Головна сторінка     |     Про нас     |     On-line заявка     |     Координати

Інформація про курс

«Цифрові вимірювальні прилади»

1. Вступ

2. Область знань, тема та цільова аудиторія

3. Навчальні курси, в яких може використовуватись система

4. Тип системи

5. Цілі дисципліни і системи навчання

6. Конфігурація апаратного і програмного забезпечення, призначеного для використання системи дистанційного навчання

7. Вимоги до мінімального рівня підготовки тих, кого навчають

8. Результати навчання і способи контролю їхнього досягнення

9. Структура курсу

10. Методи подання понять і способи моделювання процесів предмета, що вивчається

11. Типи контрольних задач курсу і методи рішення

12. Засоби допомоги і підказок тому, кого навчають

13. Засоби демонстрації та пояснення вірних рішень

1. Вступ

Дисципліна «Цифрові вимірювальні прилади» є спеціальною дисципліною підготовки бакалаврів і фахівців зі спеціальності «Метрологія й вимірювальна техніка».

В основу дистанційної навчальної системи за дисципліною «Цифрові вимірювальні прилади» були покладені наукові й методичні розробки учбово-наукового комплексу «Кафедра інформаційно-вимірювальної техніки й НДІ експериментальної інформатики й метрології» Національного технічного університету України «КПІ».

Пропонована блокова систематизація навчального матеріалу дозволить вибрати необхідний рівень знань, умінь і навичок, виходячи з вимог освітньої й кваліфікаційної характеристики, а також програми професійно-освітньої підготовки. Зокрема, студенти знайомляться з основними поняттями та термінологією в області цифрових вимірювальних приладів (ЦМП), вивчають основні методи аналого-цифрового й цифро-аналогового перетворення, сучасні аналого-цифрові перетворювачі (АЦП) і цифро-аналогові перетворювачі (ЦАП), цифрові вимірювальні перетворювачі, принципи побудови цифрових вимірювальних приладів різного призначення, а також навчаються застосовувати отримані знання для рішення практичних задач вимірювальної техніки, діагностики й керування. Практичні навички щодо розробки й використання цифрових вимірювальних приладів студенти одержують у ході курсового проектування й виконання лабораторних робіт, у тому числі й за допомогою сучасних спеціалізованих програмних пакетів. Розроблене методичне забезпечення може бути ефективно використане при підготовці бакалаврів, фахівців і магістрів спеціальностей, пов'язаних як з вимірювальною технікою, так і з управлінням, моніторингом, створенням систем контролю й т.п.

Набуття практичних навичок у розробці й дослідженні цифрових вимірювальних приладів вимагає проведення ряду практичних і, у першу чергу, лабораторних занять. Однак темпи росту й вартість лабораторного обладнання унеможливлюють забезпечення кожного студента повним комплектом необхідних інструментальних засобів. Лабораторне обладнання у віртуальному виконанні (моделі, тренажери) дозволяє вирішити цю проблему з меншою витратою засобів. Крім того, вирішується проблема вилученого доступу до таких інструментальних засобів. Природно, що віртуальні апаратні засоби не будуть повністю замінювати реальні інструменти, але будуть служити потужним допоміжним дидактичним інструментарієм для тих, що навчаються, з метою придбання й закріплення навичок роботи з ними й мінімізації витрат щодо створення лабораторної бази в цілому.

2. Область знань, тема та цільова аудиторія

Система присвячена вивченню дисципліни «Цифрові вимірювальні прилади» і отриманню студентами теоретичної й практичної підготовки в області цифрових вимірювальних пристроїв, а також застосуванню набутих навичок для рішення задач метрології й вимірювальної техніки (вимір, контроль, діагностика, управління, випробування).

Області знань, покладені в основу системи - теорія вимірів, методи й засоби вимірів, вимірювальні перетворювачі, аналогові вимірювальні прилади, експериментальна інформатика, математичне моделювання.

Цільова аудиторія - студенти старших курсів спеціальності «Метрологія й вимірювальна техніка», а також суміжних з ними; фахівці в області інформаційно-вимірювальної техніки й систем; фахівці інших напрямків, пов'язані з розробкою цифрових систем.

3. Навчальні курси, в яких може використовуватись система

Курси, пов'язані із проектуванням цифрових систем:

  • інтелектуальні засоби вимірів;
  • системи розпізнавання образів;
  • системи моніторингу й прогнозування;
  • цифрове оброблення сигналів;
  • інформаційно-вимірювальні системи.

4. Тип системи

Консультаційно-навчальна й керуюча.

Консультаційна функція полягає:

  • у поданні тим, що навчаються, повної інформації з навчальної програми курсу;
  • у наданні консультаційних послуг за напрямками діяльності й навчання (консультаційно-довідковий центр).

Навчальна функція полягає:

  • в реалізації обраного методу навчання, який приводить до досягнення необхідної мети й визначальний стиль спілкування з тим, що навчається, комплексному рішенні задач навчання й контролю;
  • у прийнятті системою на себе функцій викладача щодо організації надання навчального матеріалу, контролю його засвоєння й діагностування помилок того, хто навчається.

Керуюча функція полягає в керівництві процесом навчання й контролю засвоюваності знань відповідно до навчальної програми.

5. Цілі дисципліни і системи навчання

Метою дисципліни й створеної для її вивчення системи є:

  • отримання студентами теоретичної й практичної підготовки в області цифрових вимірювальних пристроїв;
  • засвоєння сучасних методів аналого-цифрового й цифро-аналогового перетворення;
  • засвоєння методів цифрових вимірювальних перетворень;
  • надбання навичок у розробці й проектуванні цифрових вимірювальних приладів різного призначення.

6. Конфігурація апаратного і програмного забезпечення, призначеного для використання системи дистанційного навчання

6.1 Для використання системи необхідні Сервер і персональний комп'ютер (ПК), характеристики яких були б не гірше наведених нижче (Hardware):

Сервер

Тип процесора - Pentium II/300;

ОЗУ - 256 Мб;

вільний об'єм твердого носія - 10 Гб;

канал зв'язку - повнодуплексний, 10 Мбіт.

- ПК

тип процесора - Celeron/333;

об'єм ОЗП - 128 Мб;

вільний об'єм твердого носія - 1 Гб;

канал зв'язку - повнодуплексний, 10 Мбіт.

На Сервері повинне бути встановлене наступне програмне забезпечення (Software):

  • Операційна система Linux RedHat 6.0 або вище;
  • Notes Domino Server for Linux версії 5.0.2 або вище;
  • Lotus LearningSpace 3.0 або вище.

На ПК повинне бути встановлене наступне програмне забезпечення (Software):

  • Операційна система - Windows 9x/NT;
  • Lotus Notes Client версії 5.0.2 або вище;
  • Графічний Web-броузер (Netscape Communicator версії 4.х і вище, Microsoft Internet Explorer версії 5.х і вище);

6.2 Для навчання необхідний персональний комп'ютер (ПК), характеристики якого були б не гірше наведених нижче (Hardware):

  • тип процесора - Pentium /166;
  • об'єм ОЗП - не менш 32 Мб;
  • вільний об'єм твердого носія - 1 Гб;
  • доступ до системи дистанційного навчання через Internet або локальну мережу;

На ПК повинне бути встановлене наступне програмне забезпечення (Software):

  • Графічний Web-броузер з підтримкою java-скриптов;
  • Програмне забезпечення необхідне для виконання робіт у процесі навчання.

7. Вимоги до мінімального рівня підготовки тих, кого навчають

Для вивчення дисципліни необхідна фундаментальна підготовка за наступними дисциплінами і розділами:

  • вища математика (всі розділи, включаючи спеціальні глави);
  • теорія ймовірностей і математична статистика;
  • математичне моделювання;
  • загальна електротехніка;
  • теорія вимірів.

Той, кого навчають, також повинен вільно володіти засобами обчислювальної техніки для виконання документів і файлів-звітів в електронному вигляді.

8. Результати навчання і способи контролю їхнього досягнення

Результатом навчання повинне бути повне засвоєння матеріалу навчальної програми, успішно виконані завдання лабораторних робіт і практичних занять.

У результаті проходження навчання за даним курсом, той, кого навчають, повинен досягти цілей, поставлених у п. 5.

Контроль засвоюваності навчального матеріалу пропонується робити за допомогою системи контролю знань на базі Lotus Notes. Ця система дозволяє проводити планові тестування, контрольні й перевірочні роботи з наступною автоматичною або ручною перевіркою з наданням документації за результатами перевірки у формі, погодженої з іншими модулями. Система дозволяє оброблювати результати перевірки знань тих, яких навчають, у т.ч. з урахуванням відносної складності завдання (питання); адресувати тести як окремим слухачам і групам, так і всім тим, яких навчають, за курсом; одержувати результати перевірок, згруповані за різними ознаками.

9. Структура курсу

Курс складається з окремих завершених модулів (розділів і тем), зв'язаних логічною послідовністю вивчення дисципліни.

До складу окремого модуля входить лекційний матеріал за окремим розділом або темою, а також відносні до нього практичні заняття й лабораторні роботи. У ході підготовки до лабораторних робіт виконуються завдання, які при необхідності можуть виділятися в окремі додаткові практичні заняття.

9.1 Загальні питання конструювання ЦВП

9.1.1 Лекційний матеріал (теми):

9.1.1.1 Основні поняття й принципи побудови ЦВП.

9.1.1.1 Квантування за рівнем і дискретизацією в часі в ЦВП.

9.1.2 Практичні заняття:

9.1.2.1 Визначення числа щаблів квантування й числа розрядів ЦВП за заданою погрішністю квантування.

9.1.2.2 Визначення необхідної частоти дискретизації сигналу в ЦВП.

9.2 Найпростіші схеми АЦП і ЦАП

9.2.1 Лекційний матеріал (теми):

9.2.1.1 АЦП зіставлення.

9.2.1.2 АЦП зрівноважування.

9.2.1.3 Найпростіші схеми ЦАП.

9.2.2 Практичні заняття:

9.2.2.1 Розрахунок динамічних погрішностей АЦП зрівноважування.

9.2.2.2 Визначення погрішності розряду ЦАП.

9.2.3 Лабораторні роботи:

  • Лабораторна робота №1 <Дослідження АЦП частоти> (до п. 9.2. 1.1)
  • Лабораторна робота №2 <Дослідження АЦП інтервалів часу> (до п. 9.2. 1.1).
  • Лабораторна робота №3 <Дослідження АЦП, що розгортає зрівноважування> (до п. 9.2. 1.2).
  • Лабораторна робота №4 <Дослідження перетворювача напруга-код, що стежить> (до п. 9.2. 1.2).
  • Лабораторна робота №5 <Дослідження цифро-аналогового перетворювача > (до п. 9.2. 1.3).
  • Лабораторна робота № 19 <Дослідження АЦП конвеєрного типу> (до п. 9.2. 1.1).

9.3 Вимірювальні перетворювачі, застосовувані в ЦВП

9.3.1 Лекційний матеріал (теми):

9.3.1.1 Вимірювальні перетворювачі різниці фаз, ємності, опору, індуктивності, миттєвих і інтегральних значень напруги в часовий інтервал.

9.3.1.2 Вимірювальні перетворювачі аналог-частота.

9.3.2 Лабораторні роботи:

  • Лабораторна робота №6 Дослідження вимірювального перетворювача різниці фаз в інтервал часу (до п. 9.3. 1.1).
  • Лабораторна робота №7 Дослідження вимірювального перетворювача миттєвих значень напруги в часовий інтервал (до п. 9.3. 1.1).
  • Лабораторна робота №8 Дослідження вимірювального перетворювача інтегральних значень напруги в часовий інтервал (до п. 9.3. 1.1).
  • Лабораторна робота №9 Дослідження вимірювального частотного перетворювача (до п. 9.3. 1.2).

9.4 Цифрові вимірювальні прилади

9.4.1 Лекційний матеріал (теми):

9.4.1.1 ЦВП частотно-тимчасової групи.

9.4.1.2 ЦВП зрівноважування, що розгортає.

9.4.1.3 ЦВП зрівноважування, що стежить.

9.4.1.4 ЦВП інтегруючого типу.

9.4.2 Практичні заняття:

9.2.2.1 Розрахунок погрішності квантування цифрового вимірника інтервалів часу. Розрахунок методичної погрішності цифрового статистичного вимірника інтервалів часу.

9.2.2.2 Розрахунок мінімального коефіцієнта перешкодозахищеності інтегруючого ЦВП.

9.4.3 Лабораторні роботи:

  • Лабораторна робота №10 Дослідження цифрового частотоміра середніх значень (до п. 9.4. 1.1).
  • Лабораторна робота №11 Дослідження цифрового фазометра зіставлення (до п. 9.4. 1.1).
  • Лабораторна робота №12 Дослідження цифрового вимірника інтервалів часу (до п. 9.4. 1.1).
  • Лабораторна робота №13 Дослідження цифрового статистичного вимірника інтервалів часу (до п. 9.4. 1.1).
  • Лабораторна робота №14 Дослідження цифрового вимірника коротких інтервалів часу (до п. 9.4. 1.1).
  • Лабораторна робота №15 Дослідження цифрового вольтметра миттєвих значень (до п. 9.4. 1.2).
  • Лабораторна робота №16 Дослідження цифрового вольтметра двотактного інтегрування (до п. 9.4. 1.4).
  • Лабораторна робота №17 Дослідження інтегруючого цифрового вольтметра на основі вимірювального частотного перетворювача (до п. 9.4. 1.4).
  • Лабораторна робота №18 Дослідження інтегруючого перетворювача аналог-код на основі s-d-модуляції (до п. 9.4. 1.4).

9.5 ЦВП із числовими вимірювальними перетворювачами

9.5.1 Лекційний матеріал (теми):

9.5.1.1 Основні алгоритми числових вимірювальних перетворень у ЦВП.

9.5.1.2 Додаткові погрішності, що виникають у процесі числових вимірювальних перетворень. Спадкоємна й машинна погрішності.

9.5.2 Практичні заняття:

9.5.2.1 Розрахунок погрішностей ЦВП із числовими вимірювальними перетворювачами.

9.5.2.2 Розрахунок необхідного запасу розрядної сітки процесора ЦВП із числовими вимірювальними перетворювачами.

9.6. Експериментальне визначення характеристик погрішностей ЦВП

9.6.1. Лекційний матеріал (теми):

9.6.1.1 Нормування метрологічних характеристик ЦВП.

9.6.1.2 Експериментальне визначення й контроль характеристик погрішностей ЦВП.

9.7. Застосування мікропроцесорів і мікроконтролерів у ЦВП

9.7.1. Лекційний матеріал (теми):

9.7.1.1 Основні функції мікропроцесорів і мікроконтролерів у ЦВП.

9.7.1.2 Структура мікропроцесорного ЦВП.

9.8. Додаткова література

1) Орнатський П.П. Автоматичні виміри й прилади. - К.: «Вища школа», 1986. - 504 с.

2) Чернов В.Г. Пристрою уведення/висновку аналогової інформації для цифрових систем збору й обробки даних. - М.: Машинобудування, 1988.

3) Ермолов Р.С. Цифрові частотоміри.- Л.: Енергія, 1974.

4) Горлач А.А. і ін. Цифрова обробка сигналів у вимірювальній техніці. - К.: Технiка,1985.- 151 с.

5) Вострокнутов Н.Н. Цифрові вимірювальні пристрої. Теорія погрішностей, випробування, перевірка.- М.: Энергоатомиздат, 1990. - 208 с.

6) Методи електричних вимірів / під ред. Цвєткова Э.И.- Л.: Энергоатомиздат, 1990. - 288 с.

7) Мелик-Шахназаров А.М. і ін. Вимірювальні прилади з убудованими мікропроцесорами. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 240 с.

8) Павлишин Н.М.,Кузнєцов В.И.,Бобків Ю.В. Методичні вказівки до виконання курсового проектування за курсом «Цифрові вимірювальні прилади». - К.: НТУУ «КПІ», каф.ІВТ, 2000. - 32 с.

9) Кузнєцов В.И. Методичні вказівки до лабораторних робіт з дисципліни ЦИУ. - К.: КПИ, 1989. - 44 с.

10) Кузнєцов В.И.,Бобків Ю.В. Методичні вказівки до лабораторних робіт з дисципліни «Цифрові вимірювальні прилади». - К.: НТУУ «КПИ», каф.ИИТ, 2001. - 126 с.

11) Бобків Ю.В. Методичнi вказiвки з вивчення дисциплiни «Цифровi вимiрювальнi прилади». - К.: НТУУ «КПІ», каф.IBТ, 2002. - 14 с.

12) Бобків Ю.В. Методичнi вказiвки з модульного контролю до дисциплiни «Цифровi вимiрювальнi прилади». - К.: НТУУ «КП», каф.IBТ, 2002. - 14 с.

13) Федорков Б.Г.і ін. Мікроелектронні ЦАП і АЦП.- М.:-Радіо й зв'язок,1988.

14) Лебедєв О. Р. і ін. Виробу електронної техніки. Довідник. - М.: Радіо й зв'язок.1994.

15) Прянішніков В. Л. Інтегруючі цифрові вольтметри постійного струму.- Л,: Енергія,1976.

16) Смирнов П.Т. Цифрові фазометри.- Л.: Енергія,1974.

17) Муттер В.М. Аналого-цифрові системи, що стежать. - Л.: Енергія,1974.

18) Новицький П.В.і ін. Цифрові прилади із частотними датчиками. - Л.: Енергія,1974.

19) Марцінкявічус А.-І.ДО і ін. Швидкодіючі інтегральні мікросхеми АЦП і ЦАП. - М.: Радіо й зв'язок,1988.

20) Мірський Г.Я. Мікропроцесори у вимірювальних приладах. - М.: Радіо й зв'язок, 1984. - 160 с.

21) Кузнєцов В.И. Проектування мікропроцесорних ЦИУ. Методичні вказівках з курсового проектування. - К.: КПІ,1987.

22) Ціделко В.Д.і ін. Методичні вказівки до самостійної роботи з ЦИУ. Приладовий інтерфейс. - К.: КПІ, 1989.

10. Методи подання понять і способи моделювання процесів предмета, що вивчається

Основні поняття курсу представлені у вигляді розділів лекційного матеріалу, практичних і лабораторних занять. Кожний розділ - це електронний документ, виконаний у середовищі LearningSpace, доступний для користувачів мережі Інтернет за допомогою будь-якого броузера або безпосередньо за допомогою пакета Lotus Notes.

11. Типи контрольних задач курсу й методи рішення

11.1 Види контролю в дистанційній освіті за даним курсом:

  • - контрольні питання по матеріалі лекцій, лабораторних робіт і практичних занять;
  • - індивідуальні завдання (робота з варіантів) при відпрацьовуванні лабораторних робіт і практичних занять;
  • - курсовий проект (у вигляді набору окремих документів і файлів звіту в електронному вигляді).

11.2 Метод рішення:

Виробляється використання існуючої методики проведення тестів у системі Learning Space.

Питання (завдання) являють собою базу даних і можуть поєднуватися в окремі тести для контролю всього або частини засвоєного матеріалу.

12. Засоби допомоги й підказок тому, кого навчають

Використовується Help-система підказок LearningSpace по натисканні клавіші F1 або значка з меню панелі.

Крім цього, допомога тому, кого навчають, надається у вигляді додаткових текстових посилань, виділених графічно (кольором, стилем написання й т.д.).

13. Засоби демонстрації та пояснення вірних рішень

Система контролю Lotus Notes дозволяє при формуванні питань і завдань указати також вірну відповідь, яка буде переслана тому, кого навчають, після проходження їм тесту разом зі списком його оцінок. Крім цього, передбачається більше розширена відповідь або коментар відповіді на запитання за особистим запитом того, кого навчають, у викладача за допомогою реалізації зв'язку «той, що навчається-викладач». Така розширена відповідь виконується як електронний документ й пересилається електронною поштою.