Закреплена за кафедрой | Кафедра радиофизики и теоретической физики |
---|---|
Направление подготовки | 03.03.03. Радиофизика |
Профиль | Методы и технологии цифровой экономики |
Форма обучения | Очная |
Общая трудоемкость | 4 ЗЕТ |
Учебный план | 03_03_03_РФ-1-2020 |
|
|
Распределение часов по семестрам
Курс (семестр) | 4 (8) | Итого | ||
---|---|---|---|---|
Недель | 8 | |||
Вид занятий | УП | РПД | УП | РПД |
Лекции | 18 | 18 | 18 | 18 |
Практические | 36 | 36 | 36 | 36 |
Сам. работа | 90 | 90 | 90 | 90 |
Итого | 144 | 144 | 144 | 144 |
Визирование РПД для исполнения в очередном учебном году
Рабочая программа пересмотрена, обсуждена и одобрена для
исполнения в 2020-2021 учебном году на заседании
кафедры
Кафедра радиофизики и теоретической физики
Протокол от 15.06.2020 г. № 9
Заведующий кафедрой д.ф.-м.н., профессор Лагутин Анатолий Алексеевич
1.1. | Получение базовых знаний о технологиях и системах автоматизации проектирования радиоэлектронных устройств на базе ПЛИС. Освоение навыков проектирования радиоэлектронных устройств набазе ПЛИС. |
---|
Цикл (раздел) ООП: Б1.В.ДВ.01.01 |
ПК-2 | способностью использовать основные методы радиофизических измерений |
ПК-5 | способностью внедрять готовые научные разработки |
В результате освоения дисциплины обучающийся должен | |
3.1. | Знать: |
---|---|
3.1.1. | Современный уровень развития ПЛИС и их функциональные возможности. Возможности систем автоматизации проектирования РЭУ на базе ПЛИС. Языки описания цифровых устройств. Технологию проектирования радиоэлектронных устройств Технологии автоматизированного проектирования радиоэлектронных устройств |
3.2. | Уметь: |
3.2.1. | Выбирать архитектуру ПЛИС при разработке новых радиоэлектронных устройств Пользоваться системами автоматизированного проектирования устройств на базе ПЛИС Реализовывать этапы проектирования радиоэлектронных устройств Применять системный подход к проектированию новых радиоэлектронных устройств Работать с научной, технической и учебной литературой по данному направлению. |
3.3. | Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть): |
3.3.1. | Технологией отладки и тестирования программных модулей, предназначенных для записи в ПЛИС Технологией отладки и тестирования аппаратных модулей на ПЛИС Методами тестирования разработанных радиоэлектронных устройств Методами документирования результатов испытаний |
Код занятия | Наименование разделов и тем | Вид занятия | Семестр | Часов | Компетенции | Литература |
---|---|---|---|---|---|---|
Раздел 1. Общие вопросы проектирования радиоэлектронных устройств | ||||||
1.1. | Эволюция радиоэлектронных устройств и средств их проектирования. Этапы проектирования радиоэлектронных устройств. Основные виды информационных технологий, применяемых в процессе проектирования и производства РЭУ. Архитектура информационных технологий и систем. | Лекции | 8 | 2 | ПК-2, ПК-5 | Л1.2, Л3.1, Л2.2 |
1.2. | Эволюция радиоэлектронных устройств и средств их проектирования. Этапы проектирования радиоэлектронных устройств. Основные виды информационных технологий, применяемых в процессе проектирования и производства РЭУ. Архитектура информационных технологий и систем. | Сам. работа | 8 | 6 | ПК-2 | Л1.2, Л3.1, Л2.2 |
1.3. | Системный подход к проектированию радиоэлектронных устройств. Основные признаки системы. Основные положения системного подхода применительно к проектированию РЭУ. | Лекции | 8 | 2 | ПК-2, ПК-5 | Л3.1, Л1.1 |
1.4. | Выполнение индивидуального задания по проектированию радиоэлектронного устройства. | Практические | 8 | 6 | ПК-2, ПК-5 | Л3.1, Л1.1 |
1.5. | Системный подход к проектированию радиоэлектронных устройств. Основные признаки системы. Основные положения системного подхода к проектированию РЭУ. | Сам. работа | 8 | 10 | ПК-2, ПК-5 | Л3.1, Л1.1 |
1.6. | Классификация и основные свойства микросхем программируемой логики. Рекомендации по выбору семейства и типа ПЛИС для разрабатываемого устройства. | Лекции | 8 | 2 | ПК-2 | Л3.1, Л2.2, Л2.3 |
Раздел 2. Проектирование цифровых устройств на базе ПЛИС фирмы Xilinx в среде WEBPACK ISE | ||||||
2.1. | Проектирование цифровых устройств на базе ПЛИС фирмы Xilinx с использованием пакета WEBPACK ISE. Структура проекта и методика создания нового проекта в САПР WebPACK ISE. Создание схемотехнического описания проектируемого устройства. Ввод временных и топологических ограничений проекта. Синтез проекта с использованием средств пакета WebPACK ISE. | Лекции | 8 | 2 | ПК-2, ПК-5 | Л3.1, Л2.3 |
2.2. | Знакомство с САПР Xilinx ISE. Методика сквозного проектирования цифровых устройств на базе ПЛИС Xilinx. Освоение технологии создания проектов цифровых устройств в САПР Xilinx ISE. | Практические | 8 | 4 | ПК-2, ПК-5 | Л3.1, Л2.3 |
2.3. | Изучение САПР Xilinx ISE | Сам. работа | 8 | 12 | Л3.1 | |
2.4. | Проектирование цифровых устройств на ПЛИС с помощью схемотехнического редактора Xilinx ECS. | Практические | 8 | 4 | ПК-2 | Л3.1 |
2.5. | Изучение схемотехнического редактора Xilinx ECS. | Сам. работа | 8 | 10 | ПК-2 | Л3.1 |
2.6. | Использование языка VHDL для описания проектируемого устройства. Структура описания устройства на языке VHDL. Определение функций и процедур, используемых в составе архитектуры объекта. Применение различных стилей определения архитектуры объекта. Параллельно и последовательно выполняемые операторы языка VHDL. | Лекции | 8 | 2 | ПК-2, ПК-5 | Л3.1, Л2.1, Л2.3 |
2.7. | Описание в VHDL типовых дискретных устройств. Использование шаблонов встроенного HDL-редактора и шаблонов описаний, создаваемых разработчиком. VHDL-синтез проекта с использованием средств пакета WebPACK ISE. | Лекции | 8 | 2 | ПК-2, ПК-5 | Л3.1, Л2.1, Л2.3 |
2.8. | Описание в VHDL типовых дискретных устройств. Использование шаблонов встроенного HDL-редактора и шаблонов описаний, создаваемых разработчиком. VHDL-синтез проекта с использованием средств пакета WebPACK ISE. | Практические | 8 | 4 | ПК-2 | Л3.1, Л2.1 |
2.9. | Изучение архитектуры проекта, синтаксиса, типов данных и операций пакета языка VHDL. | Сам. работа | 8 | 12 | ПК-2 | Л3.1, Л2.1, Л2.3 |
2.10. | Проектирование асинхронного приёмопередатчика (UART) на базе ПЛИС | Практические | 8 | 4 | ПК-2 | Л3.1, Л2.1, Л2.3 |
2.11. | Изучение функциональных модулей, обеспечивающих работу последовательного порта. | Сам. работа | 8 | 10 | ПК-2 | Л3.1, Л2.1, Л2.3 |
2.12. | Функциональное моделирование проектируемого устройства на базе ПЛИС.Структура и способы подготовки тестового модуля проекта. Создание тестового модуля проекта в текстовом формате и в форме временных диаграмм. Этапы моделирования цифровых устройств на базе ПЛИС. | Лекции | 8 | 2 | ПК-2 | Л3.1, Л2.1, Л2.3 |
2.13. | Изучение технологии функционального моделирования в среде WebPACK ISE. | Сам. работа | 8 | 10 | ПК-2 | Л2.1, Л2.3 |
Раздел 3. Проектирование реконфигурируемых устройств ввода-вывода на основе FPGA | ||||||
3.1. | Реконфигурируемые устройства ввода-вывода на основе FPGA. Типовые архитектуры реконфигурируемого ввода-вывода. Системы на основе контроллера реального времени. Состав и особенности среды проектирования реконфигурируемых систем. | Лекции | 8 | 2 | ПК-2, ПК-5 | Л3.1, Л2.2 |
3.2. | Технология создания проекта на базе модуля NI myRIO. | Практические | 8 | 6 | ПК-2 | Л3.1, Л2.2 |
3.3. | Субпалитры FPGA. Методы и средства отладки FPGA-приложений. Разработка реконфигурируемых систем в LabVIEW. Этапы разработки реконфигурируемых систем. | Сам. работа | 8 | 8 | ПК-5 | Л3.1, Л2.2 |
3.4. | Разработка реконфигурируемых устройств ввода и обработки цифровых сигналов на базе FPGA. | Практические | 8 | 8 | ПК-2 | Л1.2, Л3.1, Л2.2 |
3.5. | Оптимизация FPGA VI. Управление FPGA VI. Разработка Host VI. Синхронизация обмена данными между Host VI и FPGA VI. Проектирование систем на платформе myRIO. | Лекции | 8 | 2 | ПК-2, ПК-5 | Л1.2, Л3.1, Л2.2 |
3.6. | Оптимизация FPGA VI. Управление FPGA VI. Разработка Host VI. Синхронизация обмена данными между Host VI и FPGA VI. Проектирование систем на платформе myRIO. | Сам. работа | 8 | 12 | ПК-2 | Л1.2, Л3.1, Л2.2 |
5.1. Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины |
1. Этапы проектирования радиоэлектронных устройств. 2. Системный подход к проектированию радиоэлектронных устройств. 3. Основные признаки системы. Основные положения системного подхода применительно к проектированию РЭУ. 4. Основные производители ПЛИС. Особенности ПЛИС каждого производителя. Классификация и внутренняя организацию современных ПЛИС компании Xilinx. 5. Методика проектирования цифровых устройств на основе ПЛИС компании Xilinx. Языковой и схемотехнический подход к проектированию. 6. Основные элементы и конструкции языка VHDL: константы, переменные, сигналы. Основные типы данных. Атрибуты. (атрибуты сигналов, скалярные атрибуты, атрибуты массивов). 7. Базовая структура VHDL-файла. Интерфейс и архитектура объекта. Синтаксис объявления интерфейса и структуры объекта. 8. Архитектура проекта в поведенческой и структурной формах. Примеры реализации архитектуры для комбинационных и регистровых схем (мультиплексор, демультиплексор, D-триггер с асинхронным сбросом, счетчик с асинхронным сбросом). 9. Поведенческая форма проекта: явно заданный оператор PROCESS со списком и без списка чувствительности. Синтаксис записи операторов PROCESS. Последовательные операторы (перечень и краткая характеристика). 10. Операторы цикла LOOP, WHILE… LOOP и FOR… LOOP. Последовательные операторы IF и CASE. 11. Поведенческая форма проекта: неявно заданные операторы PROCESS: 12. Структурная форма проекта. Синтаксис операторов COMPONENT и PORT MAP. 13. Проектирование устройств на ПЛИС в среде LabVIEW. Компоненты проекта. 14. Технология трансляции исходного кода. |
5.2. Темы письменных работ для проведения текущего контроля (эссе, рефераты, курсовые работы и др.) |
5.3. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации |
См. ФОС в Приложении |
6.1. Рекомендуемая литература | ||||
6.1.1. Основная литература | ||||
Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
Л1.1 | Батоврин, В.К. | Системная и программная инженерия. Словарь-справочник: : учебное пособие для вузов | М. : ДМК Пресс // ЭБС "Лань", 2010 | https://e.lanbook.com/book/1097 |
Л1.2 | Жуков К.Г. | Модельное проектирование встраиваемых систем в LabVIEW: учеб.-метод. пособие | М. : ДМК Пресс // ЭБС "Лань", 2011 | https://e.lanbook.com/book/1337. |
6.1.2. Дополнительная литература | ||||
Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
Л2.1 | Бабак В.П., Корченко А.Г., Тимошенко Н.П., Филоненко С.Ф. | VHDL [Электронный ресурс] Справочное пособие по основам языка : | М.: ДМК Пресс, 2016 | http://www.student library.ru/book/ISBN9785941201693.html |
Л2.2 | Баран Е.Д. | LabVIEW FPGA Реконфигурируемые измерительные и управляющие системы: Бакалавриат, Магистратура, Специалитет | М.: ДМК Пресс // ЭБС "Лань", 2009 | e.lanbook.com |
Л2.3 | Максфилд К. | Проектирование на ПЛИС. Курс молодого бойца [Электронный ресурс]: | М.: ДМК Пресс, 2015 | www.studentlibrary.ru |
6.1.3. Дополнительные источники | ||||
Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
Л3.1 | А.Ю. Бортников | Проектирование устройств на базе ПЛИС: Методические указания к выполнению лабораторных работ | АлтГУ, 2010 | |
6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет" | ||||
Название | Эл. адрес | |||
Э1 | Spartan-3 Generation. FPGA User Guide www.xilinx.com | |||
Э2 | Spartan-3 FPGA Family: Complete Data Sheet www.xilinx.com | |||
Э3 | ЭБС «Лань» (http://e.lanbook.com/) | |||
Э4 | ЭБС «Юрайт» (http://www.biblio-online.ru/) | |||
Э5 | ЭБС "АлтГУ" (http://elibrary.asu.ru) | |||
Э6 | Курс " Технологии проектирования цифровых радиофизических устройств" на Образовательном портале [Электронный ресурс] | portal.edu.asu.ru | ||
6.3. Перечень программного обеспечения | ||||
Microsoft Windows Microsoft Office 7-Zip AcrobatReader | ||||
6.4. Перечень информационных справочных систем | ||||
Аудитория | Назначение | Оборудование |
---|---|---|
Учебная аудитория | для проведения занятий лекционного типа, занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических), групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации, курсового проектирования (выполнения курсовых работ), проведения практик | Стандартное оборудование (учебная мебель для обучающихся, рабочее место преподавателя, доска) |
304К | лаборатория телекоммуникаций и цифрового телевидения центр систем автоматизации и управления - учебная аудитория для проведения занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических); проведения групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации | Учебная мебель на 10 посадочных мест; рабочее место преподавателя; стеллажи под лабораторное оборудование; проектор: марка INFOCUS модель IN24 - 1 единица; программно-аппаратный комплекс измерения технологических параметров на базе плат, система сбора данных AFS, средства отладки и программирования DL-NEXYS, станции паяльные ERSA (2шт.), телефон системный Panasonic KX-DT321RU-B (2шт.), IP-платформа Panasonic KX-NCP1000RU, Анализатор спектра R&S FSH8, модальная система анализа и генерации сигналов, персональные портативные устройства сбора данных NI myDAQ; методические указания по выполнению лабораторных работ по курсам "Техника приема и обработки сигналов", "Проектирование устройств на ПЛИС", "Цифровая и микропроцессорная техника". |
519М | электронный читальный зал с доступом к ресурсам «ПРЕЗИДЕНТСКОЙ БИБЛИОТЕКИ имени Б.Н. Ельцина» - помещение для самостоятельной работы | Учебная мебель на 46 посадочных мест; 1 Флипчарт; компьютеры; ноутбуки с подключением к информационно-телекоммуникационной сети "Интернет" и доступом в электронную информационно-образовательную среду; стационарный проектор: марка Panasonic, модель PT-ST10E; стационарный экран: марка Projecta, модель 10200123; система видеоконференцсвязи Cisco Telepresence C20; конгресс система Bosch DCN Next Generation; 8 ЖК-панелей |
001вК | склад экспериментальной мастерской - помещение для хранения и профилактического обслуживания учебного оборудования | Акустический прибор 01021; виброизмеритель 00032; вольтметр Q1202 Э-500; вольтметр универсальный В7-34А; камера ВФУ -1; компьютер Турбо 86М; масспектрометр МРС -1; осциллограф ЕО -213- 2 ед.; осциллограф С1-91; осциллограф С7-19; программатор С-815; самописец 02060 – 2 ед.; стабилизатор 3218; терц-октавный фильтр 01023; шкаф вытяжной; шумомер 00026; анализатор АС-817; блок 23 Г-51; блок питания "Статрон" – 2 ед.; блок питания Ф 5075; вакуумный агрегат; весы; вольтметр VM -70; вольтметр В7-15; вольтметр В7-16; вольтметр ВУ-15; генератор Г-5-6А; генератор Г4-76А; генератор Г4-79; генератор Г5-48; датчик колебаний КВ -11/01; датчик колебаний КР -45/01; делитель Ф5093; измеритель ИМП -2; измеритель параметров Л2-12; интерферометр ИТ 51-30; источник "Агат" – 3 ед.; источник питания; источник питания 3222; источник питания ЭСВ -4; лабораторная установка для настройки газовых лазеров; лазер ЛГИ -21; М-кальк-р МК-44; М-калькул-р "Электроника"; магазин сопротивления Р4075; магазин сопротивления Р4077; микроскоп МБС -9; модулятор МДЕ; монохроматор СДМС -97; мост переменного тока Р5066; набор цветных стекол; насос вакумный; насос вакуумный ВН-01; осциллограф С1-31; осциллограф С1-67; осциллограф С1-70; осциллограф С1-81; осциллоскоп ЕО -174В – 2 ед.; пентакта L-100; пирометр "Промень"; пистонфон 05001; преобразователь В9-1; прибор УЗДН -2Т; скамья оптическая СО 1м; спектограф ДФС -452; спектограф ИСП -51; стабилизатор 1202; стабилизатор 3217 – 4 ед.; стабилизатор 3218; стабилизатор 3222 – 3 ед.; станок токарный ТВ-4; усилитель мощности ЛВ -103 – 4 ед.; усилитель У5-9; центрифуга ВЛ-15; частотомер Ч3-54А; шкаф металлический; эл.двигатель; электродинамический калибратор 11032 |
Курс состоит из трёх основных разделов: 1. общие вопросы проектирования радиоэлектронных устройств; 2. проектирование цифровых устройств на базе ПЛИС фирмы Xilinx в среде WEBPACK ISE; 3. проектирование реконфигурируемых устройств ввода-вывода на основе FPGA При изучении первого раздела необходимо уяснить для себя, что проектирование – это разработка проектной, конструкторской и другой технической документации, предназначенной для создания новых видов и образцов промышленной продукции (БСЭ). Т.е. при проектировании речь идёт, прежде всего, о разработке документации. Необходимо также чётко представить этапы проектирования в соответствие с ГОСТ 2.103-68 и уяснить – какие этапы выполняются в форме научно-исследовательской работы, а какие – в форме опытно-конструкторской работы. Для закрепления теоретических сведений по проектированию в курсе предлагается выполнить учебный проект по разработке радиоэлектронного устройства. Этот проект должен включать все этапы «настоящего» проектирования, а именно – составление технического задания и формулирование технического предложения, разработку эскизного проекта, разработку технического проекта и разработку рабочей документации. Вместе с тем, необходимо сделать поправку на учебный характер проекта и уменьшить объём документации по последним трём этапам. При изучении технологии проектирования цифровых устройств на базе ПЛИС фирмы Xilinx в среде WEBPACK ISE на практических занятиях рассматривается реализация проектов как в схемотехнической форме, так и с помощью языка VHDL. Первое практическое занятие по этому разделу включает именно схемотехническую реализацию проекта, в то время как на втором и третьем занятии рассматривается языковая реализация проекта. При изучении языка VHDL необходимо учесть его специфику, связанную с моделированием цифровых схем, в частности с использованием многочисленных параллельно выполняющихся операторов, иерархичностью проектов и с использованием событийного принципа управления выполнением программы. При составлении проектов необходимо пользоваться готовыми шаблонами программных конструкций. При работе с тактируемыми цифровыми схемами необходимо усвоить связь разрядности счётчиков с частотой их выходного сигнала. При изучении технологии проектирования реконфигурируемых устройств ввода-вывода на основе FPGA следует изучить структуру проекта, функции его отдельных компонентов и также связь настройки тактирующих элементов с частотой формируемых колебаний или скорость передачи данных. Для закрепления навыков проектирования радиоэлектронных устройств с помощью данной технологии на практических занятиях предусмотрена разработка проекта простейшего цифрового фильтра. |