МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского
Физический факультет
Кафедра физики твердого тела
Р А Б О Ч А Я П Р О Г Р А М М А
дисциплины "УСТРОЙСТВО МИКРОПРОЦЕССОРОВ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В СЕНСОРИКЕ "
для специальности (группы специальностей) - 200100
"Материалы и компоненты твердотельной электроники"
специализация : 200107 - "Электронные датчики"
для направления : 550700 - "Электроника и микроэлектроника"
Магистерская программа
для направления : 550708 - "Физика полупроводников и диэлектриков
Составлена в соответствии с государственным образовательным стандартом высшей школы
для специальностей : 200100 -"Материалы и компоненты твердотельной электроники"
Структура рабочей программы учебной дисциплины
"УСТРОЙСТВО МИКРОПРОЦЕССОРОВ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В СЕНСОРИКЕ".
1. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА.
1. Цели и задачи курса.
1.1. Цели преподавания курса.
Согласно требованиям квалификационных характеристик указанных специальностей, цель преподавания может быть сформулирована следующим образом: изучение устройства микропроцессоров, периферийных интегральных микросхем микропроцессорных комплектов, программируемых интегральных контроллеров; знакомство с принципами аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования и специализированными интегральными микросхемами, основами построения микропроцессорных систем, их практическим применением и сопряжением с наукоемкой аппаратурой, имеющей соответствующий интерфейс, приобретение навыков системного программирования.
1.2. Задачи изучения курса.
В результате освоения курса, студенты должны уметь создавать и использовать микропроцессорные устройства (микропроцессорные контроллеры), разрабатывать программное обеспечение для них, подключать к существующим ПЭВМ периферийные устройства и наукоемкую аппаратуру, уметь реализовать программное управление ими, осуществлять сопряжение микропроцессорных систем с внешними датчиками и источниками сигнала посредством стандартных и специально разработанных устройств ввода-вывода.
2. Перечень дисциплин с указанием разделов, усвоение которых необходимо для изучения курса.
Физика твердого тела.
Физика полупроводников.
Физика полупроводниковых приборов.
Технология полупроводниковых приборов и материалов.
Теоретические основы электро и радиотехники.
Микросхемотехника.
2. ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ.
Наименование разделов | Максимальная нагрузка студента, час | Количество аудиторных часов при очной форме обучения | Самостоятельная работа студентов |
| | Всего | Лекции | Лабораторные работы | Практические занятия | Семинарские занятия | |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
1. Введение | 2 | 2 | 2 | - | - | - | 2 |
2. Элементная база цифровой техники. | 14 | 8 | 8 | - | - | - | 6 |
3. Аналого-цифровое и цифро-аналоговое пре-образования. | 16 | 8 | 8 | - | - | - | 8 |
4. Микро- процессорные системы | 24 | 12 | 12 | - | - | - | 12 |
5. Операционные системы (ОС) микропроцессорных устройств | 16 | 6 | 6 | - | - | - | 10 |
Итого | 72 | 36 | 36 | - | - | - | 36 |
3. Содержание учебной дисциплины.
1.Введение.
1.1. Место и роль изучаемой дисциплины в современной системе знаний.
1.2. История становления и развития микропроцессорной техники.
Раздел 2.Элементная база цифровой техники.
2.1. Пассивные и реактивные элементы в цифровых и аналоговых схемах.
2.2. Биполярный и полевой транзисторы, ключевой режим работы.
2.3. Интегральные цифровые схемы комбинационного типа: основные логические
функции и реализующие их элементы; мультиплексоры; дешифраторы; сумма-
торы и т.д.
2.4. Интегральные цифровые схемы со структурами последовательностного типа:
асинхронный и синхронный триггеры; триггер типа "защелка" и счетный
триггер.
2.5. Принципы построения и синтеза цифровых счетчиков.
2.6. Регистры: параллельный и последовательный.
2.7. О физическом смысле основных аксиом и законов алгебры-логики.
Раздел 3. Аналого-цифровое и цифро-аналоговое преобразование.
3.1. Построение и классификация АЦП.
3.1.1. Элементы аналогово-цифровой техники: компаратор, операционный усилитель.
Простейшая однобитная дискретизация.
3.1.2. Широтно-импульсное кодирование
3.1.3. АЦП интегрирующего типа.
3.1.4. Преобразование напряжение - частота.
3.1.5. АЦП с динамической компенсацией.
3.1.6. АЦП следящего типа.
3.1.7. АЦП последовательного приближения (поразрядного уравновешивания).
3.1.8. АЦП двойного интегрирования.
3.2. Построение и классификация ЦАП.
3.2.1. Суммирующие ЦАП с весовыми резисторами.
3.2.2. Интегрирующие ЦАП.
3.2.3. Умножающие ЦАП.
3.3. Элементы сопряжения цифровых и аналоговых цепей приборов.
3.4. Сопряжение датчиков физических величин с устройствами аналогово-цифрового ввода
Раздел 4. Микропроцессорные системы.
4.1. Микропроцессор. Устройство и назначение. Структурная схема.
4.2. Архитектура микропроцессорного устройства. Карта памяти.
4.3. Схема включения микропроцессора. Основные режимы работы. Нестандартные
способы включения МП.
4.4. Распределение адресного пространства. Оперативное ЗУ, постоянное ЗУ,
структура и организация; дешифрация пространства устройств ввода-вывода.
4.5. Система команд однокристального восьмиразрядного микропроцессора
К580ВМ80А.
4.6. Параллельный периферийный адаптер, как пример программируемого устрой-
ства ввода-вывода.
4.7. Универсальный программируемый синхронно-асинхронный приемопередатчик.
4.8. Программируемый интервальный таймер.
4.9. Однокристальная микро-ЭВМ (программируемый интегральный контроллер - PIC),
как совокупность центрального процессора с задающим генератором и вектор-
ной системой прерываний, многоканального интерфейса ввода-вывода и интер-
вального таймера-счетчика.
4.10.Программирование на языке Ассемблер.
4.11.Разбор учебной программы на языке Ассемблер, ее отладка, нахождение и
исправление ошибок (основные приемы).
4.12.Демонстрация работы цифрового счетчика и программы эмуляции его в микро-
процессорном исполнении.
Раздел 5.Операционные системы (ОС) микропроцессорных устройств.
5.1. Функции и задачи ОС, Тест-Мониторная система, как пример простейшей ОС.
5.2. Операционные системы семейства СР-М. Структура и функции.
5.3. Структура и функции DOS. Основные модули DOS.
5.4. Работа модулей DOS при начальном старте системы.
5.5. Встроенные и транзитные утилиты DOS.
5.6. Особенности архитектуры, карты памяти и адресации микропроцессоров
старшего поколения. Математические сопроцессоры.
5.7. Принципы построения многозадачных систем. Разновидности многозадачности.
5.8. Виртуальная память и эмуляция виртуальной машины.
5.9. MS-Windows, как пример многозадачной ОС.
Виды самостоятельной работы студента.
Самостоятельное изучение принципов работы программируемого интервального таймера и универсального программируемого синхронно-асинхронного приемопередатчика. Программирование изучаемых устройств. Работа с литературой.
- Перечень литературы и средств обучения.
4.1 Литература основная.
- Микропроцессоры. В 3-х кн. / П.В.Нестеров, В.Ф.Шаньгин, В.Л.Горбунов и др.; Под ред. Л.Н.Преснухина. М.: "Высшая школа", 1986.
- Микропроцессоры и микропроцессорные комплекты интегральных микросхем. Под ред. В.А.Шахнова. - М.: "Радио и связь" ,1988. Т.1, (Т.2) - 368 с., (368 с.)
- Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники.- М.: Мир, 1983. Т.1,(Т.2) - 598 с., (590 с.)
- Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах.- Ленинград.: "Энергоатомиздат", 1988.- 304 с.
- Васильев Б.И., Гусев Ю.М., Миронов В.Н. Электронные промышленные устройства,- М.: "Высшая школа", 1988,- 304 с.
- Сопряжение датчиков и устройств ввода данных с компьютерами IBM PC: Пер.с англ
./ Под ред. У. Томпкинса и Дж. Уэбстера. - М.: Мир, 1992. - 592 с.
4.2 Литература дополнительная.
- Токхейм Г. Основы цифровой электроники,- М.: Мир,1981.-384 с.
- Марголис А. Поиск и устранение неисправностей в персональных компьютерах. - К.: "Диалектика", 1994. - 368 с. ил.
- Брябрин В.М. Программное обеспечние персональных ЭВМ.- М.: "Наука", 1990. - 272 с.
- Нортон П., Соухэ Д. Язык ассемблера для IBM PC.- М.:"Компьютер", 1993.- 352 с.
- Лэй Р. Разработка драйверов устройств для MS-DOS.- Рязань : Versus Ltd., 1992,- 400 c.
- Горбачев Г.Н., Чаплыгин Е.В. Промышленная электроника." М.: "Энерго-атомиздат", 1988,- 320 с.
- Богумирcкий В.С. Руководство пользователя ПЭВМ. Т.1 -Санкт-Петебург: "Печатный Двор", 1994.- 358 c.
- Использование Turbo Assembler при разработке программ / Сост. А.А.Чекатков. - К.: "Диалектика", 1995. - 288 с.
- Рудаков П.И., Финогенов К.Г. Программируем на языке ассемблера IBM PC: В 4-х частях. Ч.1. (Ч.2., Ч.3-4.) - М.:"Энтроп", 1995. - 164 с. (164 с., 320 с.), ил.
- Гёлль П. Как превратить персональный компьютер в измерительный комплекс. Пер.с франц. - 2-е изд., испр. - М.: ДМК, 1999. - 144 с., ил.
4.3 Наглядные пособия.
- Цифровой логический индикатор.
- Четырехразрядный цифровой двоично-десятичный счетчик.
- Микропроцессорный контроллер на МП БИС К580ВМ80А.
- Системная плата ПЭВМ типа IBM-PC.
- Плата интерфейсов ввода-вывода стандарта И41.
4.4 Лекционные демонстрации.
- Работа цифрового счетчика и поразрядная визуализация его логических уровней.
- Работа микропроцессорного программного счетчика.
- Запись и воспроизведение аналоговой информации микропроцессорным контроллером.
- Работа встроенных программ "Редактор" и "Ассемблер" микропроцессорного контроллера.
- Отладка рабочих программ с помощью встроенной утилиты "Debugger" микропроцессорного контроллера.
- Шестнадцатиричное и текстовое редактироватие программ на компьютере типа IBM-PC с помощью утилит "Hex-Edit" и "Hiew", отладка программ утилитой DOS "Debugger".
Программу составил доцент кафедры ФТТ СГУ, к.ф.-м.н. Семёнов А. А.
Зав. кафедрой ФТТ СГУ
Заслуженный деятель науки РФ д.ф.-м.н., профессор Усанов Д.А.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К КУРСУ "УСТРОЙСТВО МИКРОПРОЦЕССОРОВ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В СЕНСОРИКЕ"
Приложение 1. Контрольные вопросы к курсу в формате *.doc (Microsoft Word 97).
Приложение 2. Рабочая программа курса в формате *.doc (Microsoft Word 97).
|