Общая информация
Подразделения университета
Международная деятельность
 

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 разделовМаксимальная нагрузка студента, часКоличество аудиторных часов при очной форме обученияСамостоятельная работа студентов
      ВсегоЛекцииЛабораторные работыПрактические занятияСеминарские 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 7236 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.

    1. Перечень литературы и средств обучения.

      4.1 Литература основная.

      1. 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.
      2. Микропроцессоры и микропроцессорные комплекты интегральных микросхем. Под ред. В.А.Шахнова. - М.: "Радио и связь" ,1988. Т.1, (Т.2) - 368 с., (368 с.)
      3. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники.- М.: Мир, 1983. Т.1,(Т.2) - 598 с., (590 с.)
      4. Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах.- Ленинград.: "Энергоатомиздат", 1988.- 304 с.
      5. Васильев Б.И., Гусев Ю.М., Миронов В.Н. Электронные промышленные устройства,- М.: "Высшая школа", 1988,- 304 с.
      6. 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.

        1. Токхейм Г. Основы цифровой электроники,- М.: Мир,1981.-384 с.
        2. Марголис А. Поиск и устранение неисправностей в персональных компьютерах. - К.: "Диалектика", 1994. - 368 с. ил.
        3. Брябрин В.М. Программное обеспечние персональных ЭВМ.- М.: "Наука", 1990. - 272 с.
        4. Нортон П., Соухэ Д. Язык ассемблера для IBM PC.- М.:"Компьютер", 1993.- 352 с.
        5. Лэй Р. Разработка драйверов устройств для MS-DOS.- Рязань : Versus Ltd., 1992,- 400 c.
        6. Горбачев Г.Н., Чаплыгин Е.В. Промышленная электроника." М.: "Энерго-атомиздат", 1988,- 320 с.
        7. Богумирcкий В.С. Руководство пользователя ПЭВМ. Т.1 -Санкт-Петебург: "Печатный Двор", 1994.- 358 c.
        8. Использование Turbo Assembler при разработке программ / Сост. А.А.Чекатков. - К.: "Диалектика", 1995. - 288 с.
        9. 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.
        10. 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.

      1. Цифровой логический индикатор.
      2. Четырехразрядный цифровой двоично-десятичный счетчик.
      3. Микропроцессорный контроллер на МП БИС К580ВМ80А.
      4. Системная плата ПЭВМ типа IBM-PC.
      5. Плата интерфейсов ввода-вывода стандарта И41.

    4.4 Лекционные демонстрации.

      1. Работа цифрового счетчика и поразрядная визуализация его логических уровней.
      2. Работа микропроцессорного программного счетчика.
      3. Запись и воспроизведение аналоговой информации микропроцессорным контроллером.
      4. Работа встроенных программ "Редактор" и "Ассемблер" микропроцессорного контроллера.
      5. Отладка рабочих программ с помощью встроенной утилиты "Debugger" микропроцессорного контроллера.
      6. 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).