Основы автоматизации эксперимента

А.Е.Пряхин – доцент кафедры ядерной физики БГУ, кандидат технических наук, доцент.

Программа  учебной дисциплины   «Основы  автоматизации  эксперимента» разработана для специальностей    1-31 04 07  Физика наноматериалов и нанотехнологий; 1-31 04 08  Компьютерная физика и 1-31 04 01-01  Физика (научно-исследовательская деятельность).

Целью курса является обучение студентов основам автоматизации современного  физического эксперимента, базирующегося на широком применении средств вычислительной техники, математической основой работы которых является булева алгебра, а технической – интегральные логические схемы. Также в физическом эксперименте широко применяются первичные преобразователи (датчики), которые обеспечивают преобразование физической величины в пропорциональный Материал курса основан на знаниях и представлениях,  основе. Далее в курсе изучаются основные типы датчиков физических величин, принципы усиления и  фильтрации электрических сигналов с их выхода, методы и структуры цифро-аналоговых и аналого-цифровых преобразователей, изучаются области их применения.

Основная цель курса – предоставить студентам материал на системном уровне и на уровне проектирования и анализа элементарных узлов.

Студенты должны овладеть знаниями в области преобразования чисел в компьютерных системах, уметь читать электронные схемы, знать современную элементную базу автоматизированных систем, уметь проектировать простейшие комбинационные и последовательностные схемы по исходным логическим уравнениям или временным диаграммам.

Материал курса  основан на знаниях и представлениях, заложенных в общих курсах по электричеству, оптике, атомной физике, радиоэлектронике, физической метрологии и многих других спецкурсах, читаемых на специализирующих кафедрах.

В цикле лабораторных работ изучаются вопросы по цифровой электронике, способы связи ЭВМ и физического эксперимента. Изучаются способы цифро-аналогового и аналого-цифрового преобразования.

Общее количество часов, отводимых на изучение учебной дисциплины  – 158, аудиторное количество часов – 80, из них: лекции — 45, лабораторные занятия – 36. Занятия проводятся на 3-м курсе в 5-м семестре. Форма текущей аттестации по учебной дисциплине – экзамен и  зачет по лабораторным занятиям.

 

Введение. Структура автоматизированного эксперимента. Назначение элементов автоматизированного эксперимента. Частотные свойства сигналов и требования к измерительному тракту. Эффект наложения спектров и способы его уменьшения. Дискретизация и квантование сигналов. Анализ и синтез комбинационных схем. Булевы функции одной и нескольких переменных. Аксиомы и законы булевой алгебры. Совершенные нормальные формы. Минимизация булевых функций. Логические интегральные схемы. ТТЛ, ЭСЛ, КМОП логические интегральные схемы. Схемотехника, основные характеристики и параметры. Представление информации в ЭВМ. Системы счисления и коды. Перевод чисел из одной системы в другую. Представление отрицательных чисел. Прямой, обратный, дополнительный коды. Комбинационные схемы. Уравнения комбинационных схем. Минимизация комбинационных схем. Карты Карно. Схемы сравнения чисел. Сложение-вычитание чисел. Шифраторы, дешифраторы, мультиплексоры, демультиплексоры, Преобразователи кодов. Последовательностные схемы. Триггеры. Асинхронные, синхронные триггеры. RS-, D-, JK-триггеры. Триггеры в интегральном исполнении. Регистры, применение регистров. Счетчики. Двоичные, десятичные счетчики. Счетчики с произвольным модулем счета. Вычитающие и реверсивные счетчики. Синтез синхронных счетчиков. Полупроводниковые запоминающие устройства. Классификация устройств памяти. Основные типы и характеристики микросхем памяти. ЗУ с произвольным доступом. Статические и динамические ЗУ. Постоянные ЗУ. Применение ЗУ. Первичные преобразователи. Основные термины и определения. Основные типы первичных преобразователей, их характеристики. Примеры первичных преобразователей. Схемы включения. Усиление и фильтрация сигналов. Основные характеристики усилителей электрических сигналов. Схемы включения усилителей. Инструментальные усилители. Частотные электрические фильтры. Вторичные преобразователи. Устройства опорного напряжения. Устройства выборки-хранения, компараторы. Цифро-аналоговые преобразователи. Структура и методы построения. ЦАП с весовыми резисторами. ЦАП с матрицей R-2R. Нелинейные ЦАП. Основные погрешности ЦАП. Аналого-цифровые преобразователи. Методы аналого-цифрового преобразования. Преобразователи напряжение-частота. Интегрирующие АЦП. Сигма-дельта преобразователи. Применение ЭВМ в автоматизированном эксперименте. Архитектура ЭВМ. Оперативное запоминающее устройство. Архитектура процессора. Магистраль в ЭВМ. Способы передачи данных. Интерфейсы. Программное обеспечение автоматизированного эксперимента. Системные и прикладные программы.

 

Не указан