Рабочая программа Цифровые устройства

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
Техническое и профессиональное образование

РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА
дисциплина ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА И МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СИСТЕМЫ
Специальность 1306000 - Радиоэлектроника и связь (по видам)
Квалификация специалиста - 130609-3 Техник по связи
Талдыкорган
Составил: Кулсеитова Ш.С.., преподаватель специальных
дисциплин Талдыкорганского политехнического колледжа
Рецензент: Топольский В.Н., заведующий лабораторией
компьютерной поддержки образовательных
технологий Талдыкорганского политехнического
колледжа
Рабочая учебная программа по дисциплине «Цифровые устройства и микропроцессорные системы» разработана в соответствии с требованиями Государственного общеобязательного стандарта технического и профессионального образования Республики Казахстан по специальности 1306000 - «Радиоэлектроника и связь (по видам)» (ГОСО РК 4.05.048-2008) с квалификацией специалиста 130609-3 «Техник по связи», утвержденного и введенного в действие Приказом МО и Н РК № 673 30 декабря 2008 г. и образовательной учебной программы.
Рабочая учебная программа по дисциплине «Цифровые устройства и микропроцессорные системы» рассмотрена на заседании кафедры радиоэлектроники и телекоммуникационных технологии
Протокол №___ от «___»______20___ г.
Заведующая кафедрой ____________ Салкынбаева М.Р.
Рабочая учебная программа по дисциплине «Цифровые устройства и микропроцессорные системы» одобрена и утверждена научно-методическим бюро Талдыкорганского политехнического колледжа
Протокол №___ от «___»__________ 20___ г.
Директор колледжа, к.п.н. ____________ Такенова Г.Д.
Ответственный за выпуск: кафедра радиоэлектроники и телекоммуникационных технологии Талдыкорганского политехнического колледжа.
1. Пояснительная записка
Рабочая учебная программа по дисциплине «Цифровые устройства и микропроцессорные системы» разработана в соответствии с требованиями Государственного общеобязательного стандарта технического и профессионального образования Республики Казахстан по специальности 1306000 - «Радиоэлектроника и связь (по видам)» (ГОСО РК 4.05.048-2008) с квалификацией специалиста 130609-3 «Техник по связи», утвержденного и введенного в действие Приказом МО и Н РК № 673 30 декабря 2008 г. и образовательной учебной программы.
На изучение курса рабочим учебным планом выделено 76 часов. Из них:
теоретических - 52
практических - 24.
Рабочая учебная программа дисциплины «Цифровые устройства и микропроцессорные системы» предусматривает формирование знаний относительно принципов построения цифровых устройств, микропроцессорных систем, создания и отладки программного обеспечения к ним, анализа и разработки таких систем, как составной части радиотехнических систем.
Рабочая учебная программа по дисциплине «Цифровые устройства и микропроцессорные системы» является основой для разработки рабочей учебной программы организациями образования.
Рабочая учебная программа базируется на знаниях, умениях и навыках обучающихся по дисциплинам: «Информатика», «Математика», «Физика».
При изучении дисциплины рекомендуется проводить интеграцию с дисциплинами: «Основы схемотехники».
При реализации рабочей учебной программы, в целях подготовки конкурентоспособных специалистов, рекомендуется использовать традиционную систему обучения, новые технологии (модульная, кредитная и т.д.); дидактические и наглядные пособия: плакаты, модели, учебные видеофильмы, электронные учебники, учебные и учебно-методические пособия.
Перечень разделов и тем может быть изменен (в том числе за счет резервного времени) в сторону углубления и расширения изучаемых тем, разделов, в том числе за счет введения регионального компонента, учитывающего требования работодателей и местные условия.
Результаты обучения, запланированные в рабочей учебной
программе:
Знания:
-Методики проектирования аппаратных и программных средств микропроцессорных систем;
-Принципов построения процессоров и микропроцессоров;
-Принципов организации систем обработки данных;
-Логические элементы, типовые узлы;
-Современную элементную базу цифровых, цифроаналоговых, аналого-цифровых и микропроцессорных устройств.
Умения:
-Разобраться с особенностями системы обработки данных;
-Понять работу системы памяти;
-Разобраться в системе команд и режимах адресации;
-Выполнить синтез логических схем;
-Понять работу типовых цифровых схем и узлов;
-Оптимизировать логическое выражение;
-Выполнить арифметические действия над двоичными и двоично-десятичными числами.

Навыки:
-Работы в компьютерных программах по изучению цифровых устройств;
-Использования справочников по проектированию микропроцессорных систем;
-Использования технической литературы.
ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН
№ п/п Наименование разделов, глав и тем Количество часов
Всего Теории В том числе лабора
торно-практические занятия
1 2 3 4 5
1 Раздел I. Логические основы цифровой техники. 42 24 18
2 Тема 1.1. Введение. 2 2 3 Тема 1.2. Понятие о логической функции и логическом устройстве. 2 2 4 Тема 1.3. Способы задания логических функций. 2 2 5 Тема 1.4. Свойства логических операций конъюнкции, дизъюнкции и инверсии. 2 2 6 Тема 1.5. Выражение элементарных функций через операции И, ИЛИ, НЕ. 2 2 7 Тема 1.6. Полные системы функций алгебры логики. 2 2 8 Тема 1.7. Лабораторно-практическое занятие №1. Выполнение логических операций. 2 2
9 Тема 1.8. Логические элементы. 2 2 10 Тема 1.9. Синтез комбинационных устройств. 2 2 11 Тема 1.10. Лабораторно-практическое занятие №2. Минимизация логических функций с использованием законов и тождеств. 2 2
12 Тема 1.11. Минимизация логических функций методом Квайна. 2 2 13 Тема 1.12. Лабораторно-практическое занятие №3. Минимизация логических функций методом Квайна. 2 2
14 Тема 1.13. Минимизация логических функций методом Квайна – Мак-Класки. 2 2 15 Тема 1.14. Лабораторно-практическое занятие №4. Минимизация логических функций методом Квайна – Мак-Класки. 2 2
18 Тема 1.15. Лабораторно-практическое занятие №5. Минимизация логических функций методом карт Вейча. 2 2
19 Тема 1.16. Минимизация функций с использованием карт Карно. 2 2 20 Тема 1.17. Лабораторно-практическое занятие №6. Минимизация логических функций с использованием карт Карно. 2 2
21 Тема 1.18. Синтез не полностью заданных логических функций. 2 2 22 Тема 1.19. Лабораторно-практическое занятие №7. Синтез логических устройств с несколькими выходами. 2 2
23 Тема 1.20. Лабораторно-практическое занятие №8. Синтез логических устройств в базисах ИЛИ-НЕ и И-НЕ. 2 2
24 Тема 1.21. Лабораторно-практическое занятие №9. Синтез и построение логических схем. 2 2
25 Раздел II. Арифметические основы цифровой техники. 12 6 6
26 Тема 2.1. Системы счисления. 2 2 27 Тема 2.2. Лабораторно-практическое занятие №10. Перевод чисел из одной системы счисления в другую. 2 2
28 Тема 2.3. Формы представления чисел в цифровых устройствах. 2 2 29 Тема 2.4. Лабораторно-практическое занятие №11. Преобразование положительных и отрицательных чисел. 2 2
30 Тема 2.5. Выполнение арифметических операций. 2 2 31 Тема 2.6. Лабораторно-практическое занятие №12. Выполнение арифметических операций над двоично-десятичными числами. 2 2
Раздел III. Цифровые устройства.
18 18 35 Тема 3.1. Триггеры. 2 2 38 Тема 3.2. Шифраторы. 2 2 40 Тема 3.3. Дешифраторы. 2 2 42 Тема 3.4. Преобразователи кодов. 2 2 44 Тема 3.5. Мультиплексоры и демультиплексоры. 2 2 46 Тема 3.6. Регистры. 2 2 48 Тема 3.7. Счетчики. 2 2 50 Тема 3.8. Сумматоры. 2 2 54 Тема 3.9. Классификация и параметры запоминающих устройств. 2 2 55 Раздел IV. Процессор. 4 4 56 Тема 4.1. Принцип работы ЭВМ. 2 2 57 Тема 4.2. Общие вопросы построения процессора. 2 2 Всего 76 52 24
3.2 Содержание рабочей учебной программы дисциплины
Раздел 1. Логические основы цифровой техники.
Тема 1.1. Введение.
Общая характеристика дисциплины: цели и задачи его изучения, место и роль в подготовке специалистов среднего звена. Перспективы использования цифровых устройств и микропроцессорных систем в различных сферах. Межпредметная связь.
Тема 1.2. Понятие о логической функции и логическом устройстве.
Кодовое слово. Понятие функции алгебры логики. Устройства смешанного типа. Комбинационные устройства. Последовательностные устройства.
Тема 1.3. Способы задания логических функций.
Понятие логической функции. Обозначение логических операций.

Тема 1.4. Свойства логических операций конъюнкции, дизъюнкции и инверсии.
Логическое И. Логическое ИЛИ. Логическое НЕ. Законы алгебры логики.
Тема 1.5. Выражение элементарных функций через операции И, ИЛИ, НЕ.
Логические операции.
Тема 1.6. Полные системы функций алгебры логики.
Полная система. Минимальный базис.
Тема 1.7. Лабораторно-практическое занятие №1. Выполнение логических операций.
Выполнение логических операций с применением законов алгебры логики.
Тема 1.8. Логические элементы.
Физическое представление логических значений. Обозначения логических элементов в схемах. Обозначение элементов, реализующих логические функции. Основные параметры логических элементов.
Тема 1.9. Синтез комбинационных устройств.
Канонические формы представления логических функций. Совершенная дизъюнктивная нормальная форма. Совершенная конъюнктивная нормальная форма.
Тема 1.10. Лабораторно-практическое занятие №2. Минимизация логических функций с использованием законов и тождеств.
Минимизация логических функций с применением законов алгебры логики.
Тема 1.11. Минимизация логических функций методом Квайна.
Этапы преобразования выражения функций методом Квайна.
Тема 1.12. Лабораторно-практическое занятие №3. Минимизация логических функций методом Квайна.
Решение задач на минимизацию логических функций методом Квайна.
Тема 1.13. Минимизация логических функций методом Квайна – Мак-Класки.
Последовательность действий для получения сокращенной ДНФ.
Тема 1.14. Лабораторно-практическое занятие №4. Минимизация логических функций методом Квайна – Мак-Класки.
Решение задач на минимизацию логических функций методом Квайна – Мак-Класки.
Тема 1.15. Лабораторно-практическое занятие №5. Минимизация логических функций методом карт Вейча.
Решение задач на минимизацию логических функций методом карт Вейча.
Тема 1.16. Минимизация функций с использованием карт Карно.
Карты Карно.
Тема 1.17. Лабораторно-практическое занятие №6. Минимизация логических функций с использованием карт Карно.
Решение задач на минимизацию логических функций с использованием карт Карно.
Тема 1.18. Синтез не полностью заданных логических функций.
Понятие не полностью заданных функций.
Тема 1.19. Лабораторно-практическое занятие №7. Синтез логических устройств с несколькими выходами.
Принцип получения минимальной формы устройства. Метод построения минимальных логических устройств с несколькими выходами.
Тема 1.20. Лабораторно-практическое занятие №8. Синтез логических устройств в базисах ИЛИ-НЕ и И-НЕ.
Последовательность синтеза на примере построения логического устройства.
Тема 1.21. Лабораторно-практическое занятие №9. Синтез и построение логических схем.
Построение логических схем при заданной логической функции.
Студент должен знать:
- законы алгебры логики;
- СДНФ, СКНФ;
- тождества алгебры логики;
- методы Квайна, Петрика, Вейча, Карно;
- способы представления логических функций;
- понятие комбинационной и последовательной схем;
- логические элементы: описание, таблица, логика, УГО;
- задачи анализа и синтеза комбинационных схем.
Студент должен уметь:
- применять законы алгебры логики при выполнении логических операций;
- минимизировать логические функции с использование законов и тождеств алгебры логики;
- минимизировать логические функции методом карт Карно, Квайна;
- представлять логическую функцию различными способами;
- анализировать комбинационные схемы;
- проводить синтез логических схем;
- составлять таблицу работы комбинационных схем.
Контрольные вопросы:
Что такое алгебра логики?
Какие законы алгебры логики вам известны?
Что такое СДНФ и СКНФ?
Что называется минимизацией?
Какие логические элементы вам известны?
Раздел 2. Арифметические основы цифровой техники.
Тема 2.1. Системы счисления.
Представление чисел в различных системах счисления. Перевод чисел с выполнением операций в двоичной системе счисления. Некоторые правила, облегчающие обращение с двоичными числами. Знакоразрядная форма представления двоичных чисел.
Тема 2.2. Лабораторно-практическое занятие №10. Перевод чисел из одной системы счисления в другую.
Правила перевода чисел из одной системы счисления в другую.
Тема 2.3. Формы представления чисел в цифровых устройствах.
Числа с фиксированной запятой. Числа с плавающей запятой. Десятичные числа.

Тема 2.4. Лабораторно-практическое занятие №11. Преобразование положительных и отрицательных чисел.
Правила преобразования прямого кода числа в обратный, дополнительный и наоборот.

Тема 2.5. Выполнение арифметических операций.
Сложение положительных двоичных чисел. Алгебраическое сложение с использованием дополнительного кода. Суммирование десятичных чисел. Умножение двоичных чисел. Деление двоичных чисел. Умножение десятичных чисел. Деление десятичных чисел.
Тема 2.6. Лабораторно-практическое занятие №12. Выполнение арифметических операций над двоично-десятичными числами.
Сложение, умножение и деление двоично-десятичных чисел.
Студент должен знать:
- виды систем счисления;
- правила двоичной арифметики;
- способы перевода чисел из одной системы счисления в другую;
- две формы представления чисел;
- правила кодирования положительных и отрицательных чисел;
Студент должен уметь:
- переводить числа из одной системы счисления в другую;
- выполнять арифметические операции над двоичными числами;
- кодировать положительные и отрицательные числа.
Контрольные вопросы:
Что такое система счисления?
Какие виды систем счисления вам известны?
Правила двоичной арифметики.
Как находится прямой, обратный и дополнительный коды для отрицательных чисел?
Как находится прямой, обратный и дополнительный коды для положительных чисел?
Раздел 3. Цифровые устройства.
Тема 3.1. Триггеры.
Общие сведения. Назначение триггера. Основные обозначения. Типы триггеров.
Тема 3.2. Шифраторы.
Общие сведения. Построение схем шифраторов.
Тема 3.3. Дешифраторы.
Комбинационные цифровые устройств. Дешифраторы.
Тема 3.4. Преобразователи кодов.
Общие сведения. Преобразование кода 8421 в код 2421. Преобразование кода 2421 в код 8421. Преобразователь для цифровой индексации.
Тема 3.5. Мультиплексоры и демультиплексоры.
Мультиплексоры. Назначение и принцип работы. Мультиплексорное дерево. Демультиплексор.
Тема 3.6. Регистры.
Общие сведения. Параллельный регистр. Сдвиговый регистр. Последовательный регистр.
Тема 3.7. Счетчики.
Назначение и типы счетчиков. Суммирующие двоичные счетчики. Вычитающий и реверсивный счетчики. Десятичный счетчик. Кольцевой счетчик.
Тема 3.8. Сумматоры.
Одноразрядный двоичный сумматор. Десятичные сумматоры.
Тема 3.9. Классификация и параметры запоминающих устройств.
Оперативное запоминающее устройство. Постоянные запоминающие устройства.
Студент должен знать:
- назначение шифратор и дешифратора;
- работу и схемы шифратора и дешифратора;
- условно-графическое обозначение шифратора и дешифратора;
- функции и назначение мультиплексоров и демультиплексоров;
- принцип организации схем мультиплексоров в интегральном исполнении;
- назначение, классификацию и характеристики сумматоров;
- классификацию и назначение преобразователей кодов;
- назначение и классификацию триггеров;
- назначение и классификацию регистров;
- принцип построения и работы регистра последовательного действия;
- назначение, классификацию и характеристики счетчиков.
Студент должен уметь:
- строить функциональные схемы шифраторов на различное число входов;
- строить схемы одно- и многокаскадных линейных дешифраторов;
- определять отличие и характеристики схем;
- строить структурную схему простейшего демультиплексора;
- проводить синтез одноразрядных комбинационных сумматоров на два и три входа;
- строить схемы сумматоров с последовательным и параллельным переносами;
- сравнивать схемы сумматоров;
- разбираться в схеме преобразователей кодов;
- строить схемы с различными способами включения JK-триггеров;
- строить и читать схемы регистров;
- строить и читать схемы счетчиков.
Контрольные вопросы:
Что такое шифратор?
Что такое дешифратор?
Для чего предназначен шифратор и дешифратор?
Какими буквами обозначается логическая функция дешифратора?
Что такое мультиплексор?
Для чего предназначен демультиплексор?
Что такое сумматор?
Какие виды сумматоров вам известны?
Для чего предназначен преобразователь кода?
Что такое ПЗУ?
Что такое ОЗУ?
Что такое триггер? Какие виды триггеров вам известны?
Что такое регистр? УГО регистра
Что такое счетчик? Какие бывают счетчики?
Как работает счетчик с произвольным коэффициентом пересчета?
Объясните принцип работы регистров параллельного и последовательного действий.
Раздел 4. Процессор.
Тема 4.1. Принцип работы ЭВМ.
Поколения ЭВМ. Структура ЭВМ. Команды.
Тема 4.2. Общие вопросы построения процессора.
Аналоговые и цифровые методы обработки информации. Два подхода к построению процессоров.
Студент должен знать:
- общие сведения о микропроцессорах;
- характеристики микропроцессоров;
- архитектуру микропроцессоров;
- параметры микропроцессоров.
Студент должен уметь:
- определять быстродействие процессора по его параметрам;
- составлять алгоритм работы микпропроцессора;
- определять размер стековой памяти;
- управлять обработчиком прерывания микропроцессора.
Контрольные вопросы:
Что такое микропроцессор?
Что такое разрядность процессора?
Чем определяется тактовая частота микропроцессора?
Что такое быстродействие?
Какие процессоры нового поколения вам известны?
4. Контроль планируемого результата обучения
Контроль по данной дисциплине предусматривает проведение промежуточной аттестации, основными формами которой являются: контрольная работа, курсовая работа, тестирование, экзамен.
Организациям образования необходимо в рабочей учебной программе разработать компетентностно-ориентированные практические работы и задания в тестовой форме.
Тестовые задания должны быть представлены по разделам, темам, и иметь три основных уровня сложности (минимальный, средний и сложный) для каждого уровня профессиональной квалификации.
В тестах должны быть включены вопросы по следующим разделам:
Раздел I. Логические основы цифровой техники. 42 %
Раздел II. Арифметические основы цифровой техники. 12 %
Раздел III. Цифровые устройства. 40 %
Раздел IV. Процессор. 6 %
5. Литература и средства обучения
Основная
1. Калабеков К.А. Цифровые устройства и микропроцессорные системы: Учебник для техникумов связи. – Горячая линия – Телеком, 2007. – 336с.: ил.
2. Поспелов Д.А. Логические методы анализа и синтеза схем. – М.: Энергия, 1968.
3. Поспелов Д.А. Арифметические основы вычислительных машин дискретного действия: Учеб.пособие. – М.: Высшая школа, 1970.
4. Калабеков Б.А. Микропроцессоры и их применение в системах передачи и обработки сигналов: Учеб.пособие. – М.: Радио и связь, 1988.
5. Однокристальные микроЭВМ: Справочник/А.В. Бобрыхин, Г.П. Липовецкий, Г.В. Литвинский и др. – М.: МИКАП, 1994.
6. Амосов В.В. Схемотехника и средства проектирования цифровых устройств. – СПб.: БХВ – Петербург, 2007.-560с.: ил.
Дополнительная
1. В. Л. Бройдо Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: Учебник для вузов. 2-е изд. – СПб.: Питер, 2005. – 703 с.:ил
2. Курс лекций по предмету “Микросхемотехника”, автор Толыкбекова Г. Ж., ТПТК
3. Семененко В.А. и др. Электронные вычислительные машины: Учеб.пособие для ПТУ; Под ред. В.И. Дракина. – М.: Высш. шк., 1991. – 288 с.: ил.
4. Стрыгин, Щарев Основы вычислительной микропроцессорной техники, 1991 г.
5. Конструирование функциональных узлов ЭВМ на интегральных схемах. Под редакцией В.И. Ермолаева. Москва; Радио 1984 г.
Рекомендуемые средства обучения
1. Учебно-методический комплекс.
2. Программное обеспечение.
3. Видеоматериалы по дисциплине «Цифровые устройства и микропроцессорные системы».
4. Тематический комплект плакатов (таблиц, чертежей, схем,
карты и т.д.)