Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Дальневосточный государственный университет путей сообщения»

Государственное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
«Дальневосточный государственный университет путей сообщения»
Естественно-научный институт
полное наименование института, факультета
УТВЕРЖДАЮ
Заведующий кафедрой
_______________/В.А. Максименко/
подпись, Ф.И.О.
«__» _______________ 2010 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
дисциплины
Микропроцессорная техника в оптических
системах связи ____________________
(наименование дисциплины)
для специальности(ей) 21040165 «Физика и техника оптической связи»
(шифр и наименование специальности)
Составитель (и)
Король Н.А., преподаватель
(Ф.И.О., должность, ученое звание)
Обсуждена на заседании кафедры «Оптические системы связи»
«__» _____________20___ г., протокол № _____
Одобрена на заседании методической комиссии
Естественно-научного института
(учебное структурное подразделение)
«__» _____________20___ г., протокол № _____
Председатель ________________________/__________________/
(подпись, Ф.И.О.)
2010 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
по дисциплине
специальности
Микропроцессорная техника в оптических
системах связи
Физика и техника оптической связи
1 Цели и задачи дисциплины
1.1 Цель преподавания дисциплины
Целью преподавания дисциплины «Микропроцессорная техника в
оптических системах» является изучение возможностей и основных
тенденций развития микропроцессорной техники, общих принципов
построения оборудования цифровой и оптической связи на основе
средств микропроцессорной техники, основных принципов реализации
алгоритмов цифровой обработки сигналов и алгоритмов управления и
контроля с помощью микропроцессоров, формирование навыков разработки и отладки прикладного программного обеспечения и обеспечение подготовки специалистов в области практического использования микропроцессорных средств при разработке и эксплуатации оборудования многоканальных цифровых и оптических систем передачи.
1.2 Задачи изучения дисциплины
1.2.1 Знание основных направлений использования микропроцессорных средств в технике многоканальных цифровых и оптических систем передачи.
1.2.2 Знание основных возможностей современных микропроцессорных средств - микроконтроллеров, сигнальных и специализированных микропроцессоров.
1.2.3 Владение навыками практической реализации основных
функций цифровых и оптических систем передачи с помощью средств
микропроцессорной техники.
Для успешного изучения дисциплинарного модуля необходимо
хорошо освоить дисциплины «Высшая математика», «Информатика»,
«Дискретная математика».
Логические связи курса «Микропроцессорная техника в оптических системах связи» с другими дисциплинами представлены в таблице 1.
2
Таблица 1
Логические связи курса «Микропроцессорная техника в оптических
системах связи»
с другими дисциплинами
№
п/п
1
2
3
Наименование обеспечивающих
дисциплин
Высшая математика
Информатика
Дискретная математика
Элемент модуля
(раздел)
1
2
3
4
5
+
3
+
+
+
+
+
+
+
+
+
2 Состав и объем дисциплины
Дисциплина «Микропроцессорная техника в оптических системах
связи» изучается в течение 9-го семестра (16 недель) и включает:
- лекций
- 32 часа
- лабораторных работ
- 32 часа
- практических занятий
- 16 часов
- итого аудиторных занятий - 80 часов
- самостоятельная работа
- 68 часов
- курсовая работа
- экзамен
3 Структура дисциплины «Микропроцессорная техника в оптических системах связи»
Дисциплина «Микропроцессорная техника в оптических системах
связи» включает в себя изучение элементов модуля (разделов), перечисленных в таблице 2.
Таблица 2
Перечень элементов модуля (разделов) дисциплины
«Микропроцессорная техника в оптических системах связи»
№
1
2
3
4
5
Название элемента модуля (раздела)
Микропроцессорная техника: основные направления развития
и использования
Принципы построения и функционирования микропроцессорных систем
Микроконтроллеры серии PIC
Разработка микропроцессорной системы
Микропроцессорная техника в системах связи
4
4 Содержание лекционного курса
Перечень тем лекционного курса и их краткое содержание приведено в таблице 3.
Таблица 3
Тематическое содержание лекционного курса
Элемент
модуля
Лекция
1
2
1
3
Тема, краткий перечень рассматриваемых
вопросов
Основные направления и тенденции развития средств микропроцессорной техники
Обобщенная
схема
информационновычислительной системы. Типы архитектуры
микропроцессоров и их свойства. Классификация средств микропроцессорной техники.
Основные семейства микропроцессоров.
Основные
направления
использования
средств микропроцессорной техники в
цифровой и оптической связи
Управление, мониторинг, контроль. Цифровая обработка сигналов. Цифровая фильтрация. Спектральный анализ и обработка
сигналов. Реализация функций узлов оптической и цифровой связи. Функциональные
преобразования.
Инструментальные аппаратные и программные средства программирования и
отладки программного обеспечения микропроцессорных систем
Основные этапы разработки и отладки микропроцессорного прикладного программного
обеспечения.
Языки
программирования.
Компиляция. Ассемблер и трансляция программы. Эмуляторы и симуляторы микропроцессоров. Работа с файлами входных и
выходных данных.
5
Кол-во
часов
2
2
2
4
5
6
2
7
Микроконтроллеры общего назначения и их
применение в цифровых и оптических системах передачи
Основные семейства микроконтроллеров
(МК). Организация памяти в микроконтроллерах. Регистры специальных функций. Организация портов МК. Операции в портах.
Система команд МК. Организация прерываний в МК. Таймеры в МК. Последовательные
порты МК.
Микропроцессоры цифровой обработки сигналов и их применение в цифровых и оптических системах передачи
Основные семейства сигнальных микропроцессоров (СМП). СМП с одноадресной системой выбора операндов. Архитектура, система команд, ввод и вывод информации.
СМП с двухадресной системой выбора операндов. Архитектура, система команд, ввод и
вывод информации. Организация прерываний. Последовательный интерфейс. Таймеры. Аппаратный умножитель. Компрессия
информации. Программная модель. Работа в
режиме с плавающей точкой. Многофункциональные операции. Организация буферов.
Аналоговый интерфейс. Реализация цифровых фильтров на СМП.
Организация обмена информацией. Функции
устройств магистрали
Шины микропроцессорной системы и циклы
обмена. Циклы программного обмена. Циклы
обмена по прерываниям. Циклы обмена в
режиме ПДП. Прохождение сигналов по магистрали. Функции устройств магистрали,
процессора, памяти и устройств ввода/вывода.
Адресация операндов. Система команд процессора
Методы адресации. Сегментирование памяти. Регистры процессора. Команды пересылки данных. Арифметические команды. Логические команды. Команды переходов. Быстродействие процессора.
6
2
2
2
2
8
9
10
11
3
12
4
13
Процессорное ядро и память микроконтроллера
Структура процессорного ядра МК. Система
команд МК. Схема синхронизации МК. Память программ и данных МК. Регистры МК.
Стек МК. Внешняя память.
Организация связи микроконтроллера с
внешней средой и временем
Порты ввода/вывода. Таймеры и процессоры
событий. Модуль прерываний МК.
Вспомогательные аппаратные средства
микроконтроллера
Уменьшение энергопотребления в системе
на основе МК. Тактовые генераторы МК. Аппаратные средства обеспечения надежной
работы МК. Схема формирования сигнала
сброса МК. Блок детектирования пониженного напряжения питания.
Аппаратные средства микроконтроллеров
серии PIC
Основные особенности микроконтроллеров
серии PIC. Состав и назначение семейств
PIC-контроллеров. Схема тактирования и
цикл выполнения команды. Организация памяти программ и стека. Регистры специального назначения.
Специальные функции и система команд
микроконтроллеров серии PIC
Специальные функции. Перечень и форматы
команд. Команды работы с байтами. Команды работы с битами. Команды управления и
работы с константами. Особенности программирования и отладки.
Особенности
разработки
цифровых
устройств на основе микроконтроллеров
Разработка микропроцессорной системы на
основе микроконтроллера. Основные этапы
разработки. Разработка и отладка аппаратных средств. Разработка и отладка программного обеспечения. Методы и средства
совместной отладки аппаратных и программных средств.
7
2
2
2
2
2
2
14
15
5
16
Разработка программного обеспечения для
микроконтроллеров серии PIC
Ассемблер MPASM. Компоновщик MPLINK.
Менеджер библиотек MPLIB. Симулятор
MPSIM.
Специализированные микропроцессоры в
цифровых и оптических системах передачи
Согласование микропроцессорных средств с
аналоговыми цепями. Микропроцессоры линейного стыка HDB-3 (КВП-3).
Согласование микропроцессорных средств
с первичными цифровыми потоками Е1
Микропроцессоры согласования скоростей
цифровых потоков. Микропроцессоры для
подавления дрожания фазы цифрового потока. Микропроцессоры сжатия речевой информации. Микропроцессоры станционных
цифровых автоответчиков.
Итого
8
2
2
2
32
5 Содержание лабораторных работ
Целью лабораторных работ является приобретение практических
навыков работы с эмуляторами микроконтроллеров и написания программ на языке ассемблер.
Методическим обеспечением проведения лабораторных работ
являются учебники, методические указания и пособия.
Таблица 4
Перечень лабораторных работ
Элемент
модуля
№
1
3, 4
2
3
4
5
Содержание лабораторных работ
Основы работы с программой PIC Simulator.
Управление светодиодом.
Генерация звукового сигнала.
Обработка нажатия кнопки.
Обработка прерывания.
Управление семисегментным индикатором.
Итого
9
Кол-во
часов
8
6
6
6
6
32
6 Содержание практических занятий
Целью практических занятий является закрепление теоретического материала и подготовка условий для выполнения курсовой работы
«Реализация генератора аналоговых периодических сигналов на основе микроконтроллера PIC16F84A».
Содержание практических занятий представлено в таблице 5.
Таблица 5
Содержание практических занятий
Элемент
модуля
№
5
1
2
2
3
4
3
5
6
7
8
Содержание практических занятий
Реализация спектрального анализа с помощью МК и обработки сигнала в частотной
области. Преобразование Фурье
Дополнительные модули МК. Цифроаналоговый преобразователь
Программирование микроконтроллеров серии PIC
Счетчик команд. Непосредственные арифметические операции над счетчиком команд
Принципы расчета длительности выполнения программы МК
Табличная конвертация, ее применение в
программе управления шаговым двигателем
Защита курсового проекта
Защита курсового проекта
Итого
10
Кол-во
часов
2
2
2
2
2
2
2
2
16
7 Содержание материала самостоятельных занятий
7.1 Курсовая работа
Целью курсовой работы «Реализация генератора аналоговых периодических сигналов на основе микроконтроллера PIC16F84A» является закрепление теоретического материала изложенного в рамках
лекционного курса. Выполнение студентами курсовой работы является важным средством более глубокого усвоения учебного материала и
приобретения практических навыков написания программ на языке ассемблер.
Содержание курсовой работы представлено в таблице 6.
Таблица 6
Разделы курсовой работы
Элемент
Раздел
модуля
5
1
4
2
3
3
3
4
3
2
5
6
Содержание раздела
Исследование вопросов реализация спектрального
анализа с помощью МК и обработки сигнала в частотной области.
Построение блок-схемы алгоритма программы. Освоение принципа табличной конвертации.
Расчет времени задержки сигнала на линиях порта В.
Составление таблицы амплитуд «ступенек» выходного сигнала.
Написание текста программы, отладка программы.
Выбор цифро-аналогового преобразователя.
7.2 Самостоятельное изучение тем
Список тем для самостоятельного изучения приведен в таблице 7.
Таблица 7
Список тем для самостоятельного изучения
Элемент
модуля
1
№
Содержание раздела
1
Основные направления использования средств микропроцессорной техники в цифровой и оптической
связи. Защита информации от несанкционированного
доступа.
11
4
2
5
3
5
4
2
5
3
6
Инструментальные аппаратные и программные средства программирования и отладки программного
обеспечения микропроцессорных систем. Загрузка
отлаженных программ в память микропроцессора.
Отладочные наборы KIT.
Микроконтроллеры общего назначения и их применение в цифровых и оптических системах передачи.
Микропроцессоры цифровой обработки сигналов и их
применение в цифровых и оптических системах передачи.
Вспомогательные аппаратные средства микроконтроллера. Сторожевой таймер. Дополнительные
модули МК. Модули последовательного и аналогового ввода/вывода.
Аппаратные средства микроконтроллеров серии PIC.
Счетчик команд. Прямая и косвенная адресация.
Порты ввода/вывода. Память данных EEPROM. Организация прерываний.
7.3 Подготовка к лекциям
Основная цель данного вида самостоятельной работы - закрепление и развитие знаний, полученных на лекциях. Минимальный объем в часах из расчета 0,2 часа на 1 час лекции и составляет 7 часов.
7.4 Подготовка к лабораторным работам
Основная цель данного вида самостоятельной работы - закрепление и развитие знаний, полученных на лабораторных работах. Минимальный объем в часах из расчета минимум 0,5 часа на 1 час лабораторного занятия и составляет 16 часов.
7.5 Подготовка к практическим занятиям
Основная цель данного вида самостоятельной работы - закрепление и развитие знаний, полученных на практических занятиях. Минимальный объем в часах из расчета минимум 0,5 часа на 1 час практического занятия и составляет 8 часов.
7.6 Подготовка к промежуточному тестированию
Основная цель данного вида самостоятельной работы - закрепление и систематизация знаний, полученных на аудиторных занятиях.
12
В соответствии с календарным планом дисциплины предусмотрен
один рубежный контроль знаний в виде тестирования. Для подготовки
к тестированию выделено 4 часа времени самостоятельной работы.
7.7 Подготовка к экзамену
На подготовку к экзамену в конце изучения дисциплины выделятся в соответствии с нормами – 9 часов.
13
8 Форма контроля усвоения материала
Текущий контроль усвоения теоретического курса в течение семестра осуществляется на консультациях, лабораторных и практических занятиях и при защите курсовой работы в виде устного опроса.
Рубежный контроль знаний проводится после изучения нескольких
разделов дисциплины с использованием составленных тестов. В конце семестра степень овладения материалом дисциплины проверяется
на экзамене.
14
9 Вопросы к экзамену
Таблица 8
Вопросы для подготовки к экзамену
№
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
Вопрос
Микропроцессорная система. Микропроцессор. Структура микропроцессорной системы.
Шины микропроцессора.
Режимы работы (обмена по магистрали) микропроцессорной системы.
Архитектура микропроцессорных систем.
Классификация микропроцессорных систем.
Типы обмена информацией по магистрали. Обмен по мультиплексированной асинхронной магистрали Q-bus.
Типы обмена информацией по магистрали. Обмен по немультиплексированной синхронной магистрали ISA.
Циклы обмена по прерываниям.
Циклы обмена в режиме прямого доступа к памяти.
Адресация операндов.
Классификация и структура микроконтроллеров. Структура процессорного ядра.
Память программ и память данных микроконтроллера.
Микроконтроллеры PIC 16F84A: конструкция, организация памяти программ и памяти данных.
Микроконтроллеры PIC 16F84A: регистры специального назначения.
Микроконтроллеры PIC 16F84A: система команд.
Разработка микропроцессорной системы на основе микроконтроллера.
Архитектура ПК.
Устройства ввода/вывода ПК.
Память ПК.
15
10 Примерный календарный план дисциплины
16
17
18
11 Литература
Список основной литературы
1. Сташин В.В. и др. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах / В.В. Сташин, А.В. Урусов, О.Ф.
Мологонцева. - М.: Энергоатомиздат, 1990, 224с.
2. Однокристальные микроЭВМ. М.: МИКАП, 1994.
3. Цифровые процессоры обработки сигналов: Справочник / А.Г.
Остапенко, С.И. Лавлинский, А.В.Сушков и др. Под ред. А.Г.
Остапенко. М.: Радио и связь, 1994.
Список дополнительной литературы
1. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: Справочник/С.В. Якубовский, Л.И. Ниссельсон, В.И. Кулешова и др.; под
ред.С.В. Якубовского-М.: Радио связь, 1990, 496с.
2. Злобин В.К., Григорьев В.Л. Программирование арифметических
операций в микропроцессорах:: Учебн. пособие для технических
ВУЗов.- М.: Высш. шк., 1991, 303с.
3. Григорьев В.Л. Программирование однокристальных микропроцессоров. - М.: Энергоатомиздат, 1987, 288с.
4. Блейхут Р., Быстрые алгоритмы цифровой обработки сигналов. –
М.: Мир, 1989, 488с.
19
12 Методическое обеспечение дисциплины
1. Рекомендуемая для изучения дисциплины основная и дополнительная литература, методические пособия и указания для выполнения курсовой работы приведены в разделе 9.
2. Технические средства обучения: проведение лабораторных работ осуществляется в компьютерном классе, с помощью программы
PIC Simulator.
20