Программа дисциплины "Схемотехника" для специальности 230100. 62 "Информатика и вычислительная техника"



Скачати 189.91 Kb.
Дата конвертації26.04.2016
Розмір189.91 Kb.

Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»


Программа дисциплины "Схемотехника" для специальности 230100.62 "Информатика и

вычислительная техника" подготовки бакалавров







Правительство Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
"Национальный исследовательский университет
"Высшая школа экономики"

Московский институт электроники и математики Национального исследовательского университета «Высшая школа экономики»


Факультет информационных технологий и вычислительной техники

Программа дисциплины

Схемотехника


для направления .
Автор программы: Сафонов Сергей Николаевич, ssafonov@hse.ru

Одобрена на заседании кафедры

«___»____________ 20 г.

Зав. кафедрой _________________________В.Н. Азаров

Утверждена УС МИЭМ НИУ ВШЭ «___»_____________20 г.

Ученый секретарь_____________________ В.П. Симонов


Москва, 2013



Настоящая программа не может быть использована другими подразделениями университета и другими вузами без разрешения кафедры-разработчика программы.
  1. Область применения и нормативные ссылки


Настоящая программа учебной дисциплины устанавливает минимальные требования к знаниям и умениям студента и определяет содержание и виды учебных занятий и отчетности.

Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов направления подготовки 23010.62 "Информатика и вычислительная техника" изучающих дисциплину «Схемотехника».

Программа разработана в соответствии с:


  • Федеральным государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования от 09.11.2009 №553 по направлению подготовки бакалавров.

  • Рабочим учебным планом университета по специальности 230100.62 «Информатика и вычислительная техника».
  1. Цели освоения дисциплины


Целями освоения дисциплины «Схемотехника» являются: изучение студентами типовых схемотехнических решений, методов расчета и автоматизированного проектирования электронных узлов и блоков современной электронно-вычислительной аппаратуры.
  1. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины


Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:

ОК-1, ОК-2, ОК-6, ОК-12, ПК-2, ПК-6, ПК-7, ПК-9, ПК-10, ПК-11


В результате изучения дисциплины студенты должны:

  • Знать:

- сущность физических процессов, протекающих в электронных схемах;

- терминологию в данной предметной области;

- принцип действия типовых электронных узлов и методики их расчета;


  • Уметь:

- пользоваться методами анализа и синтеза аналоговых и цифровых устройств;

- обоснованно использовать современную элементную базу;



  • Владеть:

- методами анализа электронных схем;

- навыками оформления схемотехнической документации;

- методами проектирования типовых функциональных узлов ЭВМ.

  1. Место дисциплины в структуре образовательной программы


Настоящая дисциплина относится к профессиональному циклу (Б.3), базовой части (Б.3.Б.01.00).
Изучение данной дисциплины базируется на следующих дисциплинах:

  • Математический анализ, Физика, Электротехника и электроника, Информатика, Организация ЭВМ.

Для освоения учебной дисциплины, студенты должны владеть следующими знаниями:



  • Дифференциальное и интегральное исчисления, линейная алгебра и аналитическая геометрия

  • Электричество и магнетизм, цепи постоянного тока, цепи переменного тока, переходные процессы

  • Алгебра логики

  • Организация ЭВМ

Основные положения дисциплины должны быть использованы в дальнейшем при изучении следующих дисциплин:

  • Интерфейсы периферийных устройств

  • Микропроцессорные системы
  1. Тематический план учебной дисциплины




Название раздела

Всего часов

Аудиторные часы

Самостоятельная работа

Лекции

Семинары

Практические занятия

1.

АЦП и ЦАП

28

6

2

4

16

2.

Совместная работа цифровых элементов в составе узлов и устройств

16

4

2

--

10

3.

Синхронизация в цифровых устройствах

14

2

2

--

10

4.

Функциональные узлы комбинационного типа

28

6

2

4

16

5.

Функциональные узлы последовательностного типа

28

6

2

4

16

6.

БИС и СБИС с программируемой структурой

26

6

2

2

16

7.

Схемотехника запоминающих устройств

24

4

4

--

16

8.

Автоматизация функционально-логического этапа проектирования цифровых узлов и устройств

24

2

2

4

16







188

36

18

18

116


  1. Формы контроля знаний студентов


Тип контроля

Форма

контроля


Неделя

Параметры контроля

Текущий


Контрольная работа

4

Устный контроль, 20 минут. Время на самостоятельную подготовку к контрольной работе 4 час. Срок проведения 1 октября

Домашнее задание

8

Письменная работа, объем 3 - 5 стр. Время на самостоятельную подготовку письменной работы 8 часов. Срок сдачи 1 ноября

12

Письменный отчет, объем 5 - 8 стр. Время на самостоятельную подготовку письменной работы 16 часов. Срок сдачи 1 декабря

Итоговый

Экзамен

*

Экзамен проводится в устной форме, 0,5 час. на студента


    1. Критерии оценки знаний, навыков

Текущий контроль предусматривает устную контрольную работу по лекционному материалу и два письменных домашних задания. Оценки по всем формам текущего контроля выставляются по 10-ти балльной шкале.

В ответе на контрольной работе студент должен продемонстрировать знание терминологии и принципов функционирования базовых электронных схем.

Два домашних задания направлены на освоение методов проектирования типовых электронных схем с использованием программы электронного моделирования. Отчет по домашнему заданию должен содержать результаты моделирования статических и динамических процессов в заданной схеме. Домашние задания способствуют практическому освоению навыков разработки и тестирования функциональных узлов с использованием программы электронного моделирования.

Итоговый контроль – экзамен в устной форме

  1. Содержание дисциплины





№ темы

Наименование раздела

1.

АЦП и ЦАП

Методы цифро-аналогового и аналого-цифрового преобразования. ЦАП с промежуточным преобразованием, на основе матрицы R-2R, с двоично-взвешенными резисторами. Преобразователь напряжение-частота. Интегрирующие АЦП. АЦП считывания, последовательного счета, поразрядного уравновешивания.



2.

Совместная работа цифровых элементов в составе узлов и устройств

Классификация элементной базы. Статические и динамические параметры элементов ЭВМ. Элементная база ЭВМ: элементы ТТЛ, КМДП.

Типы выходных каскадов, согласование связей между элементами, формирователи импульсов, элементы индикации, оптоэлектронные развязки.

Схемотехника цепей питания ЭВМ. Способы подавления помех в цепях питания.



3.

Синхронизация в цифровых устройствах

Состязания сигналов в цифровых схемах и причины их появления. Анализ цифровых схем на состязания. Устранение состязаний.

Синхронизация работы цифровых схем. Однотактные и многотактные системы синхронизации.


4.

Функциональные узлы комбинационного типа

Реализация булевых функций на элементах ЭВМ. Задачи анализа и синтеза схем ЭВМ. Анализ комбинационных схем.

Синтез комбинационных схем: мультиплексор, равнозначность, шифратор, дешифратор, преобразователь кодов, схемы сравнения двоичных кодов, схемы получения двоичного дополнения.

Использование мультиплексоров и дешифраторов для реализации логических функций.

Одноразрядные и многоразрядные комбинационные сумматоры. Сумматоры с ускоренным переносом.

Арифметико-логические устройства.



5.

Функциональные узлы последовательностного типа

Методы синтеза асинхронных и синхронных последовательностных схем.



Триггеры

Классификация. Таблица внешних переходов. Асинхронные и синхронные, двухступенчатые триггерные схемы.

RS, T, D, DV, JK – триггеры в интегральном исполнении.

Регистры

Регистры и их назначение. Регистры хранения и сдвига. Универсальные регистры. Методы контроля работы регистров. Кольцевые распределители на основе регистров. Кодеры и фильтры циклических кодов. Регистровая память. Типовые интегральные схемы регистров.



Счетчики

Счетчики и их назначение. Двоичные счетчики с последовательным и параллельным переносом. Синхронные и асинхронные счетчики. Суммирующие, вычитающие и реверсивные счетчики. Счетчики по произвольному модулю пересчета. Двоично-десятичные счетчики. Делители частоты. Типовые интегральные схемы счетчиков.



6.

БИС и СБИС с программируемой структурой

Программируемые логические матрицы, программируемая матричная логика

Постоянные и программируемые постоянные запоминающие устройства.

Генерация сигналов и символов. Реализация комбинационной и последовательностной логики. ПЗУ в арифметических устройствах.

Программируемые логические матрицы и их разновидности. Синтез комбинационных и последовательностных схем на ПЛМ. Области применения устройств программируемой логики.

Типовые интегральные схемы постоянных запоминающих устройств и программируемых логических матриц.

Базовые матричные кристаллы, оперативно-перестраиваемые FPGA

Матричные БИС. Схемные и конструктивные особенности матричных БИС. Структура базовых ячеек матричных БИС. Библиотеки типовых функциональных элементов для матричных БИС. Особенности проектирования схем на основе матричных БИС.

Программируемые логические интегральные схемы. Принципы их построения и способы программирования для выполнения заданных функций.

Программируемые пользователем вентильные матрицы. Логические блоки, блоки ввода - вывода, системы межсоединений. Области применения.

Типовые интегральные схемы базовых матричных кристаллов и программируемых интегральных схем.


7.

Схемотехника запоминающих устройств.

Классификация ЗУ.

Схемотехника ячеек хранения статического и динамического типов, комплементарных структур в больших интегральных схемах. ЗУ биполярного типа и на МДП-структурах.

Масочные, прожигаемые ПЗУ, ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием.

БИС постоянных, репрограммируемых и ассоциативных ЗУ.


8.

Автоматизация функционально-логического этапа проектирования цифровых узлов и устройств.

Этапы и методы проектирования цифровых узлов и устройств ЭВМ. Основы интегрированной системы автоматизированного проектирования. Подсистемы схемотехнического проектирования (моделирование компонент, моделирование, анализ и оптимизация схем) и конструкторского проектирования (топология схемы, металлизации). Схемотехнический анализ, логическое моделирование, верификация и разработка топологии матричных БИС. Автоматизация программирования программируемых логических ИС.





  1. Образовательные технологии


При изучении дисциплины внимание должно уделяться решению следующих задач: теоретической подготовке и практическому применению знаний для разработки электронных устройств ЭВМ.

Знания теории приобретаются на лекциях и практических занятиях. Для эффективного освоения теоретического материала студентам необходимо перед каждой лекцией самостоятельно изучать разделы курса по конспектам и рекомендуемой литературе. Лекции читаются в традиционной форме, а также в форме презентаций, если необходимо дать обзорный материал, большое количество иллюстраций и наглядные обобщения. Практические занятия проводятся в интерактивной форме. Для активного участия в практических занятиях студенты выполняют самостоятельную подготовку по заданным темам с использованием рекомендованной литературы.



  1. Оценочные средства для текущего контроля и аттестации студента

    1. Тематика заданий текущего контроля



Примерные вопросы для текущего контроля - контрольной работы (4-я неделя )


  1. Понятие об идеальном транзисторном ключе, отличие реального ключа от идеального.

  2. Режим отсечки и активный режим биполярного транзистора. Потенциальные критерии.

  3. Режим насыщения и инверсный режим биполярного транзистора. Потенциальные критерии.

  4. Назначение цепей "0 В", "Земля", Eп, Uп.

  5. Схемы транзисторных ключей. Особенности их параметров.

  6. Транзисторный ключ с ОЭ. Схема, вольтамперные характеристики.

  7. Токовый критерий насыщения ключа с ОЭ, степень насыщения.

  8. Эквивалентная схема и остаточные параметры ключа с ОЭ в режиме отсечки.

  9. Конструкция эпитаксиально-планарного транзистора.

  10. Эквивалентная схема и остаточные параметры ключа с ОЭ в режиме насыщения.

  11. Распределения неосновных носителей в базе транзистора в различных режимах.

  12. Влияние процессов в базе транзистора на параметры выходного сигнала.

  13. Составной транзисторный ключ. Схема, принцип действия.

  14. Многоэмиттерный транзистор. Конструкция, принцип действия.



Примерные темы для текущего контроля - домашнее задание (8-я неделя)

Цель домашнего задания:



Углубленное изучение принципа действия и способов построения базовых цифровых схем во время самостоятельной работы студентов.


1

Электронный переключатель на 3 положения с зависимой фиксацией

2

Клавиатура на 4 кнопки с подавлением дребезга контактов

3

Схема регистрации правильной очередности 3 сигналов

4

Формирователь двух импульсных последовательностей, сдвинутых на четверть периода, на D-триггерах

5

Схема выделения одиночного импульса из последовательности импульсов по внешней команде, на JK-триггерах

6

Распределитель импульсов на 3 канала на счетчике

7

Распределитель импульсов на 3 канала на сдвиговом регистре

8

Мультиплексор 4 сигналов на 1 выход

9

Демультиплексор 1 сигнала на 4 выхода

10

Схема сравнения двух 4-разрядных чисел

11

Одноразрядный полный сумматор

12

Последовательный сумматор

13

8-разрядная схема контроля четности

14

Формирователь коротких импульсов по переднему и заднему фронтам сигнала (на цепочках элементов)

15

Формирователь коротких импульсов по переднему и заднему фронтам сигнала (на одновибраторах)

16

3-разрядный дешифратор со стробированием (3 адресных входа, 8 выходов, вход стробирования)

17

Двоичный 4-разрядный асинхронный счетчик на JK-триггерах

18

Двоично-десятичный асинхронный счетчик на D-триггерах

19

4- разрядный счетчик с перекрестными связями (счетчик Джонсона)

20

Буферный 8-разрядный регистр со стробированием

21

Сдвиговый 4 –разрядный регистр на D-триггерах

22

Схема отображения цифр 2 и 8 семисегментным индикатором

23

Делитель частоты на 5 на D-триггерах

24

Делитель частоты на 7 на JK-триггерах

25

Делитель частоты на 5, с выходным сигналом симметричной формы, на JK-триггерах



Примерные темы для текущего контроля - домашнее задание (12-я неделя)

Цель домашнего задания:

- изучение основ автоматизированного проектирования электронных устройств во время самостоятельной работы.

- освоение программы электронного моделирования.



- самостоятельное выполнение задания по проектированию базовой схемы.


1

Транзисторный ключ с общим эмиттером на n-p-n транзисторе

2

Транзисторный ключ с общим эмиттером на p-n-p транзисторе

3

Составной транзисторный ключ на биполярных транзисторах

4

Элемент ТТЛ стандартной серии

5

Элемент ТТЛ с корректирующей цепочкой

6

Элемент ТТЛ с тремя состояниями выхода

7

Ключ на транзисторе Шоттки

8

Ключ на n-канальном МДП-транзисторе

9

Ключ на p-канальном МДП-транзисторе

10

Комплементарный ключ на МДП-транзисторах

11

Инвертор на МДП-транзисторах

12

Элемент И-НЕ на МДП-транзисторах

13

Элемент ИЛИ-НЕ на МДП-транзисторах

14

Элемент с тремя состояниями выхода на МДП-транзисторах



    1. Вопросы для оценки качества освоения дисциплины



Перечень вопросов к итоговому контролю. Экзамен.


  1. Понятие об идеальном транзисторном ключе. Сравнение с реальным ключом.

  2. Режимы работы биполярного транзистора. Потенциальные критерии.

  3. Схемы транзисторных ключей. Сравнение статических параметров.

  4. Назначение цепей "0 В", "Земля", Eп, Uп.

  5. Конструкция эпитаксиально-планарного транзистора.

  6. Транзисторный ключ с ОЭ. Схема, принцип действия.

  7. Токовые критерии отсечки и насыщения ключа с ОЭ.

  8. Эквивалентная схема и остаточные параметры ключа с ОЭ в режиме отсечки.

  9. Эквивалентная схема и остаточные параметры ключа с ОЭ в режиме насыщения.

  10. Влияние степени насыщения транзистора на быстродействие ключа.

  11. Составной транзисторный ключ. Схема, принцип действия.

  12. Принцип действия многоэмиттерного транзистора.

  13. Стандартная серия ТТЛ. Схема, назначение элементов.

  14. Стандартная серия ТТЛ. Принцип действия, режимы работы.

  15. Передаточная характеристика ТТЛ-элемента. Корректирующая цепочка.

  16. Статические параметры микросхем.

  17. Динамические параметры микросхем.

  18. Схема и принцип действия элемента ТТЛ с открытым коллектором.

  19. Включение элемента с открытым коллектором по схеме “Монтажное ИЛИ”.

  20. Элемент ТТЛ с тремя состояниями выхода. Схема, принцип действия.

  21. Применения элемента ТТЛ с тремя состояниями выхода.

  22. Элемент ТТЛ И-ИЛИ-НЕ. Схема, принцип действия.

  23. Ключ с нелинейной обратной связью.

  24. Элемент ТТЛШ. Преимущества в сравнении с элементом ТТЛ.

  25. Виды полевых транзисторов, их характеристики.

  26. Конструкция и принцип действия n-канального МДП транзистора с индуцированным каналом.

  27. Конструкция комплементарных МДП-транзисторов. Сравнение с конструкцией биполярных транзисторов.

  28. Ключи на МДП-транзисторах с индуцированным каналом.

  29. Инвертор КМДП.

  30. Элемент 2И-НЕ на КМДП транзисторах.

  31. Элемент 2ИЛИ-НЕ на КМДП транзисторах.

  32. Элемент с тремя состояниями выхода на КМДП транзисторах.



  1. Порядок формирования оценок по дисциплине



Текущий контроль:

  • Q1кон.раб – оценка за контрольную работу по десятибалльной шкале.

  • Q1дом.зад.1 – оценка за первое домашнее задание по десятибалльной шкале.

  • Q1дом.зад.2 – оценка за второе домашнее задание по десятибалльной шкале.

  • Q1вопрос1, Q1вопрос2 оценки за ответ на вопросы на устном экзамене. Каждый ответ оценивается по десятибалльной шкале.

Итоговый контроль:

Итоговая оценка по дисциплине рассчитывается по формуле:



Qитог. = 0,15*(Q1кон.раб + Q1дом.зад.1 + Q1дом.зад.2 ) + 0,275*(Qвопрос1 + Qвопрос2)
Способ округления оценки: арифметический.

  1. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

    1. Базовый учебник


1. Титтце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. 12-е изд. Том I : Пер. с нем. - М.: ДМК Пресс, 2008. - 832 с.: илл.

2. Титтце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. 12-е изд. Том II: Пер. с нем. - М.: ДМК Пресс, 2008. - 942 с.: илл.


    1. Основная литература


1. Схемотехника аналоговых электронных устройств: Учебник для вузов. – 2-е изд., испр. – М.: Горячая линия – Телеком, 2003.

2. Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника. - СПб.: БХВ-Петербург, 2001.

3. Бабич Н.П. Компьютерная схемотехника. Методы построения и проектирования: Учебное пособие / Н.П.Бабич, И.А.Жуков. – Киев: МК-Пресс, 2004. – 576 с.

    1. Дополнительная литература


1. Новожилов О.П. Основы цифровой техники/ Учебное пособие. – М.: ИП Радио Софт, 2004. – 2004. – 528 с.

2. Волович Г.И. Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых устройств./ Г.И.Волович. – Беларусь, Минск: Издат. дом Додэка-XXI, 2005. – 528 с.

3. Основы микроэлектроники. Учебное пособие для вузов./ И.П.Степаненко. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2003. – 488 с.

    1. Программные средства


Для успешного освоения дисциплины, студент использует следующие программные средства:

  • Специальное программное обеспечение: Система автоматизированного проектирования (QUCS) функциональных узлов электронно-вычислительной аппаратуры



    1. Дистанционная поддержка дисциплины


Дистанционная поддержка дисциплины осуществляется в системе LMS.

  1. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Компьютеры для выполнения практических занятий с установленной программой схемотехнического моделирования QUCS, проектор для демонстрации презентаций, демонстрационные образцы изделий электронной техники.



Лабораторные стенды УМ-11 для исследования цифровых схем.



База даних захищена авторським правом ©shag.com.ua 2016
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка