Рабочая программа профессионального модуля ПМ01 Проектирование цифровых устройств
министерство образования тверской области
ГБОУ СПО «Ржевский колледж»
РАБОЧАЯ ПРОГРАММа ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО МОДУЛЯ
ПМ.01. «Проектирование цифровых устройств»
2012 г.
Программа профессионального модуля разработана на основе Федерального государственного образовательного стандарта по специальностям среднего профессионального образования (далее – СПО): 230113 – Компьютерные системы и комплексы.
Организация-разработчик: государственное бюджетное образовательное учреждение среднего профессионального образования «Ржевский колледж» (ГБОУ СПО «Ржевский колледж»)
Разработчики:
Петрова А.Н., преподаватель специальных дисциплин первой квалификационной категории ГБОУ СПО «Ржевский колледж»
Рецензенты:
Преподаватель:________________________
© ГБОУ СПО «Ржевский колледж»
©Петрова А.Н.
министерство образования тверской области
ГБОУ СПО «Ржевский машиностроительный техникум»
РАБОЧАЯ ПРОГРАММа ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО МОДУЛЯ
ПМ.01. «Проектирование цифровых устройств»
2012 г.
Рабочая программа профессионального модуля разработана на основе Федерального государственного образовательного стандарта по специальностям среднего профессионального образования (далее – СПО): 230113 Компьютерные системы и комплексы
Организация-разработчик: ГБОУ СПО «Ржевский машиностроительный техникум»
Разработчики:
Петрова А. Н., преподаватель спец. дисциплин первой квалификационной категории ГБОУ СПО «Ржевский машиностроительный техникум»
Рецензенты:
Преподаватель:________________________
© ГБОУ СПО «Ржевский машиностроительный техникум»
©Петрова А.Н.
СОДЕРЖАНИЕ
стр.
1. ПАСПОРТ РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЫ ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО МОДУЛЯ
4
2. результаты освоения ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО МОДУЛЯ
6
3. СТРУКТУРА и содержание профессионального модуля
7
4 условия реализации программы ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО
МОДУЛЯ
26
5. Контроль и оценка результатов освоения
профессионального модуля (вида профессиональной
деятельности)
29
1. паспорт РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЫ
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО МОДУЛЯ
Проектирование цифровых устройств
1.1. Область применения программы
Рабочая программа профессионального модуля (далее рабочая программа) – является частью основной профессиональной образовательной программы в соответствии с ФГОС по специальности СПО
230113 «Компьютерные системы и комплексы»
в части освоения основного вида профессиональной деятельности (ВПД):
проектирование цифровых устройств
и соответствующих профессиональных компетенций (ПК):
Разрабатывать схемы цифровых устройств на основе интегральных схем разной степени интеграции
Выполнять требования технического задания на проектирование цифровых устройств
Использовать средства и методы автоматизированного проектирования при разработке цифровых устройств
Определять показатели надежности и качества проектируемых цифровых устройств
Выполнять требования нормативно – технической документации
Рабочая программа профессионального модуля может быть использована
в дополнительном профессиональном образовании.
1.2. Цели и задачи модуля – требования к результатам освоения модуля
С целью овладения указанным видом профессиональной деятельности и соответствующими профессиональными компетенциями, обучающийся в ходе освоения профессионального модуля должен:
иметь практический опыт:
применения интегральных схем разной степени интеграции при разработке цифровых устройств и проверки их на работоспособность;
проектирования цифровых устройств на основе пакетов прикладных программ;
оценки качества и надежности цифровых устройств;
применения нормативно-технической документации;
уметь:
выполнять анализ и синтез комбинационных схем;
проводить исследования работы цифровых устройств и проверку их на работоспособность;
разрабатывать схемы цифровых устройств на основе интегральных схем разной степени интеграции;
выполнять требования технического задания на проектирование цифровых устройств;
проектировать топологию печатных плат, конструктивно-технологические модули первого уровня с применением пакетов прикладных программ;
разрабатывать комплект конструкторской документации с использованием САПР;
определять показатели надежности и давать оценку качества СВТ;
выполнять требования нормативно-технической документации;
знать:
арифметические и логические основы цифровой техники;
правила оформления схем цифровых устройств;
принципы построения цифровых устройств;
основы микропроцессорной техники;
основные задачи и этапы проектирования цифровых устройств;
конструкторскую документацию, используемую при проектировании;
условия эксплуатации цифровых устройств, обеспечение их помехоустойчивости и тепловых режимов, защиты от механических воздействий и агрессивной среды;
особенности применения систем автоматизированного проектирования, пакеты прикладных программ;
методы оценки качества и надежности цифровых устройств;
основы технологических процессов производства СВТ;
участвовать в разработке проектной документации с использованием современных пакетов прикладных программ в сфере профессиональной деятельности;
нормативно-техническую документацию: инструкции, регламенты, процедуры, технические условия и нормативы.
1.3. Количество часов на освоение программы профессионального модуля:
всего – 996 часов, в том числе:
максимальной учебной нагрузки обучающегося –780 часов, включая:
обязательной аудиторной учебной нагрузки обучающегося – 520 часов;
самостоятельной работы обучающегося – 260 часов;
учебной и производственной практики – 216 часов.
2. результаты освоения ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО МОДУЛЯ
Результатом освоения профессионального модуля является овладение студентами видом профессиональной деятельности Проектирование цифровых устройств, в том числе профессиональными (ПК) и общими (ОК) компетенциями, указанными в ФГОС по специальности 230113 Компьютерные системы и комплексы
Код
Наименование результата обучения
ПК 1.1
Разрабатывать схемы цифровых устройств на основе интегральных схем разной степени интеграции
ПК 1.2
Выполнять требования технического задания на проектирование цифровых устройств
ПК 1.3
Использовать средства и методы автоматизированного проектирования при разработке цифровых устройств
ПК 1.4
Определять показатели надежности и качества проектируемых цифровых устройств
ПК 1.5
Выполнять требования нормативно- технической документации
ОК 1
Понимать сущность и социальную значимость своей будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес
ОК 2
Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество
ОК 3
Принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность
ОК 4
Осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития
ОК 5
Использовать информационно-коммуникационные технологии в профессиональной деятельности
ОК 6
Работать в коллективе и в команде, эффективно общаться с коллегами, руководством, потребителями
ОК 7
Брать на себя ответственность за работу членов команды (подчиненных), за результат выполнения заданий
ОК 8
Самостоятельно определять задачи профессионального и личностного развития, заниматься самообразованием, осознанно планировать повышение квалификации
ОК 9
Ориентироваться в условиях частой смены технологий в профессиональной деятельности
ОК 10
Исполнять воинскую обязанность, в том числе с применением полученных профессиональных знаний (для юношей).
3. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО МОДУЛЯ
3.1. Тематический план профессионального модуля ПМ.01. Проектирование цифровых устройств
Коды профессиональных компетенций
Наименования разделов профессионального модуля
Всего часов
(макс. учебная нагрузка и практики)
Объем времени, отведенный на освоение междисциплинарного курса (курсов)
Практика
Обязательная аудиторная учебная нагрузка обучающегося
Самостоятельная работа обучающегося
Учебная,
часов
Производственная (по профилю специальности), часов
Всего,
часов
в т.ч. лабораторные работы и практические занятия,
часов
в т.ч., курсовая работа (проект),
часов
Всего,
часов
в т.ч., курсовая работа (проект),
часов
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
ПК 1.1 – ПК 1.3
Раздел 1. МДК.01.01. Цифровая схемотехника
300
200
120
100
ПК 1.1 – ПК 1.5
Раздел 2. МДК.01.02. Проектирование цифровых устройств
480
320
190
30
160
30
Производственная практика (по профилю специальности), часов
216
216
Всего:
996
520
310
30
260
216
Итоговая аттестация в форме квалификационного экзамена
3.2. Содержание обучения по профессиональному модулю (ПМ)
Наименование разделов профессионального модуля (ПМ), междисциплинарных курсов (МДК) и тем
Содержание учебного материала, лабораторные работы и практические занятия, самостоятельная работа обучающихся, курсовая работа (проект)
Объем часов
Уровень освоения
1
2
3
4
ПМ 01. Проектирование цифровых устройств
780
МДК 01. 01.
300
Раздел 1. Цифровая схемотехника
Тема 1.1 Введение. Основные понятия цифровой техники
Содержание
62
2
1.
Краткий исторический обзор. Роль цифровой техники в современных электронных системах, цифровые и импульсные сигналы, их параметры. Устройства формирования цифровых сигналов.
1,2
2.
Системы счисления, используемые в компьютерах: двоичная, двоично-кодированная (восьмеричная, шестнадцатеричная), двоично-десятичная.
2
3.
Преобразование чисел из одной системы в другую. Правила двоичной арифметики.
2
4.
Представление информации в цифровом коде. Прямой, обратный и дополнительный код.
2
5.
Основные логические операции и логические схемы.
2
6.
УГО логических элементов (Стандарт).
2
7.
Понятие логической функции. Способы задания логических функций.
2
8.
Переключательная функция. Минимизация логических функций методом СДНФ, СКНФ
2
9.
Минимизация логических функций методом Карно.
2
10.
Классификация и системы обозначений серий цифровых интегральных схем.
2
11.
Сравнительная оценка логических элементов различного типа (ТТЛ, ТТЛШ, МОП, КМОП и т.д.).
2
Лабораторные работы
26
1.
Инструктаж по технике безопасности. Моделирование вентилей в среде конструктора электронных элементов (MatLab / WorkBench / Altera MAX+PlusII™ / Моделирующий пакет ASIMEC)
2
1,2
1,2
2.
Основные приемы моделирования функциональных схем в среде конструктора электронных элементов MatLab
2
3.
Основные приемы моделирования функциональных схем в среде конструктора электронных элементов в среде WorkBench
2
4.
Основные приемы моделирования функциональных схем в среде конструктора электронных элементов в среде Excel
2
5.
Основные приемы моделирования функциональных схем в среде конструктора электронных элементов в среде Altera MAX+PlusII™
2
6.
Основные приемы доказательства равнозначности функциональных схем в среде конструктора электронных элементов MatLab
4
7.
Основные приемы доказательства равнозначности функциональных схем в среде конструктора электронных элементов WorkBench
4
8.
Анализ и синтез простейших функциональных схем в среде конструктора электронных элементов MatLab
2
9.
Анализ и синтез простейших функциональных схем в среде конструктора электронных элементов WorkBench
2
10.
Анализ и синтез простейших функциональных схем в среде конструктора электронных элементов Altera MAX+PlusII™
2
11.
Анализ и синтез простейших функциональных схем в среде конструктора электронных элементов «Моделирующий пакет ASIMEC»
2
Практические занятия
14
1.
Системы счисления. Преобразование чисел из одной системы в другую.
2
2.
Арифметические действия в разных системах счисления: основные правила
2
3.
Способы задания Булевых функций. Методы доказательства равносильности функций
2
4.
Алгебра логики: основные законы
2
5.
Минимизация Булевых функций методом карт Карно
4
6.
Минимизация Булевых функций методом карт Карно, с помощью совершенных нормальных форм: СДНФ (СКНФ)
2
Тема 1.2 Схемотехнические проблемы построения цифровых узлов и устройств
Содержание
16
2
1.
Простейшие модели, система параметров логических элементов. Типы выходных каскадов цифровых элементов. Паразитные связи цифровых элементов по цепям питания
1,2
2.
Передача сигналов в цифровых узлах и устройствах. Помехи в сигнальных линиях
2
3.
Вспомогательные элементы цифровых узлов и устройств
2
4.
Типовые ситуации при построении узлов и устройств на стандартных ИС. Уровни интеграции
2
Лабораторные работы
1.
Исследование элементов с тремя состояниями выхода
2
1,2
2.
Выход с открытым коллектором
2
3.
Выход с открытым эмиттером
2
Практические занятия
1.
Тесты: «Классификация и УГО стандартных ИС»
2
3
Тема 1.3 Функциональные узлы комбинационного типа
Содержание
34
2
1.
Арифметические сумматоры
1,2
2.
Шифраторы, дешифраторы
2
3.
Мультиплексоры
2
4.
Демультиплексоры
2
5.
Компараторы
2
6.
Преобразователи кодов
2
Лабораторные работы (стенд ЦС-01М)
16
1.
Исследование типовых логических элементов
2
1,2
2.
Исследование шифратора и дешифратора
4
3.
Исследование мультиплексора и демультиплексора
4
4.
Исследование компаратора
2
5.
Исследование многоразрядного комбинационного сумматора
4
Практические занятия
6
1.
Семинар по теме «Функциональные узлы ЭВМ»
2
3
2.
Контрольное тематическое тестирование
2
3.
Коллоквиум по результатам поисковой работы
2
Тема 1.4 Цифровые устройства последовательностного типа
Содержание
6
2
1.
Триггеры RS, D, T, JK типов
1,2
2.
Разновидности триггеров RS, D, T, JK типов
2
Лабораторные работы (стенд ЦС-01М)
1.
Изучение принципа работы триггеров RS, D, T, JK типов
2
1,2
Практические занятия не предусмотрены
Тема 1.5 Цифровые счетчики
Содержание
12
2
1.
Счетчики с последовательным и ускоренным переносом.
1,2
2.
Суммирующие, вычитающие и реверсивные счетчики
2
3.
Принципы построения счетчиков с переменным коэффициентом деления.
2
Лабораторные работы
1.
Исследование счетчика импульсов (стенд ЦС-01М)
2
1,2
2.
Моделирование счетчиков в среде конструктора электронных элементов (MatLab / WorkBench / Altera MAX+PlusII™ / Моделирующий пакет ASIMEC)
2
Практические занятия
1.
Компьютерное тестирование
2
3
Тема 1.6 Регистры и буферные элементы
Содержание
14
2
1.
Регистры, назначение и классификация. Принципы построения регистров памяти и универсальных сдвигающих регистров.
1,2
2.
Устройства на основе регистров. Регистровые запоминающие устройства.
2
Лабораторные работы
6
1.
Исследование работы регистров последовательного и параллельного действия (стенд ЦС-01М)
2
1,2
2.
Исследование работы буферных элементов (стенд ЦС-01М)
2
3.
Моделирование устройств на основе сдвигающих регистров в среде конструктора электронных элементов (MatLab / WorkBench / Altera MAX+PlusII™ / Моделирующий пакет ASIMEC)
2
Практические занятия
4
1.
Исследование принципа сдвига в операциях умножения
2
1,2
2.
Тематическое тестирование
2
Тема 1.7 Элементы памяти микропроцессорных устройств и ЭВМ
Содержание
18
2
1.
Микропроцессор: основные понятия, назначение, характеристики, классификация, структура
1,2
2.
Классификация запоминающих устройств. Оперативные ЗУ. ОЗУ типа 2D, 3D, 2DM.
2
3.
Постоянные запоминающие устройства
2
4.
Перепрограммируемые ЗУ.
2
5.
Flash-память
2
Лабораторные работы
6
1.
Исследование режимов работы ОЗУ статического типа. Наращивание емкости модуля памяти (стенд ЦС-01М)
2
1,2
2.
Моделирование многокаскадных цифровых устройств в среде конструктора электронных элементов (MatLab / WorkBench)
4
Практические занятия
1
Тематическое тестирование
2
3
Тема 1.8 Аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи
Содержание
8
2
1.
Классификация АЦП, основные параметры.
1,2
2.
АЦП последовательного, параллельного и последовательно-параллельного типов
2
Лабораторные работы
4
1.
Моделирование АЦП
2
1,2
2.
Моделирование ЦАП
2
Практические занятия не предусмотрены
Тема 1.9 Программируемые логические интегральные схемы и программируемая матричная логика
Содержание
30
2
1.
ПЛИС: основные понятия, назначение, структура
1,2
2.
Программируемая логическая матрица (ПЛМ)
2
1,2
3.
Программируемая матричная логика (ПМЛ)
2
4.
Функциональные разновидности ПЛМ и ПМЛ
2
5.
Зачетное занятие
2
Лабораторные работы
6
1.
Подготовка задачи к решению с помощью ПЛМ
2
1,2
2.
Программирование ПЛМ
2
3.
Подготовка к решению задачи с помощью ПМЛ
2
Практические занятия
14
1.
Структура технической документации на разработку цифрового устройства
2
1,2
1,2
2
Работа с техническим заданием
2
3.
Методы оценки надежности и качества цифрового устройства с целью обеспечения помехоустойчивости и тепловых режимов, защиты от механических воздействий и агрессивной среды
2
4.
Методы изготовления печатных плат
2
5.
Разработка простейшего устройства последовательного типа на печатной плате, в т.ч. ТЗ на него, технической документации на эксплуатацию (сопроводительные документы)
6
Самостоятельная работа при изучении раздела 1 ПМ 01.
100
Тема
Тематика внеаудиторной работы
Кол-во часов
Тема 1.1
Работа реферативного характера относительно эволюции интегральных микросхем
8
Тема 1.2
Работа реферативного характера: «Примеры схемотехнических решений на микросхемах разных уровней интеграции»
10
Тема 1.3
Подготовка к контрольному тестированию «Функциональные узлы комбинационного типа»
8
Поисковая работа в Инете: примеры современных устройств на микросхемах комбинационного типа
10
Тема 1.4
Моделирующий пакет ASIMEC: назначение, структура и основные функции
6
Классификация триггерных устройств. Отличие триггеров со статическим и динамическим тактовым входом.
8
Тема 1.5
Работа реферативного характера «Область применения цифровых счетчиков различного типа»
10
Тема 1.6
Поисковая работа реферативного характера «Практическое применение устройств на основе сдвигающих регистров»
10
Тема 1.7
Области применения регистров памяти и сдвига. Классификация запоминающих устройств.
8
Тема 1.8
Измерение интервальной погрешности разряда при аналого-цифровом преобразовании сигнала
10
Тема 1.9
Обзор архитектур программируемых логических интегральных схем
12
3
Примерная тематика домашних заданий
Решение индивидуальных заданий по системам счисления, в т.ч.:
перевод целых и дробных чисел с фиксированной и плавающей запятой из одной системы счисления в другую;
арифметические действия в разных системах счисления над целыми и дробными числами с фиксированной и плавающей запятой;
прямой, обратный, дополнительный коды. Действия над числами с одинаковыми и разными знаками. Правила переполнения;
Работа над индивидуальным заданием:
минимизация булевой функции методом СДНФ (СКНФ);
минимизация булевой функции методом карт Карно;
Работа над индивидуальным заданием:
Анализ и синтез комбинационных средств;
Проработка учебного материала по темам
Разработка тематических презентаций, кроссвордов
Подготовка к семинарам, тестам
МДК 01. 02.
480
Раздел 2. Проектирование цифровых устройств
Тема 2.1 Основные этапы проектирования цифровых устройств. Факторы, влияющие на работоспособность цифрового устройства
Содержание
4
2
1
Стадии проектирования, этапы проектирования. Структура этапов разработки цифрового устройства
2
2
Факторы, влияющие на работоспособность цифрового устройства: классификация факторов, климатические, механические и радиационные факторы
2
Лабораторные работы – не предусмотрены
Практические занятия– не предусмотрены
Тема 2.2 Документация и нормативы на конструирование, ремонт и эксплуатацию цифрового устройства (ЭВМ)
Содержание
18
1.
Конструкторская документация: общие положения ЕСКД; классификация и виды конструкторских документов; общие требования к выполнению конструкторских документов; требования к текстовым документам (к построению, изложению и оформлению)
2
2
2.
Общие требования к выполнению конструкторских документов
2
3.
Общие требования к текстовым документам ( к построению, изложению и оформлению)
2
4.
Технические условия (ТУ): требования к построению и изложению; Разделы ТУ
2
5.
Схемная документация: Виды схем. Типы схем.
2
2
6.
Условные графические обозначения элементов (УГО). Правила выполнения электрических схем
2
7.
Эксплуатационная и ремонтная документация
2
Лабораторные работы – не предусмотрены
Практические занятия
4
1.
Ознакомление с комплектом конструкторской документации
2
2
2.
Оформление схемной документации
2
Тема 2.3 Структурные уровни конструкций
Содержание
4
2
1.
Пять уровней в конструкции ЭВМ. Характеристики каждого из уровней конструкции
2
2.
Конструктивная иерархия ЭВМ
2
Лабораторные работы – не предусмотрены
Практические занятия– не предусмотрены
Тема 2.4 Конструирование электронной аппаратуры на основе поверхностного монтажа компонентов
Содержание
22
1.
Перспективы развития. Область использования
2
2
2.
Принципы конструирования: Моносхемный принцип; Схемно-узловой принцип; Каскадно-узловой принцип.
2
3.
Функционально-узловой принцип; Модульный принцип
2
4.
Влияние условий эксплуатации: Классификация ЭВМ; Стационарные ЭВМ; Транспортируемые ЭВМ: морские, бортовые; Портативные ЭВМ.
2
5.
Требования, предъявляемые к конструкции цифровых устройств: Тактико-технические требования; Конструкторско-технологические требования; Эксплуатационные требования;
2
6.
Требования по надежности; Экономические требования.
2
7.
Виды и типы навесных элементов
2
8.
Интегральные микросхемы: Классификация ИС; Система обозначений ИС
2
9.
Корпуса ИС; Важнейшие характеристики ИС
2
Лабораторные работы – не предусмотрены
Практические занятия
4
1.
Методы расчета надежности цифрового устройства как целостной системы
2
2,3
2.
Методы статистического прогнозирования цены и качества цифрового устройства
2
Тема 2.5 Конструкции узлов на печатной плате
Содержание
6
2
1.
Основные виды современных печатных плат и их особенности
2
2.
Элементы расчета электрических параметров печатных схем
2
Лабораторные работы – не предусмотрены
Практические занятия
1.
Расчет электрических параметров печатных схем.
2
2,3
Тема 2.6 Проектирование плат печатного монтажа. Конструирование типовых элементов замены
Содержание
20
1.
Выбор серии логических и микропроцессорных ИС
2
2
2.
Размещение микросхем на печатных платах
2
3.
Основные правила конструирования
2
4.
Размеры печатных плат. Конструкции ячеек
2
Лабораторные работы
12
1.
Компоновка элементов на печатной плате
4
2,3
2.
Проектирование плат печатного монтажа
4
3.
Конструирование типовых элементов замены.
4
Практические занятия – не предусмотрены
Тема 2.7 Обеспечение помехоустойчивости
Содержание
14
1.
Причины возникновения помех.
2
2
2.
Обеспечение помехоустойчивости
2
3.
Связи между элементами в ЭВМ и системах.
2
4.
Наводки по цепям питания и методы их уменьшения
2
5.
Применение экранов
2
Лабораторные работы – не предусмотрены
Практические занятия
4
1.
Обеспечение помехоустойчивости в конструкции узлов на печатной плате
2,3
Тема 2.8 Тепловые режимы в конструкциях цифровых устройств
Содержание
8
1.
Способы охлаждения: Использование жидкостных систем охлаждения
2
2
2.
Использование испарительных систем охлаждения; Применение тепловых труб
2
Лабораторные работы – не предусмотрены
Практические занятия
4
1
Обеспечение теплового режима в конструкции узлов на печатной плате.
2,3
Тема 2.9 Автоматизация проектирования цифровых устройств
Содержание
134
2
1.
Общие сведения о САПР. Требования, предъявляемые к САПР. Классификация САПР. Структура САПР
2
2
2.
Виды обеспечения САПР. Этапы разработки современных САПР. Обзор существующих пакетов прикладных программ. Применение основных пакетов прикладных программ
2
Лабораторные работы
130
1.
Разработка схем цифровой схемотехники
2,3
2.
Способы запуска и установки начальных параметров редактора Сadence OrCAD, P-CAD 2006, ALTIUM DESIGNER для ознакомления с ниспадающим и экранным меню, панелями инструментов, а также создания чертежа схемы
3.
Построение чертежа с помощью P-CAD 2006, ALTIUM DESIGNER. Сохранение созданного чертежа в графическом файле (Altera MAX+PlusII™)
4.
Выделение информации из системы. Передача информации в систему P
·