ЮЖНО-УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Филиал Южно-Уральского государственного университета в г. Златоусте
|
УТВЕРЖДАЮ
|
|
Декан машиностроительного
|
|
факультета
|
|
___________С.П. Максимов
|
|
|
|
|
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
дисциплины ДВ.3.05.01 Аппаратные и программные средства систем управления
для 151900.62 Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств
профиль подготовки: Технология машиностроения
форма обучения: очная, заочная
кафедра-разработчик: Технология машиностроения, станки и инструменты
Рабочая программа составлена в соответствии с ФГОС ВПО по направлению подготовки 151900.62, утвержденным приказом Минобрнауки от 24.12.2009 №827
Рабочая программа рассмотрена и одобрена на заседании кафедры Технология машиностроения, станки и инструменты, протокол №____ от ________________
Зав. кафедрой разработчика: д.т.н., профессор А.В.Козлов ___________________
Разработчик программы: старший преподаватель М.В. Губин _________________
Златоуст, 2011
1. Цели и задачи дисциплины
Целью дисциплины является изучение принципов и методов аппаратного и программного обеспечения систем управления технологическим оборудованием и особенностей его построения для решения задач управления технологическими процессами.
Задачами являются:
изучение принципов работы, технических, конструктивных особенностей разрабатываемых и используемых средств автоматизации управления объектами и процессами на основе микропроцессорной техники;
изучение методов компьютерного моделирования при создании средств автоматизации;
изучение способов программирования микропроцессорных систем и их стандартных устройств.
2.Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина «Аппаратные и программные средства систем управления» относится к дисциплинам по выбору.
Перечень предшествующих дисциплин,
видов работ
|
Перечень последующих дисциплин,
видов работ
|
Б.2.01 Математика.
В.2.01 Информатика.
В.2.05 Управление системами и процессами.
Б.3.06 Технологические процессы в машиностроении
Б.3.10 Электротехника
Б.3.11 Электроника
Б.3.12 Теория автоматического управления
В.3.02 Технология машиностроения.
|
|
Требования к «входным» знаниям, умениям, навыкам студента, необходимым при освоении данной дисциплины и приобретенным в результате освоения предшествующих дисциплин.
Студент должен знать:
основные математические понятия и методы, принципы применения математики на практике;
стандартные программные средства для решения задач в области конструкторско-технологического обеспечения машиностроительных производств;
терминологию и общие понятия основ технологии машиностроения;
сущность и содержание технологической схемы, состав средств технологического оснащения, технологические возможности и области применения технологических процессов изготовления изделий;
тенденции развития и последние достижения в машиностроении (новые высокоэффективные технологические процессы, организационно-технические решения и др.);
основные законы электротехники, принципы построения и работы типовых электротехнических устройств;
принципы действия полупроводниковых приборов;
принципы построения и функционирования устройств аналоговой электроники;
принципы выбора методов анализа и синтеза электронных устройств с заданными статическими и динамическими характеристиками; теоретические основы аналитических и экспериментальных методов исследования математических моделей объектов управления;
иметь представление о типах систем управления (СУ), их моделях и основных характеристиках, методах анализа и синтеза систем управления, в том числе систем с ЭВМ в контуре управления.
Студент должен уметь:
строить математические модели;
применять физико-математические методы для решения задач в области конструкторско-технологического обеспечения машиностроительных производств с применением стандартных программных средств;
применять полученные знания по начертательной геометрии и инженерной графике в прикладных задачах профессиональной деятельности;
оценивать по укрупненным или качественным показателям технико-экономическую эффективность, а также экологические, энерго- и ресурсозатратные и другие характеристики существующих и предполагаемых для внедрения технологических процессов;
проводить расчеты и конструирование деталей и элементов механизмов и машин по основным критериям работоспособности;
объяснять по схемам сущность процесса или операции, технологические режимы и возможности, состав средств технологического оснащения, основные области применения;
обобщать динамические показатели электронных устройств, используя понятия передаточной функции, переходной и импульсной характеристик;
разрабатывать алгоритмы централизованного контроля координат технологического объекта;
выбирать средства при проектировании систем автоматизации управления, программировать и отлаживать системы на базе микроконтроллеров;
проектировать простые программные алгоритмы и реализовывать их на базе программирования.
Студент должен владеть:
навыками современных видов математического мышления, решения задач из различных областей математики, практического использования математических методов и основ математического моделирования;
методами автоформализации знаний, алгоритмизацией, программированием, владение персональным компьютером;
навыками применения стандартных программных средств в области конструкторско-технологического обеспечения машиностроительных производств;
ознакомление с современными методами и средствами автоматизации выполнения и оформления проектно-конструкторской;
основными принципами проектирования технологических процессов сборки машин и технологических процессов изготовления деталей в машиностроительном производстве;
навыками работы с электротехнической аппаратурой и электронными устройствами и методами анализа и обработки результатов измерения;
навыками разрабатывать алгоритмы функционирования управляющих устройств цифровых систем управления и программно реализовать их.
3.Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:
способность к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей её достижения (ОК-1);
способность использовать нормативные правовые документы в своей деятельности (ОК-5);
способность применять основные методы, способы и средства получения, хранения, переработки информации, навыками работы с компьютером как средством управления информацией (ОК-17);
способность работать с информацией в глобальных компьютерных сетях (ОК-18);
способность использовать прикладные программные средства при решении практических задач профессиональной деятельности (ПК-3);
способность собирать и анализировать исходные информационные данные для проектирования технологических процессов изготовления машиностроительной продукции, средств технологического оснащения, автоматизации и управления (ПК-5);
способность участвовать в постановке целей проекта (программы), его задач при заданных критериях, целевых функциях, ограничениях, разработки структуры их взаимосвязи (ПК-6);
способность использовать современные информационные технологии при проектировании машиностроительных изделий, производств (ПК-11);
способность использовать информационные, технические средства при разработке новых технологий и изделий машиностроения (ПК-19);
способность использовать современные информационные технологии при изготовлении машиностроительной продукции (ПК-25);
способность участвовать в разработке программ и методик испытаний машиностроительных изделий, средств технологического оснащения, автоматизации и управления (ПК-28);
способность разрабатывать планы, программы и методики, другие текстовые документы, входящие в состав конструкторской, технологической и эксплуатационной документации (ПК-16);
способность участвовать в организации выбора технологий, средств технологий оснащения, вычислительной техники для реализации процессов проектирования, изготовления, технологического диагностирования и программных испытаний изделий машиностроительных производств (ПК-39);
способность участвовать в организации работ по обследованию и реинженерингу бизнес-процессов машиностроительных предприятий, анализу производственных и непроизводственных затрат на обеспечение требуемого качества продукции, результатов деятельности производственных подразделений, разработке оперативных планов их работы (ПК-41);
способность выполнять работы по моделированию продукции и объектов машиностроительных производств с использованием стандартных пакетов и средств автоматизированного проектирования (ПК-46);
способность применять алгоритмическое и программное обеспечение средств и систем машиностроительных производств (ПК-48);
В результате освоения дисциплины студент должен:
Знать:
принципы построения и современные методы проектирования микропроцессорных систем;
архитектура современных микропроцессоров и микроконтроллеров;
принципы программирования микроконтроллеров;
способы программной реализации и отладки программ для микроконтроллеров;
базовые схемы включения и тестирования МПС;
перспективные методики разработки микроэлектронных устройств.
архитектуру микропроцессорных систем
информационные технологии при проектировании микропроцессорных управляющих систем;
Уметь:
программировать микроконтроллеры;
применять полученные знания, при проектировании средств автоматизации производственных процессов;
применять на практике современные аппаратные и программные средства управления;
использовать информационные технологии при проектировании средств управления на базе микропроцессорной техники.
Владеть:
приемами программирования микроконтроллеров.
4.Объем и виды учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетных единиц, 108 часов.
Вид учебной работы
|
Всего
часов
|
Семестры
|
8
|
|
Общая трудоемкость дисциплины
|
108
|
108
|
|
Аудиторные занятия
|
42
|
42
|
|
Лекции (Л)
|
14
|
14
|
|
Практические занятия, семинары (ПЗ)
|
28
|
28
|
|
Лабораторные работы (ЛР) и (или) другие виды аудиторных занятий
|
–
|
–
|
|
Самостоятельная работа (СРС):
– курсовой проект
– курсовая работа
– реферат
– расчетно-графическая работа
– семестровое задание
– подготовка к экзамену, зачету
– другие виды самостоятельной работы
|
59
|
59
–
–
–
–
–
–
|
|
Контроль самостоятельной работы студента (КСР)
|
7
|
7
|
|
Вид итогового контроля (ИА) (зачет, экзамен)
|
|
зачет
|
|
5. Содержание дисциплины
Номер раздела, темы
|
Наименование
разделов,
тем дисциплины
|
Объем занятий по видам в часах
|
Всего
|
Л
|
ПЗ
|
ЛР
|
СРС
|
КСР
|
ИА
|
1
|
Введение
|
1
|
1
|
–
|
–
|
|
–
|
экз.
|
2
|
Конфигурация систем управления
|
1
|
1
|
|
|
|
|
|
3
|
Архитектура микропроцессора
|
14
|
2
|
2
|
–
|
9
|
1
|
экз.
|
4
|
Организация связи с устройствами ввода-вывода информации систем управления
|
7
|
2
|
4
|
|
|
1
|
|
5
|
Организация связи систем управления с технологическим оборудованием
|
17
|
2
|
4
|
–
|
10
|
1
|
экз.
|
6
|
Общие понятия о локальных и микролокальных управляющих и вычислительных сетях
|
3
|
2
|
|
|
|
1
|
|
7
|
Основы программирования микропроцессоров
|
15
|
4
|
–
|
–
|
10
|
1
|
экз.
|
8
|
Язык ассемблера микропроцессоров
|
19
|
|
8
|
|
10
|
1
|
|
9
|
Программирование стандартных устройств вычислительных и управляющих систем
|
19
|
|
8
|
|
10
|
1
|
|
10
|
Приемы программирования
|
10
|
|
|
|
10
|
|
|
11
|
Средства поддержки процесса программирования
|
2
|
|
2
|
|
|
|
|
5.1. Лабораторные работы
(не предусмотрены учебным планом)
5.2. Практические занятия
Номер занятия
|
Номер
раздела или
темы
|
Наименование и краткое
содержание практических занятий
|
Характер занятий
и цель
|
Кол-во
часов
|
1
|
|
Изучение среды отладчика микроконтроллера
|
|
2
|
2
|
|
Изучение арифметических операций микроконтроллера
|
|
2
|
3
|
|
Изучение логических операций и операций управления микроконтроллера
|
|
2
|
4
|
|
Приемы блочного программирования
|
|
2
|
5
|
|
Разработка функциональной схемы станка с ЧПУ на микроконтроллере
|
|
2
|
6
|
|
Программа управления исполнительными устройствами
|
|
18
|
5.3. Семинары
(не предусмотрены учебным планом)
5.4. Самостоятельная работа студентов
Номер
раздела
|
Наименование и
содержание
разделов,
вынесенных на
самостоятельную
работу
|
Вид работы
|
Объем
работы
в часах
для
одного
студента
|
Список литературы
|
Форма
контроля
|
1
|
Архитектура микропроцессора
|
Изучение темы, не выносимой на лекции
|
10
|
[1,2]
|
Практическая работа
|
2
|
Основы программирования микропроцессоров
|
Изучение темы, не выносимой на лекции
|
14
|
[1,2]
|
Практическая работа
|
3
|
Язык ассемблера микропроцессоров
|
Изучение темы, не выносимой на лекции
|
15
|
[1,2]
|
Практическая работа
|
4
|
Приемы программирования
|
Изучение темы, не выносимой на лекции
|
10
|
[1,2]
|
Практическая работа
|
5
|
Средства поддержки процесса программирования
|
Изучение темы, не выносимой на лекции
|
10
|
[1,2]
|
Практическая работа
|
|
|
|
|
|
|
5.5. Контроль самостоятельной работы студентов
Формы управления самостоятельной работой студента
и формы контроля СРС
|
Кол-во
часов
|
1.Индивидуальные беседы и консультации с преподавателем по темам 2,4,5,6,7,8,9 разделов лекционных и практических занятий, проверка конспектов практических занятий.
|
7
|
|
|
6. Образовательные технологии, используемые в учебном процессе
данной дисциплины (рекомендации преподавателю)
6.1. Интерактивные формы обучения
Интерактивные формы обучения,
применяемые при проведении
практических занятий, лабораторных работ
и семинаров
|
Краткое описание и примеры
использования в темах и разделах,
место проведения
|
Разработка кинематической схемы станка управляемого МК48.
|
Разработка комплекса схем группой студентов.
|
Разработка комплекса программ для станка, управляемого МК48.
|
Разработка комплекса программ группой студентов.
|
Встреча с представителями российских и зарубежных компаний, государственных и общественных организаций
|
|
Мастер-классы экспертов и специалистов
|
|
Другое
|
По всем лекционным темам предусмотрены презентации
|
Удельный вес занятий, проводимых в интерактивных формах в учебном процессе составляет 80% аудиторных занятий.
6.2. Инновационные способы и методы, используемые
в образовательном процессе
Наименование
|
Краткое описание и примеры
использования в темах и разделах
|
1.Использование информационных ресурсов
и баз данных
|
Использование информационных ресурсов Интернет.
Электронно-библиотечная система издательства «Лань».
Использование программных продуктов для МК48.
|
2.Применение электронных мультимедийных учебников и учебных пособий
|
http://paramax.susu.ru
|
3.Ориентация содержания на лучшие отечественные аналоги образовательных программ
|
|
4.Применение предпринимательских идей в содержании курса
|
Разработка прототипов кинематических схем станков и основных алгоритмов управления станков, используемых коммерческими прототипами на рынках.
|
5.Использование проблемно-ориентированного междисциплинарного подхода к изучению наук
|
|
6.Применение активных методов обучения, «контекстного» и «на основе опыта»
|
|
7.Использование методов, основанных на изучении практики (case studies)
|
|
8.Использование проектно-организованных технологий обучения работе в команде над комплексным решением практических задач
|
Работа в группах по разработке кинематических схем и алгоритмов управления станка управляемого МК48.
|
9.Другие
|
|
7. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости,
промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины
и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы
студентов
Примерная тематика курсовых проектов
(не предусмотрены учебным планом)
Контрольные вопросы к практическим работам
1.Определите основные компоненты отладчика микроконтроллера.
2. Определите синтаксис основных арифметических операций микроконтроллера.
3. Определите синтаксис основных логических операций микроконтроллера
4. Определите синтаксис основных операций управления микроконтроллера
5. Определите минимальную временную величину сигналов на внешних каналах (шинах).
6. Определите алгоритм операции вычитания.
7. Определите принципы блочного программирования.
8. Определите точность позиционирования режущего инструмента в рабочей зоне, исходя из принятой кинематической схемы.
9. Определите основные параметры для программирования станка с ЧПУ на микроконтроллере.
10. Опишите основные функции реализуемых перемещений режущего инструмента в рабочей зоне.
8. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
а) основная литература
1. Анкудинов, В. Б. Микропроцессорные устройства систем управления: учеб. пособие/ сост. В. Б. Анкудинов. - Вологда: ВоГТУ, 2009. - 183 с.
2. Максимов, С.П. Аппаратные и программные средства систем управления: учебное пособие к практическим работам / С.П. Максимов, М.В. Губин, В.В. Ворона. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2010. – 61с.
б) дополнительная литература
1. Таранов И.Н., Терентьев О.В., Торопыгин П.А. Программирование микроконтроллеров: учебное пособие к лабораторным работам, ЮУрГУ, - Челябинск: Издательство ЮУрГУ, 2007 – 59с.
2. Однокристальные микроконтроллеры pic 12c5x, pic 12c6x, pic 16x8x, pic 1400: справочник /пер. с англ. Б.Я. Прокопенко. – М.: Додэка, 2000 – 336с.
3. Евстифеев А.В. Микроконтроллеры AVR семейства Classic фирмы «AMTEL», Москва: ИД.-«Додэка-ХХI», 2004г. – 285с.
4. Евстифеев А.В. Микроконтроллеры AVR семейства Tiny и Mega фирмы «AMTEL», Москва: ИД.-«Додэка-ХХI», 2004г. – 558с.
в) отечественные и зарубежные журналы по дисциплине, имеющиеся в библиотеке
г) программное обеспечение и Интернет-ресурсы
Программа Single-Chip Machine 1.37.
Программа Dia для создания диаграмм и алгоритмов.
Электронно-библиотечная система издательства «Лань».
д) методические пособия для самостоятельной работы студента
1. Максимов, С.П. Аппаратные и программные средства систем управления: учебное пособие к практическим работам / С.П. Максимов, М.В. Губин, В.В. Ворона. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2010. – 61с.
9. Материально-техническое обеспечение дисциплины
№
ауд.
|
Основное оборудование, стенды, макеты,
компьютерная техника, наглядные пособия
и другие дидактические материалы,
обеспечивающие проведение лабораторных и практических занятий, научно-исследовательской работы студентов
|
Основное назначение (опытное, обучающее, контролирующее)
и краткая характеристика
использования при изучении
явлений и процессов, выполнении расчетов
|
2-407
|
Презентации по лекционному материалу: http://paramax.susu.ru
|
Обучающее
|
1-213
|
Проектор PT-LB10NTE Panasonic,
компьютер Intel Pentium4 2200 MGhz, Celeron 2200 MGhz, Duron 650 MGhz
|
Обучающее, контролирующее
Для чтения мультимедийных лекций и текущего контроля знаний
|
1-213, 2-407
|
Программы: Single-Chip Machine 1.37, Dia
|
Используются при проведении практических работ
|
|
