МИНОБРНАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ

МИНОБРНАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ В Г. ТАГАНРОГЕ
(ТТИ Южного федерального университета)
Факультет автоматики и вычислительной техники
УТВЕРЖДАЮ
Декан ФАВТ ______________ Ю.М.Вишняков
"_____"__________________2011 г.
Рабочая программа дисциплины
Цифровая обработка сигналов
(Наименование дисциплины)
Направление подготовки
220400.62 «Управление в технических системах»
Профиль подготовки
Управление и информатика в технических системах
Квалификация (степень) выпускника
Бакалавр
Форма обучения
Очная
(очная, очно-заочная и др.)
г. Таганрог
2011
1. Цели освоения дисциплины
Целями освоения дисциплины «Цифровая обработка сигналов» являются:
 Изучение современных методов цифровой обработки сигналов (моделирование
временных последовательностей, теория дискретных линейных систем, основы
адаптивного подавления помех и спектрального анализа).
 Приобретение навыков разработки вычислительных алгоритмов и программ,
реализация
которых
основана
на
использовании
универсальных
микропроцессоров
и
современных
инструментальных
систем
программирования.
 Изучение и приобретение практических навыков алгоритмизации законов
управления, как в аналоговом, так и цифровом виде.
 Развитие навыков технической реализации оптимальных и адаптивных
цифровых устройств обработки информации.
Изучение дисциплины «Цифровая обработка сигналов» будет способствовать
достижению целей основной образовательной программы по направлению подготовки
220400.62 «Управление в технических системах»:
Цель направления 3. Удовлетворение потребностей общества в квалифицированных
кадрах путем подготовки специалистов по проектированию, разработке и эксплуатации
автоматизированных систем и средств контроля и управления.
2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата
В соответствии с учебным планом по направлению подготовки 220400.62
«Управление в технических системах» профиль подготовки «Управление и информатика в
технических системах» дисциплина «Цифровая обработка сигналов» (Б3.ДВ4.1) относится
к блоку дисциплин по выбору блока Б3 «Математический и естественнонаучный цикл» и
реализуется в шестом семестре.
Данная дисциплина относится к вариативной части профессионального цикла
основной образовательной программы бакалавриата. Для успешного обучения студенту
понадобятся знания в области таких дисциплин, как «Высшая математика", «Физика»,
«Электротехника и электроника», «Системы передачи и преобразования информации»,
«Дискретная математика».
Студент должен
Знать технологию работы на ПК в современных операционных средах, теоретические
основы механики, физические законы электроники, методы анализа цепей постоянного и
переменного тока, основные положения теории управления, методы расчета и
оптимизации непрерывных и дискретных систем управления при детерминированных и
случайных воздействиях, устройство типовых технических средств автоматизации и
управления, аппаратные и программные средства на базе типовых ПТК.
Уметь использовать программные пакеты типовых программ для решения
технических задач, использовать принципы и методы математического моделирования
при разработке и исследовании систем управления.
Владеть способностью формулировать цели, задачи научных исследований, выбирать
методы и средства решения задач.
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения
дисциплины:
В результате освоения дисциплины выпускник должен обладать следующими
общекультурными компетенциями:
ОК-12 владеть основными методами, способами и средствами получения, хранения
2
и переработки информации, иметь навыки работы с компьютером как средством
управления информацией.
В результате освоения дисциплины выпускник должен обладать следующими
профессиональными компетенциями:
ПК-5  владеть основными приемами обработки и представления экспериментальных
данных;
ПК-19 выполнять эксперименты на действующих объектах по заданным методикам
и обрабатывать результаты с применением современных инфрмационных технологий и
технических средств;
ПК-20  проводить вычислительные эксперименты с использованием стандартных
программных средств с целью получения математических моделей процессов и объектов
автоматизации и управления.
4. Структура и содержание дисциплины «Цифровая обработка сигналов»
Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетных единицы 108 часов:
Вид учебной работы
Всего часов
Общая трудоемкость дисциплины
Аудиторные занятия
- лекции
- практические занятия
- лабораторные работы
- другие виды аудиторных занятий
Самостоятельная работа
Курсовой проект (работа)
Контроль самостоятельной работы
Аттестация
108/3 ЗЕТ
57
16
34
19
7
32
Экзамен
Семестр 6
№
п/п
1
Раздел
дисциплины
«Цифровая
обработка сигналов»
Общие принципы
цифровой обработки.
Обобщенная структура
систем ЦОС.
Особенности цифровой
обработки сигналов в
режиме реального
времени. Понятие
квантования сигналов
по времени.
Кодирование и
декодирование
сигналов в системах
Неделя семестра
4.1. Разделы дисциплины и виды занятий
Виды учебной работы,
включая самостоятельную
работу студентов и
трудоемкость (в часах)
лек
лр
с/р
кс/р
Формы текущего
контроля успеваемости
(по неделям семестра)
Форма промежуточной
аттестации (по
семестрам)
Собеседование по теме
лекции
1
2
2
3
ЦОС.
2
3
4
5
6
7
8
9
Исследование
алгоритмов вводавывода аналоговых
сигналов в
микроконтроллерах
Математические
модели дискретных
сигналов и систем.
Спектральное
представление
сигналов. Теорема
Котельникова.
Цифровая фильтрация.
Исследование
алгоритмов
сглаживания
аналоговых сигналов в
микроконтроллерах
Передаточные
функции, импульсные
характеристики,
частотный отклик,
устойчивость
цифровых фильтров
(ЦФ)
Исследование
импульсной системы
стабилизации с
цифровым регулятором
ЦОС в задачах
фильтрации сигналов
Теория и расчет ЦФ с
импульсной
характеристикой
конечной длины
Теория и расчет ЦФ с
бесконечной
импульсной
характеристикой
Исследование влияния
помех в системе
стабилизации с
цифровым регулятором
ЦОС
в
системах
управления
динамическими
объектами
Особенности динамики
систем
управления
динамическими
объектами
с
аналоговыми (АР) и
Отчет по лабораторной
работе
2
4
1
Собеседование по теме
лекции
3
2
2
Отчет по лабораторной
работе
4
4
1
Собеседование по теме
лекции
5
2
6
2
Отчет по лабораторной
работе
4
Собеседование по теме
лекции
7
2
8
2
4
1
Отчет по лабораторной
работе
Собеседование по теме
лекции
9
2
2
4
цифровыми
регуляторами
10
11
12
13
14
15
16
17
Исследование
частотных
характеристик
цифрового адаптивного
трансверсального
фильтра
Цифровой адаптивный
трансверсальный
фильтр АТФ. Алгоритм
адаптации,
устойчивость, точность
и скорость адаптации
АТФ.
Задача распознавания
сигналов на фоне помех
высокого уровня.
Одночастотный
адаптивный полосовой
фильтр
Исследование
процессов адаптации
цифрового адаптивного
трансверсального
фильтра
Алгоритмы
адаптивного
предсказания и их
применение в
цифровых системах
управления и связи.
Исследование
интерфейсных средств
отображения
и
управления
Адаптивный следящий
фильтр.
Адаптивный
анализатор
спектра
сигналов
Зачет по лабораторным
работам
Подготовка к экзамену
Экзамен
Отчет по лабораторной
работе
10
4
1
Собеседование по теме
лекции
11
2
2
Отчет по лабораторной
работе
12
4
1
Собеседование по теме
лекции
13
2
14
15
2
4
1
2
16
Собеседование по теме
лекции
2
4
3
Отчет по лабораторной
работе
1
Окончательный
рейтинг
как результат тестирования
по контрольным вопросам
Итоговая оценка
17
32
Сокращения в приведенной выше таблице: лек – лекции, лр – лабораторные работы,
с/р – самостоятельная работа студентов, кс/р – самостоятельная работа студентов под
контролем преподавателя.
5. Образовательные технологии
5
В соответствии с требованиями ФГОС ВПО по направлению подготовки «Управление
в технических системах» с целью реализации компетентностного подхода
предусматривается использование в учебном процессе следующих технологий:
1. Чтение лекций с использованием проекторов, интерактивных досок, ноутбуков
и презентаций.
2. Компьютерное моделирование для визуальной демонстрации процессов
цифровой обработки сигналов в лекционном курсе.
3. Лабораторный
практикум
по
дисциплине
с
использованием
специализированных программных модулей «АЧХ ЦАФ» и «Модель ЦАФ» в
среде Microsoft Excel.
4. Подготовка студентами докладов на научно-технических конференциях.
5. Использование лабораторного стенда AVR для исследования и настройки
систем цифровой обработки сигналов.
6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной
аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение
самостоятельной работы студентов
1.
2.
3.
4.
Тестовый контроль по темам лекционного курса.
Защита лабораторных работ.
Индивидуальные собеседования.
Экзамен.
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины (модуля)
7.1. Основная литература:
1. Солонина А.И., Улахович Д.А. Основы цифровой обработки сигналов. СанктПетербург, "БХВ-Петербург", 2005.
2. Уидроу Б., Стирнз С. Адаптивная обработка сигналов. М.: Радио и связь. 1989.
3. Гудкова Н.В. Адаптивные цифровые фильтры в системах промышленной
электроники. Межотраслевой научно-технический журнал «Автоматизация и
современные технологии» №7, М.: Изд-во «Машиностроение», 2005.
4. Гудкова Н.В. Моделирование на ПК цифрового адаптивного фильтра.
Лабораторный практикум по курсу «Цифровая обработка сигналов». Таганрог,
ТРТУ. 2011. №4692.
5. Ю.И. Иванов, В.Я. Югай. Технические средства автоматизации и управления.
Методическое руководство к лабораторным работам. Таганрог. Изд-во ТРТУ,
2006. №3885.
7.2. Дополнительная литература:
1. Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов. М.;
Мир, 1978.
2. Гудкова Н.В. Адаптивное подавление помех в системах управления
электроэнергетическими установками. Известия ТРТУ. Тематический выпуск
«Актуальные проблемы производства и потребления электроэнергии» №15,
Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2006.
7.3. Программное обеспечение и Интернет-ресурсы:
1. Специализированные программные модули «АЧХ ЦАФ» и «Модель ЦАФ» в
среде Microsoft Excel
2. Пакет MatLab
3. Инструментальный пакет AVR Studio
4. http://www.edu.ru – Федеральный портал «Российское образование»
6
5. http://www.openet.ru – Российский портал открытого образования
6. http://www.exponenta.ru – Российский портал образования
7. http://noc-isu.tti.sfedu.ru/publications/74-adaptivesignaloperations.html – НОЦ ИСУ
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины
1. Мультимедийное оборудование
2. ПК
3. Лабораторный стенд AVR в составе:
 Микроконтроллер АТ90S8535
 Программатор
 Приемопередатчики стандартных последовательных портов
 CAN-контроллер и приемопередатчик CAN-сети
 Аналоговый усилитель мощности
 Умножающий цифроаналоговый преобразователь
 Индикаторы и контроллер LED индикатора.
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом
рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению и профилю подготовки 220400.62
«Управление и информатика в технических системах». ФГОС утвержден приказом
Минобрнауки РФ № 813 от 22.12.2009 г.
Автор
доцент кафедры САУ Гудкова Н.В..
Рецензент (ы) _________________________
Программа одобрена на заседании Ученого совета факультета автоматики и
вычислительной техники Программа одобрена на заседании УМК ФАВТ от 20.01.2011
года, протокол № 1.
7