билет № 15

УТВЕРЖДАЮ
Директор института ИНК
___________ В.А. Клименов
«____»_____________2011 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
ИНТЕРФЕЙСЫ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМ
НАПРАВЛЕНИЕ (СПЕЦИАЛЬНОСТЬ) ООП
210100 ЭЛЕКТРОНИКА И НАНОЭЛЕКТРОНИКА
ПРОФИЛЬ ПОДГОТОВКИ (СПЕЦИАЛИЗАЦИЯ, ПРОГРАММА)
ЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ, УПРАВЛЕНИЯ,
ДИАГНОСТИКИ В ТЕХНИКЕ И МЕДИЦИНЕ
КВАЛИФИКАЦИЯ (СТЕПЕНЬ) магистр
БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ ПЛАН ПРИЕМА 2011
КУРС 5
СЕМЕСТР 9
КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ
6
ПРЕРЕКВИЗИТЫ
Б3.В5
КОРЕКВИЗИТЫ
M2.Б2
г.
ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС:
Лекции
18
час.
Практические занятия
27
час.
Лабораторные занятия
45
час.
час.
АУДИТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ
90
час.
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА 108
час.
ИТОГО
198
час.
ФОРМА ОБУЧЕНИЯ
очная
ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ
экзамен
ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ
кафедра промышленной и
медицинской электроники Института неразрушающего контроля
ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ_____________(Г.С. Евтушенко)
РУКОВОДИТЕЛЬ ООП
ПРЕПОДАВАТЕЛЬ
_______________ (А.И. Солдатов)
______________ (А.И. Селезнев)
2011 г.
1. Цели освоения дисциплины
Целью учебной дисциплины является:
в области обучения – изучение принципов организации интерфейсов в системах сбора
и обработки информации, управления различными технологическими процессами;
получение знаний по топологиям и архитектуре сетей, способам передачи данных,
протоколам; приобретение навыков расчета и проектирования;
в области воспитания – научить эффективно работать индивидуально и в команде,
проявлять умения и навыки, необходимые для профессионального, личностного развития;
в области развития – подготовка студентов к дальнейшему освоению новых
профессиональных знаний и умений, самообучению, непрерывному профессиональному
самосовершенствованию.
2. Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина М2.В.2.2 «Интерфейсы микропроцессорных систем» относится к
вариативной части профессионального цикла дисциплин. Пререквизитом данной
дисциплины является Б3.В5 «Основы микропроцессорной техники». Предварительно должна
быть обязательно изучена такая дисциплина как Б3.В3 «Цифровые устройства». Параллельно
может изучаться дисциплина М2.Б2 «Компьютерные технологии в научных исследованиях»
3. Результаты освоения дисциплины
В результате освоения дисциплины студент должен будет:
знать
− основные характеристики распространенных интерфейсов и их классификацию;
− интерфейсы и протоколы информационно-управляющего взаимодействия
микропроцессорных систем;
− сетевые протоколы территориально распределенных систем;
− промышленные интерфейсы и протоколы, их особенности и области применения;
− последовательные интерфейсы микропроцессорных систем, их конфигурацию,
протоколы, форматы передачи данных,
уметь
− проводить анализ характеристик существующих систем;
− осуществлять выбор наиболее подходящего для решения поставленной задачи
интерфейса;
− проектировать схемы сопряжения устройств,
владеть методами (приёмами)
− расчета интерфейсных схем;
− разработки программного обеспечения для поддержки
интерфейсам связи;
− организации сетей сбора информации;
− работы с инструментальным программным обеспечением.
взаимодействия
по
В процессе освоения дисциплины у студентов развиваются следующие компетенции:
1.Универсальные (общекультурные) –
способность стремиться к саморазвитию, повышению своей квалификации и мастерства
(ОК-6);
способность использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в
профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и
моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-10).
2
2. Профессиональные –
готовностью учитывать современные тенденции развития электроники, измерительной
и вычислительной техники, информационных технологий в своей профессиональной
деятельности (ПК-3);
способность владеть навыками расчета и проектирования коммуникационных
интерфейсов систем сбора и обработки информации, построенных на базе современных
программно-аппаратных средств отечественных и зарубежных производителей (ПК-4);
способность собирать, обрабатывать, анализировать и систематизировать научнотехническую информацию, использовать достижения отечественной и зарубежной науки,
техники и технологии (ПК-6);
способностью налаживать, испытывать, проверять работоспособность оборудования,
используемого для решения производственных и технологических задач в области расчета,
проектирования и отладки коммуникационно-интерфейсной части систем сбора и обработки
информации (ПК-9).
4. Структура и содержание дисциплины
4.1 Содержание разделов дисциплины:
Введение
Назначение курса и его место подготовке специалиста . Краткий исторический очерк
развития.
Раздел 1. Классификация и стандартизация интерфейсов
Классификация интерфейсов по различным параметрам. Основные понятия и определения.
Стандартизация интерфейсов и протоколов информационно-управляющего взаимодействия
микропроцессорных систем. Логическая, электрическая и конструктивная совместимости.
Раздел 2. Сетевые протоколы и интерфейсы территориально распределенных систем
Интерфейсы RS-232(V.24/V28), RS-422(V.11/X.27), RS-423(V.10/X26), RS-530, RS-449(V.36),
RS-485, интерфейс «токовая петля». Промышленные интерфейсы MODBUS, PROFIBUS
Практические занятия
2.1 Особенности функционирования территориально распределенных систем. Структура
процесса обмена данными по интерфейсу RS-232C. Формат кадра, синхронизация, бит
паритета. Аппаратный и программный способы управления потоком данных. Выбор
скорости обмена информацией.
2.2 Особенности программирования микроконтроллеров C8051F060 на языке ассемблера.
Работа в интегрированной среде Silicon Laboratories IDE. Отладочный комплект C8051F06x
Development Kit.
Лабораторные работы
Лабораторная работа № 1. Реализация обмена данными между микроконтроллером и
персональным компьютером посредством интерфейса RS-232C.
Лабораторная работа № 2. Организация системы сбора информации на основе интерфейса
RS-485.
Раздел 3. Последовательные интерфейсы I2C, SPI, CAN, 1-Wire
Области применения, конфигурация, протоколы, сравнительная
интерфейсов.
Практические занятия
Форматы передач данных, адресация,
информации, способы подсчета CRC.
методы
кодирования
характеристика
информации,
защита
3
Лабораторные работы
Лабораторная работа № 3. Организация обмена данными между микроконтроллером
C8051F060 и часами реального времени DS1390 по интерфейсу SPI
Лабораторная работа № 4. Осуществление обмена данными между микросхемой памяти
EEPROM 24LC32 и микроконтроллером C8051F060 по интерфейсу I2C
Лабораторная работа № 5. Организация системы сбора данных на основе цифрового датчика
температуры DS75LVS+, микросхемы памяти EEPROM 24LC32 и микроконтроллера
C8051F060.
Лабораторная работа № 6. Организация обмена данными между микроконтроллером
C8051F060 и датчиком температуры DS18B20 по интерфейсу 1-Wire.
Раздел 4. Последовательные шины USB, Fire Wire
Структура и взаимодействие устройств шины USB. Топология физической многоярусной и
логической звезды. Host Controller, Root Hub, Hub, Device USB и Function USB.
Практические занятия
Физический интерфейс, модель передачи данных, типы передачи данных, протокол,
форматы транзакций.
Шина IEEE 1394-Fire Wire, характеристики, архитектура, протокол, управление шиной,
изохронная транспортировка данных. Сравнительный анализ последовательных шин.
Лабораторные работы
Лабораторная работа № 7. Разработка и реализация микропроцессорных устройств с USBинтерфейсом.
Раздел 5. Беспроводные системы связи
Радиоканалы, технологии BlueTooth, ZigBee, Wireless USB и их технические характеристики.
Радиорелейные и оптические системы. Системы космической связи.
Лабораторные работы
Лабораторная работа № 8. Исследование работы радиомодуля DP1201A
Раздел 6. Высокоскоростные интерфейсы связи
Протоколы Ethernet в режиме реального времени PROFINET IO, Ethernet/IP и др. Технология
Switch Fabric.
4.2 В таблице 1 приведена структура дисциплины по разделам и видам учебной деятельности
с указанием временного ресурса в часах.
Таблица 1.
Структура дисциплины
по разделам и формам организации обучения
Название раздела/темы
Введение
1. Классификация
и стандартизация
интерфейсов
2. Сетевые протоколы
и интерфейсы
территориально
распределенных систем
4
Аудиторная работа (час)
Практ./сем.
Лекции
Лаб. зан.
Занятия
1
2
1
3
5
12
СРС
(час)
Колл,
Контр.Р.
Итого
6
7
12
15
18
38
3. Последовательные
интерфейсы I2C, SPI,
CAN, 1-Wire
4. Последовательные шины
USB, Fire Wire
5. Беспроводные системы
связи
6. Высокоскоростные
интерфейсы связи
Итого
2
4
20
12
4
8
8
24
2
4
5
12
4
5
18
27
45
Кр. 1
38
44
Кр. 2
23
24
33
108
198
5. Образовательные технологии
Специфика сочетания методов и форм организации обучения отражается в матрице
(см. табл. 2).
Таблица 2.
Методы и формы организации обучения (ФОО)
ФОО
Лекц.
Методы
IT-методы
Работа в команде
Case-study
Игра
Методы проблемного
обучения
Обучение
на основе опыта
Опережающая
самостоятельная
работа
Проектный метод
Поисковый метод
Исследовательский
метод
Междисциплинарное
обучение
Лаб.
раб.
Пр. зан./
Сем.,

Тр*.,
Мк**
СРС
КП












* - Тренинг, ** - Мастер-класс
6. Организация и учебно-методическое обеспечение
самостоятельной работы студентов
Приводится характеристика всех видов и форм самостоятельной работы студентов,
включая текущую и творческую/исследовательскую деятельность студентов:
6.1
Текущая СРС, направленная на углубление и закрепление знаний
студента, развитие практических умений:
- работа с лекционным материалом;
- подготовка к лабораторным занятиям;
- обзор литературы и электронных источников информации по индивидуально
заданной проблеме курса (рекомендуется в случае недостаточного усвоения
материала, а также студентам, пропустившим аудиторные занятия по какой-либо
теме);
5
опережающая самостоятельная работа;
изучение тем, вынесенных на самостоятельную проработку (используется для тем,
не вошедших из-за недостатка времени в лекционный курс, но имеющих
непосредственное отношение к данной дисциплине);
- подготовка к контрольным работам, экзамену.
Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа (ТСР):
- поиск, анализ, структурирование информации
- анализ научных публикаций по заранее определенной преподавателем теме.
Содержание самостоятельной работы студентов по дисциплине
Темы, выносимые на самостоятельную проработку:
- Особенности работы HART-протокола
- Параллельный интерфейс Centronics и LPT-порт
- Внешние параллельные интерфейсы персональных компьютеров.
- Системные интерфейсы ISA, EISA, MCA, VLB, PCI. Сравнительная
характеристика системных интерфейсов.
Контроль самостоятельной работы
Оценка результатов самостоятельной работы организуется как единство двух форм:
самоконтроль и контроль со стороны преподавателей. В частности, предусмотрена
процедура защиты лабораторных работ.
Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов
Указываются образовательные ресурсы, рекомендуемые для использования при
самостоятельной работе студентов, том числе программное обеспечение, Internet- и
Intranet-ресурсы (электронные учебники, компьютерные модели и др.), учебные и
методические пособия, справочники, задачники и др.
-
6.2.
6.3
6.4
7. Средства (ФОС) текущей и итоговой оценки
качества освоения дисциплины
Примеры экзаменационных билетов
БИЛЕТ № 4
1. Системные интерфейсы персональных компьютеров. Сравнительная
характеристика.
2. Физическая и логическая организация USB-шины.
3. Разработать схему подключения микросхемы EEPROM памяти 24LC32 к
микроконтроллеру C8051F060. Привести алгоритм работы программы МК.
БИЛЕТ № 15
1. Механизм прерываний USB-шины.
2. Сравнительная характеристика технологий Bluetooth, ZigBee, Wireless USB.
3. Разработать принципиальную схему системы измерения температуры на основе
цифрового датчика температуры DS18B20 и микроконтроллера C8051F060.
Привести алгоритм работы программы МК.
1.
2.
3.
4.
6
БИЛЕТ № 21
Классификация интерфейсов. Основные понятия и определения.
Интерфейсы RS-232 и RS-485
Высокоскоростные интерфейсы связи. Протокол Ethernet.
Разработать схему подключения часов реального времени DS1390
микроконтроллеру C8051F060. Привести алгоритм работы программы МК.
к
8. Рейтинг качества освоения дисциплины
Качество освоения дисциплины оценивается согласно кредитно-рейтинговой системе
организации учебного процесса в Институте неразрушающего контроля.
Рейтинг-план рассчитывается из 100 баллов на текущую успеваемость: 60 баллов
выделяется на выполнение обязательных видов занятий (лабораторные работы); 40 баллов –
на рубежный контроль (контрольные работы). Студент, выполнивший и защитивший
курсовой проект, выполнивший обязательные пункты рейтинг-плана и набравший по итогам
текущей успеваемости не менее 51 балла, допускается к экзамену.
Промежуточная аттестация (в конце семестра) предусматривает экзамен.
Экзаменационный билет включает два теоретических вопроса и одну задачу. Оценка по
результатам экзамена выставляется по 100-балльной и по 5-балльной системе.
Рейтинг-план дисциплины приведен в отдельном файле.
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
Основная литература:
1. Гук М. Интерфейсы персональных компьютеров. С-Пб.: Бином, 2005. – 300 с.
2. Олифер В. Г., Олифер Н. А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы.
Учебник для вузов, - Л: Питер, 2007. – 960 с.
3. В. Л. Бройдо. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. Л: Питер, 2006. –
704 с.
4. Агуров П. В. Практика программирования USB. – СПб.: БХВ – Петербург,
2006. – 624 с.
Дополнительная литература:
1. Нортон П. Программно-аппаратная организация IBM PC: Пер. с англ.- М.: Радио и
связь, 1991. – 328 с.
2. Букреев В. Г. , Гусев Н. В. Delphi-6 – среда разработки программного обеспечения для
систем промышленной автоматизации: Учебное пособие. – Томск: Изд-во ТПУ, 2004.
– 106 с.
3. Воробьева Г. С., Сорокин П. В., Моор Э. Ю. Исследование работы радиомодуля
DP1201A. Методические рекомендации. – Томск, 2009. – 22с.
4. Воробьева Г. С., Солдатов Ю. В. CAN-интерфейс. Методические рекомендации по
применению технологии CAN. – Томск, 2006. – 30с.
5. Воробьева Г. С., Хамухин Е. А. Однопроводной интерфейс 1-Wire. Методические
рекомендации по применению технологии 1-Wire. – Томск, 2005. – 30с.
6. Воробьева Г. С., Селезнев А. И. Интерфейсы микропроцессорных систем: учебное
пособие / Г. С. Воробьева, А. И. Селезнев. - Томск: Изд-во Томского
политехнического университета, 2008. - 165с.
7. Воробьева Г. С., Мартемьянов С. М. Разработка программ в среде Delphi для
виртуального
СОМ-порта.
Методические
рекомендации.
–
Томск,
2008. – 16с.
Программное обеспечение и Internet-ресурсы:
1.
2.
3.
4.
http://www.mycomp.com.ua
http://www.maxim-ic.com – официальный сайт Maxim Dallas
http://www.microchip.com – официальный сайт фирмы Microchip
PIC 16F87x 28/40-pin 8-Bit CMOS FLASH Microcontroller / DS30292B Microchip
Technology Inc 1999
5. Datasheet F60-67.
6. Datasheet c8051f.xxx.
7. ATMEL AVR AT90S8535 datasheet; Rev. 1041H-11/01.
7
8. MPLAB IDE, SIMULATOR, EDITOR USER’S GUIDE.
9. http://www.gamma.spb.ru - сайт фирмы «Гамма», Санткт-Петербург.
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Лаборатория Микропроцессорных устройств (ауд. № 249, корпус 16-в ТПУ):
1.
2.
3.
4.
Осциллограф GDS-820C – 8 шт.
Отладочный комплект C8051F06x Development Kit. – 12 шт.
Лабораторный блок питания – 10 шт.
Персональный
компьютер
с
интегрированной
Silicon Laboratories IDE. – 10 шт.
средой
разработки
Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с требованиями
ФГОС по направлению и профилю подготовки 210100 ЭЛЕКТРОНИКА И
НАНОЭЛЕКТРОНИКА.
Программа одобрена на заседании
кафедры промышленной и медицинской электроники
Института неразрушающего контроля
(протокол № ____ от «___» _______ 2011 г.).
Автор: Селезнев Антон Иванович
Рецензент(ы) __________________________
8