попов Е.А. Микропроцессоры и
микроЭВМ
в
системах
автоматического
управления:
Справочник.-Л.:Машиностроение, 1987.-630 с.
8. Прикладные нечеткие системы. Пер. с японского; под ред. Тэрано
Т, Асаи К., Сугэно М.-М.:Мир,1993.-368 с.
9. Валиев К.А., Кокин А.А. Квантовые компьютеры: надежда и
реальность – Москва – Ижевск: НИЦ Регулярная и хаотическая
динамика, 2002.-320 с.
10. Холленд Р. Микропроцессоры и операционные системы.-М.:
Энергатомиздат, 1996.- 192с.
11. Жмагин А.П., Титов В.С. Однокристальные микроЭВМ в системах
управления: Учебн. пособие.- Курск: Курск. гос. техн. ун-т,
2002.-244с.
12. Белоус А.И., Блинков О.Е., Силин А.В. Биполярные микросхемы
для интерфейсов систем автоматического управления.- Л.:
Машиностроение,1990.-272с.
б) Дополнительная литература
1. Рудаков П.И., Финогенов К.Г. Программируем на языке Ассемблера
IBM PC , изд. 3.-Обнинск.:Изд-во «Принтер», 1999.-495с.
2. Липаев В.В. Выбор и оценивание качества программных средств.
Методы и стандарты. Серия «Информационные технологии».М.:СИНТЕГ, 2001.-228с.
3. Змитриевич А.И. Интеллектуальные информационные системы.Минск: НТОО «Тетра Системс», 1997.-368с.
4. Мельников Д.А. Информационные процессы в компьютерных сетях.
Протоколы, стандарты, интерфейсы, модели.- М: КУДИЦ-ОБРАЗ,
2000.-256с.
5. Нерода В.Я., Торбинский В.Э., Шлыков Е.В. Однокристальные
микроЭВМ MCS-51.-М.:Диджитал Компонентс, 1995.-156 с.
6.2 Средства обеспечения дисциплины
Учебный фильм «Программное обеспечение системы обработки
фрактальных изображений» в программных средах C++ и Delphi.