Рабочая программа по дисциплине "Виртуальные и крейтовые системы сбора данных " для специальности

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Владимирский государственный университет»
Кафедра радиотехники и радиосистем.

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по УР

_______________В.А. Немонтов

«____»________________ г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

по дисциплине "Виртуальные и крейтовые системы сбора данных "
для специальности 210301 “Радиофизика и электроника”
вид обучения очное .

(очное, заочное, очно-заочное)

Учебный план курса

Вид занятий	Количество часов
	Всего	Распределение по семестрам
		9
Лекции	34	34
Лабораторные	17	17
Практические (семинары)	-	-
Курсовые проекты (работы)	-	-
Расчетные и графические работы	-	-
Контрольные работы, домашние задания и коллоквиумы (количество)	-	-
Рейтинг-контроль (количество)	3	3
Рефераты (количество)	-	-
Экзамен
Зачет	Зачет	Зачет

Владимир 2009 г.
1. Введение
1.1. Значение дисциплины в подготовке специалиста

Дисциплина "Виртуальные и крейтовые системы сбора данных" является специальным курсом, который посвящен практическим вопросам реализациям компьютерных систем контроля, испытаний и мониторинга (СКИМ). Теоретической основой являются цифровые методы обработки информации в задачах алгоритмической оценки параметров радиосистем и устройств широкого назначения. Полученные знания могут быть использованы в процессе подготовки и проведения сложных автоматизированных исследований, в том числе при дипломном проектировании.

1.2. Взаимосвязь с другими дисциплинами

Дисциплина "Виртуальные и крейтовые системы сбора данных" опирается на сведения, понятия и методы, изучаемые в естественнонаучных, общетехнических и специальных дисциплинах, таких как "Информатика", "Метрология и радиоизмерения", "Цифровые устройства и микропроцессоры", “Автоматизация экспериментальных радиофизических исследований”.

1.3. Цель преподавания дисциплины

Целью преподавания дисциплины " Виртуальные и крейтовые системы сбора данных " является подготовка специалиста в области проектирования контрольно-измерительных и испытательных систем различного назначения: внешних и встроенных, универсальных и специализированных, технологических и эксплуатационных.

1.4. Задачи изучения дисциплины

В результате изучения дисциплины студент должен:

Знать:

0. 
   принципы построения и функционирования автоматизированных систем контроля и измерения;
   
1. 
   особенности построения контрольно-измерительных и испытательных систем с использованием интерфейсов IEEE-488, SCXI, PXI, VXI;
   
2. 
   систему команд и организацию взаимодействия модулей автоматизированных систем контроля и измерения;
   
3. 
   программное обеспечение и протоколы обмена данными между модулями и управляющей ЭВМ.
   

Уметь:

0. 
   проводить измерения с помощью современных микропроцессорных приборов;
   
1. 
   проектировать автоматизированные контрольно-измерительные системы различного назначения;
   
2. 
   оптимизировать структуру и характеристики систем по заданным техническим требованиям;
   
3. 
   проводить экспериментальные исследования и программировать с помощью ЭВМ измерительные приборы, имеющие выход в канал общего пользования (КОП).
   

Иметь представление:

0. 
   о способах кодирования информации;
   
1. 
   о перспективных принципах построения модульных систем виртуальных приборов;
   
2. 
   о современных пакетах программных средств диалогового типа, обеспечивающих автоматизированное проектирование систем контроля и измерения на основе использования библиотек модулей, процедур обработки и представления информации.
   

2. Тематический план курса

Номер раздела и темы	Название раздела (темы)	Распределение часов ( ауд. )				К.п., к.р., РГР, контр.р., дом. зад. и др.	Внеауди-торная СРС (часов)
		Всего	Лек-ции	Практ- ические занятия	Лабора-торные занятия
1	Введение	2	2
2	Принципы построения и особенности систем контроля, испытаний и мониторинга (СКИМ)	2	2				2
	Магистральные интерфейсы в системах контроля	6	2		4		4
3	Крейтовые системы	2	2				-
4	Стандарт VME	2	2				2
5	Стандарт VXI	2	2				2
6	Архитектура VXI	2	2				2
7	Расширения VXI	2	2				-
8	Стандартизация программного обеспечения	6	2		4		4
9	Шины SCSI и SCXI в системах автоматизированного контроля и измерения	2	2				2
10	Шины PCI и PXI в системах автоматизированного контроля и измерения	2	2				-
11	Компьютерные приборы и платы ввода - вывода	6	2		4		8
12	Специальное программное обеспечение	2	2				2
13	Методы алгоритмических измерений	7	2		5		8
14	Измерение сигналов	2	2				2
15	Измерение устройств	2	2				2
16	Восстановление сигналов	2	2				2
17	Реальные комплексы	2	2				-
	Итого:	51	34		17		42
	Курсовой проект

3. Содержание дисциплины

3.1. Теоретический курс

3.1.1. Введение

Цели и задачи автоматизации измерений, испытаний и мониторинга. Классификация СКИМ. Историческая справка.

3.1.2. Принципы построения и особенности систем контроля, испытаний и мониторинга (СКИМ)

Основы построения автоматизированных измерительных систем. Состояние и перспективы развития. Архитектура автономных систем испытаний и мониторинга. Стандартные интерфейсы систем контроля и измерения. Принципы унификации, взаимозаменяемости и модульного построения. Программное обеспечение и аппаратные средства систем контроля и измерения. Компьютерные методы алгоритмических измерений. Аппаратные средства компьютерных приборов. Аналого-цифровые преобразователи.

3.1.3. Магистральные интерфейсы СКИМ

Системы с интерфейсом IEEE-488. Интерфейсные команды и функции. Проектирование систем с интерфейсом КОП. Системные контроллеры. Их архитектура и возможности. Микроконтроллеры и контроллеры шины. Программное обеспечение.

3.1.4. Крейтовые системы

Классификация крейтовых систем контроля и измерения. Состояние и перспективы развития.

Интерфейс САМАС. Основные линии и шины. Адресация. Логическая и функциональная организация. Конструктивные требования. Крейт САМАС.

Интерфейс VМЕ. Система линий и шин. Логическая и функциональная организация.

Интерфейс VXI. Основные особенности. Конструктивные требования. Логическая и функциональная организация. Архитектура. Проектирование систем VXI. Инструментальная база. Объединение VXI и VМЕ. ПО, SCPI

3.1.5. Стандартизация программного обеспечения

Стандартные коды и общие команды. Унификация программирования приборов и модулей. Программные средства ведущих фирм. Отечественные программные продукты. Методы разработки программного обеспечения. Библиотеки приборов, команд, обработки и представления информации.

Стандарты SCPI и IEEE 488.2. Обязательные и рекомендательные протоколы: RESET, ALLSPOLL, PASSCT, REQUESTCTL, TESTSYS, FINDLSTN и FINDRQS. Обязательные общие команды IEEE 488.2.

Спецификация SCPI. Îбязательные общие команды в добавлении к обязательным общим командам и запросам IEEE 488.2. Стандартные правила для абривиатурных ключевых слов команд. Иерархичность SCPI. Добавляемые команды.

3.1.6. Шины SCSI и SCXI в системах автоматизированного контроля и измерения

Системный интерфейс малых ЭВМ SCSI. Скорость передачи данных. Архитектура интерфейса. Команды обязательные, расширенные, необязательные и уникальные. Функциональная организация. Взаимосвязь “задатчик-исполнитель”.

SCXI - интерфейс сбора и обработки данных, систем диагностики, контроля, измерений и управления при помощи персонального компьютера. Общие сведения. Системный крейт. Программно-аппаратные средства. Выбор конфигурации системы: локальный вариант размещения, мобильный сбор данных, дистанционный сбор данных. Конфигурирование и настройка системы SCXI. Примеры применения.

Передача данных. Фазы работы интерфейса: “Свободен”, “Арбитраж”, “Выбор”, “Перевыбор”, “Команда”, “Данные”. Логическая организация. Физическая организация. Требования к кабелю и согласованию.

3.1.7. Шины PCI и PXI в системах автоматизированного контроля и измерения

PCI - шина подсоединения периферийных устройств. Параметры и сигналы шины PCI. Слот PCI. Одновременная передача данных между независимыми каналами PCI. Автоконфигурирование устройств (выбор запросов прерывания, каналов DMA). Циклы шины: чтение-запись памяти, ввода/вывода или чтение/запись конфигурации, подтверждение прерывания.Мультиплексированная шина адреса/данных. Команды. Разъем шины PCI. Расширение шины PCI для задач измерения и контроля. Спецификация PXI. Синхронизация и запуск. Механические требования. Расположение системного слота. Дополнительные механические и электрические требования. PXI размеры 3U (100*160 mm) и 6U (233.35*160 mm). Сигналы, линии и шины. Периферийные модули. Возможности взаимодействия с CompactPCI. Расширение системы PCI-PCI. Краткий обзор программного обеспечения. Пакеты LabVIEW, и LabWindows/CVI. PXI система с 13 слотами. Обьединительная плата. Слот системы. Локальные шины PXI - шина шлейфового подключения Протоколы асинхронный и синхронный. Соединители. Конфигурация системы и файлы инициализации. Примеры использования.

3.1.8. Компьютерные приборы и платы ввода - вывода

Виртуальные приборы. Разнообразие плат аналогового и цифрового ввода - вывода. Программное обеспечение. Стандартные драйверы плат и DAQ-модулей. Обработка сигнала. Основные функции модулей ввода - вывода: усиление, мультиплексирование, детектирование, фильтрация, ослабление, выборка и хранение, развязка аналоговых и цифровых входов-выходов, коммутация. Примеры использования.

3.1.9. Методы алгоритмических измерений

Преобразования Фурье и Гильберта в задачах оценки параметров радиосигналов. Реализация преобразования Фурье при переменном шаге дискретизации сигнала Оценка параметров модуляции Оценка частоты сигнала Оценка разности фаз сигналов Метод уменьшения модуляционных помех и шумов при измерении разности фаз сигналов Оценка среднеквадратического значения сигнала Оценка нелинейных искажений сигнала

3.2. Лабораторные занятия

Лабораторные занятия проводятся в объеме 34 часа и должны способствовать закреплению и углублению полученных теоретических знаний, а также приобретению практических навыков работы с приборами и специализированным ПО. Лабораторные работы выполняются с использованием персональных ЭВМ IBM PC. При проведении усложненных исследований по индивидуальному плану по согласованию с преподавателем время выполнения одной работы может увеличиваться до 8 часов.

Студенты выполняют 4 лабораторные работы из перечисленных ниже:

1. 
   Исследование интерфейсов приборов КОП (4 часа).
   
2. 
   Конфигурирование приборно-модульных комплексов (4 часа).
   
3. 
   Программная среда создания рабочих проектов (4 часа).
   
4. 
   Исследование специализированной системы измерения (4 часа).
   
5. 
   Исследование специализированной системы мониторинга (4 часа).
   
6. 
   Программное обеспечение виртуальных приборов (4 часа).
   
7. 
   Компьютерный комплекс виртуальных приборов (5 часов).
   
8. 
   Программные средства виртуальных генераторов (4 часа).
   

3.3. Рейтинг-контроль

Рейтинг-контроль проводится три раза за семестр. Он предполагает оценку суммарных баллов по следующим составляющим: активность магистранта на лекциях, включая их посещение; количество и качество выполнения лабораторных работ; объем и качество курсового проектирования.

4. САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА
Самостоятельная (внеаудиторная) работа студентов включает закрепление теоретического материала и подготовку к выполнению лабораторных. Основа самостоятельной работы - изучение литературы по рекомендованным источникам и конспекту лекций и письменное выполнение заданий самоподготовки к каждой лабораторной работе.

5. Использование современных информационных технологий
Компьютерные технологии являются основой курса. Все лабораторные работы выполняются с использованием ЭВМ и специального ПО, созданного на кафедре.
6. Список основной и дополнительной литературы
6.1. Основная

1. 
   Поздняков А.Д. Автоматизация экспериментальных исследований, испытаний и мониторинга радиосистем / А. Д. Поздняков, В. А. Поздняков  М.: Радиотехника, 2004.  208 с.
   
2. 
   Поздняков А.Д. Автоматизация экспериментальных радиофизических исследований: практикум / Владим. гос. ун-т.- Владимир. - 2004. - 128 с.
   
3. 
   Поздняков А.Д. Приборно-модульные системы контроля, испытаний и мониторинга радиоаппаратуры / Владим. гос. ун-т; Владимир, 2005. 110 с.
   
4. 
   Поздняков А.Д. Автоматизация радиоизмерений: Учеб. пособие / Владим. гос. техн. ун-т.- Владимир. - 1995. – 184 с.
   

6.2. Дополнительная

5. 
   Арутюнов П.А. Теория и применение алгоритмических измерений. - М.: Энергоатомиздат, 1990.-256 с.
   
6. 
   Гелль П. Как превратить персональный компьютер в измерительный комплекс: пер. с франц.-2-е изд., испр. - М.: ДМК, 1999.-144с.
   
7. 
   ГОСТ 26.003-80. Система интерфейса для измерительных устройств с байт-последовательным, бит-параллельным обменом информацией. – Введ. 1.07.81.- М.: Изд. стандартов, 1985.- 110 с.
   
8. 
   ГОСТ Р МЭК 821-2000. Магистраль микропроцессорных систем для обмена информацией разрядностью от 1 до 4 байтов (магистраль VME). – Введ. 1.01.01.- М.: Изд. Стандартов. - 2000. - 218 с.
   
9. 
   ГОСТ Р 51884-2002. Магистраль VМЕ, расширенная для конт­рольно-измерительной аппаратуры (магистраль VХI). Общие технические требования. – Введ. 1.01.03.- М.: Изд. Стандартов. - 2002. - 183 с.
   
10. 
    ГОСТ 26.201.2-84. Система КАМАК. Тpебования к интерфейсу последовательной магистрали.
    
11. 
    ГОСТ 27.080-86. Система КАМАК. Кpейт и сменные блоки. Тpебования к конструкции и вставным блокам.
    
12. 
    ГОСТ 26.201.1-84. Система КАМАК. Тpебования к интерфейсу параллельной ветви.
    

Рабочая программа составлена согласно ГОС специальности (направления):

направление подготовки дипломированного специалиста 654200 «Радиотехника», специальность 071500 «Радиофизика и электроника»
Рабочую программу составил проф. Поздняков А.Д.

(должность, фамилия, и.о.)

Рассмотрена и одобрена на заседании кафедры РТ и РС .

(наименование кафедры)

«____»_________________200 г., протокол №_____________

Зав. кафедрой О.Р.Никитин

Рабочая программа рассмотрена и одобрена на заседании учебно-методической комиссии специальности (направления)_______________________________________

«________»_________________200___г., протокол №_____________.

Председатель учебно-методической комиссии _________________________

Программа переутверждена:
на____________учебный год, протокол №__________от ______________

Зав. кафедрой ____________________________

на____________учебный год, протокол №__________от ______________

Зав. кафедрой ____________________________

на____________учебный год, протокол №__________от ______________

Зав. кафедрой ____________________________
на____________учебный год, протокол №__________от ______________

Зав. кафедрой ____________________________
на____________учебный год, протокол №__________от ______________

Зав. кафедрой ____________________________
на____________учебный год, протокол №__________от ______________

Зав. кафедрой ____________________________
на____________учебный год, протокол №__________от ______________

Зав. кафедрой ____________________________
на____________учебный год, протокол №__________от ______________

Зав. кафедрой ____________________________