Скачать 166.9 Kb.
|
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ) ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ (ИЭТ) ___________________________________________________________________________________________________________ Направление подготовки: 140400 Электротехника и энергетика Профиль(и) подготовки: Электротехнологические установки и системы Квалификация (степень) выпускника: бакалавр Форма обучения: очная РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ "КОМПЬЮТЕРНАЯ И МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ ТЕХНИКА В ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ УСТАНОВКАХ"
Москва - 2010 1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ Целью дисциплины является изучение физических и математических основ компьютерной и микропроцессорной техники и принципов построения микропроцессорных систем управления для последующего использования в моделировании, проектировании и управлении электротехнологическими установками (ЭТУ). По завершению освоения данной дисциплины студент способен и готов:
Задачами дисциплины являются:
2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО Дисциплина относится к вариативной части профессионального цикла Б.3 основной образовательной программы подготовки бакалавров по профилю "Электротехнологические установки и системы" направления 140400 Электротехника и энергетика. Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: "Теоретические основы электротехники", "Информатика", "Электроника". Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы при выполнении бакалаврской выпускной квалификационной работы и изучении дисциплин "Системы автоматического управления электротехнологическими установками" и "Элементы систем управления электротехнологическими установками", а также программы магистерской подготовки «Электротехнологические установки, включая питание и управление». 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ В результате освоения учебной дисциплины обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования: Знать:
Уметь:
Владеть:
4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 4.1 Структура дисциплины Общая трудоемкость дисциплины составляет 5 зачетных единиц, 180 часов.
4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения 4.2.1. Лекции: 5 семестр 1.Области применения компьютерных и микропроцессорных средств в электротехнологии Понятие о компьютерных и микропроцессорных средствах как о совокупности аппаратных и программных решений. Особенности ЭТУ как объектов проектирования и управления. Компьютерные и микропроцессорные средства расчета, моделирования, автоматизации проектирования и управления ЭТУ, обучения персонала. Специализированные и универсальные средства компьютерной и микропроцессорной техники. 2. Математические и схемотехнические основы микропроцессорной техники Представление информации в виде цифрового двоичного кода. Простейшие логические операции, логические элементы. Построение логических схем на основе таблиц истинности. Логические элементы с памятью. Счетчики, таймеры, дешифраторы. Арифметические, логические и сдвиговые операции над двоичными числами, примеры их схемотехнической реализации. Операции над двоичными числами со знаком и без знака. 3. Элементная база микропроцессорных средств Основы микроэлектронных технологий. Схемотехника и технология интегральных микросхем. ТТЛ-логика, МОП-логика, их сравнительная характеристика. Схемы с жесткой, задаваемой и программно задаваемой логикой. Технико-экономическое обоснование совершенствования элементной базы компьютерных и микропроцессорных средств. 4. Микропроцессоры – основа современной автоматики, систем управления и обработки данных Определение микропроцессора. Основные подходы к классификации микропроцессоров: по элементной базе (n-МОП, p-МОП, КМОП); по исполнению (одно- и многокристальные); по способу программирования (с фиксированной системой команд и с микрокомандным управлением); по возможности наращивания разрядности (с фиксированной и с наращиваемой разрядностью). Однокристальные микро-ЭВМ (однокристальные контроллеры), цифровые сигнальные процессоры. История развития микропроцессорной техники. Обобщенная структурная схема микропроцессора. Обрабатывающее устройство и устройство управления, взаимодействие между ними. Организация процесса обработки информации в микропроцессоре. Признаки результата операции. Понятие об архитектуре микропроцессора. 5. Архитектура и принципы работы микропроцессора с фиксированной системой команд Программно-доступные элементы структуры. Выборка, дешифрация и выполнение команд микропроцессором. Цикл команды, машинный цикл. Временная диаграмма типового машинного цикла. Понятие о мультиплексировании шин. Основные режимы обмена информацией окружения с микропроцессором: программно-управляемый, по прерыванию, режим прямого доступа к памяти. Общее представление о системе команд микропроцессора. Формат команды, код операции, адрес, операнды. Примеры команд. 6. Архитектура и организация работы микропроцессорных систем Архитектура микропроцессорной системы. Назначение, состав и варианты построения запоминающих устройств, устройств ввода/вывода. Классификация микропроцессорных систем, микро-ЭВМ и микроконтроллеры. Микропроцессорные системы с принстонской и гарвардской архитектурой. RISC-архитектура. Адресное пространство микропроцессорной системы, распределение адресов между устройствами. Дешифрация адреса устройства. Организация обмена информацией в микропроцессорной системе. Контроллеры устройств. Организация системной шины. Внутренний интерфейс микропроцессорной системы. Представление о стандартных внутрисистемных интерфейсах микропроцессорных систем. Организация памяти микропроцессорных систем. Оперативные и постоянные запоминающие устройства микропроцессорных систем. Энергонезависимая память. 7. Разработка программного обеспечения микропроцессорных систем. Основные этапы разработки программного обеспечения, модульный принцип построения программ. Типовые алгоритмические структуры. Машинно-независимые и машинно-ориентированные языки программирования микропроцессорных систем: сравнительный анализ. Язык Ассемблера. Разработка программного обеспечения на языке Ассемблера. Программная реализация типовых алгоритмических процедур. 6 семестр 8.Устройства ввода/вывода и связи микропроцессорных систем с объектом Организация устройств ввода/вывода микропроцессорных систем. Понятие о вычислительных сетях, характеристики каналов и интерфейсов. Устройства связи с объектом. Устройства сбора и выдачи аналоговых и дискретных сигналов. Аналого-цифровое и цифро-аналоговое преобразование сигналов. 9. Микропроцессорные системы управления Структура систем автоматического управления с микропроцессорами и ЭВМ. Режимы работы управляющей ЭВМ в системах управления. Иерархическая структура микропроцессорных систем управления. Централизованные и распределенные системы. Алгоритмы управления. Понятие о визуализации технологического процесса. Микропроцессорные средства управления. Выбор микропроцессорных средств управления по вычислительным возможностям и эксплуатационным характеристикам. Специализированные микропроцессорные средства управления: микропроцессорные регуляторы, программируемые контроллеры, встраиваемые однокристальные микро-ЭВМ для построения объектно-ориентированных комплексов. Их архитектура, функциональные возможности и применение. Программирование микропроцессорных средств управления. 4.2.2. Практические занятия 5 семестр Использование средств автоматизации расчетов ЭТУ. Построение логических схем. Арифметические и логические операции над двоичными числами со знаком. Построение различных устройств (счетчиков, таймеров) на базе логических элементов с памятью. Функции арифметико-логического устройства микропроцессора. Построение временных диаграмм и микропрограмм выполнения команд микропроцессором. Организация адресного пространства микропроцессорной системы. Программная реализация типовых алгоритмических процедур: сортировка данных, организация программно реализованного таймера, арифметическое умножение двоичных чисел и др. 6 семестр Практические занятия учебным планом не предусмотрены. 4.3. Лабораторные работы 5 семестр № 1. Специальные возможности электронных таблиц Excel. № 2. Автоматизация расчетов с использованием среды MathCad. № 3. Изучение архитектуры микропроцессора с фиксированной системой команд. № 4. Программирование микропроцессорной системы. 6 семестр № 1. Организация операций ввода-вывода в микропроцессорной системе. № 2. Изучение среды разработки программного обеспечения программируемого промышленного контроллера. № 3. Программирование промышленного контроллера. 4.4. Расчетные задания 5 семестр Типовой расчет «Математическое моделирование электротехнического устройства». 6 семестр Типовой расчет «Разработка программного решения логического автомата управления электротехнологической установкой». 4.5. Курсовые проекты и курсовые работы Курсовые проекты (курсовые работы) учебным планом не предусмотрены. 5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Лекционные занятия проводятся в форме лекций с использованием презентаций. Презентации лекций содержат большое количество фотоматериалов. Предусматриваются встречи с ведущими специалистами предприятий, работающих в области автоматизации электротехнологических процессов (ООО «НПК «Элта» и др.). Практические занятия включают, в том числе, работу с компьютерными симуляторами. Лабораторные работы предусматривают работу с реальными микропроцессорными средствами и их компьютерными эмуляторами. Самостоятельная работа включает подготовку к тестам и контрольным работам, оформление типовых расчетов и отчетов по лабораторным работам и подготовку их к защитам, подготовку к зачету и экзамену. 6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ Для текущего контроля успеваемости используются различные виды тестов, контрольные работы, устный опрос, защита типовых расчетов, защита лабораторных работ. Аттестация по дисциплине – экзамен (6 семестр). Промежуточная аттестация (5 семестр) – дифференцированный зачет. Оценка за освоение дисциплины определяется как оценка за экзамен. В приложение к диплому вносится оценка за 6 семестр. 7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 7.1. Литература: а) основная литература:
б) дополнительная литература: 1. Каган Б.М., Сташин В.В. Основы проектирования микропроцессорных устройств автоматики. – М.: Энергоатомиздат, 1987. 304 с. 2. Информатика: базовый курс. / Под ред. С.В. Симоновича. – С.-Пб.: Питер, 2002. 640 с. 7.2. Электронные образовательные ресурсы: а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы: MS Office, MathCad, Matlab & Simulink. www.allenbradley.com; www.siemens.ru; www.russia.omron.com; www.ipc2U.ru; www.owen.com; www.icn.ru ; www.cta.ru. 8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ Для обеспечения освоения дисциплины необходимо наличие учебной аудитории, снабженной мультимедийными средствами для представления презентаций лекций; класса персональных ЭВМ; лаборатории с учебно-отладочными микропроцессорными устройствами и программируемыми промышленными контроллерами. Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению подготовки 140400 «Электротехника и энергетика» и профилю «Электротехнологические установки и системы». ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ: к.т.н., доцент Погребисский М.Я. "УТВЕРЖДАЮ": Зав. кафедрой ФЭМАЭК д.т.н., профессор Серебрянников С.В. |