нформационные технологии в преподавании курса “автоматизация физических исследований”

Информационные
технологии в преподавании курса “автоматизация физических
исследований”
Л.В.Горчаков
Томский государственный университет
E-mail:gorchakov@phys.tsu.ru
Достижения в области информационных технологий и появление новых стандартов образования
привели к появлению в учебных планах физических специальностей университетов многих новых курсов и
к изменению содержания некоторых старых курсов. К первым можно отнести курсы по
мультимедиатехнологиям и по современным аудио и видеосистемам и средствам. Ко вторым можно отнести
традиционный курс по автоматизации физических исследований. В данном докладе речь пойдет о втором
типе курсов. Традиционное использование компьютера в виде печатной машинки в худшем случае, а в
лучшем случае в виде устройства для расчетов, результатом которых опять же являются печатные
документы или картинки в настоящее время сменяется использованием встроенных компьютеров во всех
отраслях народного хозяйства для управления, автоматизации различных процессов. Первым из таких
применений является как раз использование компьютеров для управления физическими экспериментами.
В данном докладе рассматривается структура курса по автоматизации физических исследований,
аппаратное и программное обеспечение этого курса. В целом курс состоит из четырех частей: автоматизация
средств измерений, характеристики средств измерений и методы обработки результатов измерений,
элементная база средств измерений, сопряжение средств измерений с компьютером. В первой части
рассматриваются структурные схемы измерительных систем, измерительные преобразователи и
коммутаторы. Вторая часть содержит динамические и статические характеристики средств измерений,
погрешности и методы обработки измерений.
Третья часть включает разделы электроники -теоретическое описание функционирования элементной базы,
комбинационные и последовательностные устройства, операционные усилители, АЦП и ЦАП, устройства
выборки и хранения, шинные системы и логическую блок-схему мультипроцессорной системы. Четвертая
часть посвящена вопросам сопряжения измерительных устройств с компьютером. В ней рассматриваются
последовательный и параллельный интерфейс, игровой порт, магистраль ISA и USB- шин, их строение и
использование для управления экспериментом. Приводятся примеры построения автоматизированных
установок для измерения температуры и освещенности. В заключении рассматриваются современные
устройства для сопряжения с экспериментом- УСО для машин класса Yamaha, управляющие компьютеры CControl, виртуальная лаборатория LabView, устойства фирмы National Instuments-Agilent technology.
Особенностью данного курса является то, что информационные технологии в нем используются
двояко- во-первых, в процессе чтения лекций в целях демонстрации, и во-вторых, на лабораторных
занятиях, где те же компьютеры используются для создания лабораторных комплексов. Курс включает
шесть лабораторных работ, которые предназначены для закрепления полученных теоретических знаний и
приобретения практических навыков работы с аппаратурой. В них входит лабораторный стенд по
радиоэлектронике, включающий практически все микросхемы российской промышленности, с помощью
которых можно собрать даже компьютер. Стенд используется для закрепления навыков по третьей части
курса. Для подключения к портам компьютера созданы макеты для ввода и вывода информации в
компьютер. Разработана схема для управления шаговым двигателем. Для освоения работы с современными
управляющими системами приобретена линейка устройств C-Control, которая позволяет создавать любые
автоматизированные установки. Программное обеспечение работает в трех вариантах- визуальное
программирование, программирование на языках Бейсик и Си.
Виртуальная лаборатория LabView и устройства С-Control позволяют создавать установки с удаленным
управлением по Интернету.