Министерство образования и науки РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева
Факультет радиоэлектроники и информатики Кафедра радиоэлектронных и телекоммуникационных систем (РТС)
Направление подготовки 11.03.03 Конструирование и технология электронных средств Академический и прикладной бакалавриат
|
Методическое обеспечение для лекционных занятий и выполнения лабораторных работ |
по дисциплине Б1.В.12 Интегральные устройства электроники
Рыбинск 2016 |
Методическое обеспечение для лекционных и практических занятий и выполнения лабораторных работ по дисциплине Б1.В.12 Интегральные устройства электроники / Направление подготовки 11.03.03 Конструирование и технология электронных средств // Профиль подготовки Проектирование и технология радиоэлектронных средств. Академический и прикладной бакалавриат. Составители: С.Ю. Кругликов. РГАТУ имени П.А. Соловьева. Кафедра РТС. Рыбинск, 2016
Настоящее методическое обеспечение подготовлено для реализации основной образовательной программы направления подготовки 11.03.03 «Конструирование и технология электронных средств» академического и прикладного бакалавриата. Может использоваться в качестве основного методического материала для самостоятельной внеаудиторной работы, выполнения курсовых работ и проектов, выпускной квалификационной работы студентами, обучающимися по очной, очно-заочной и заочной формам обучения, а также магистрами и аспирантами.
С.Ю. Кругликов, 2016
РГАТУ имени П.А. Соловьева, 2016
СОДЕРЖАНИЕ
1 Общие сведения о составе и назначении методического обеспечения 5
1.1 Место учебной дисциплины в структуре основной образовательной программы образовательного модуля. Структура методического обеспечения учебного раздела 5
1.2 Цели и задачи учебного раздела образовательного модуля. Формируемые компетенции 5
1.3 Требования к результатам освоения учебного раздела образовательного модуля 6
2 Теоретическая часть. Конспект лекций и методический материал для подготовки к лабораторным занятиям 8
2.1 Интегральные устройства на основе цифровой электроники 8
2.1.1 Предназначение и классификация программируемых логических интегральных схем (ПЛИС). 8
2.1.2 Архитектуры ПЛИС. 10
2.1.3 Основные характеристики ПЛИС. 24
2.1.4 Проектирование ПЛИС с помощью графического редактора САПР Quartus II Web Edition и библиотека элементов САПР 27
2.1.5 Иерархическое проектирование. 31
2.1.6 Логические элементы 32
2.1.7 Элементы с 3-м состоянием 33
2.1.8 Триггеры D, T, RS, JK 34
2.1.9 Счетчик Lpm-counter 46
2.1.10 Временной дикриминатор 64
2.1.11 Мультиплексор Lpm_mux 67
2.1.12 Дешифратор Lpm_decode 78
2.1.13 Умножитель частоты altpll и последовательно-параллельный преобразователь altlvds 89
2.1.14 Регистр параллельный Lpm_ff и регистр сдвига Lpm_shiftreg 90
2.1.15 Цифровые запоминающие устройства 96
2.1.16 Оперативные запоминающие устройства (ОЗУ) 104
2.1.17 Постоянные запоминающие устройства (ПЗУ) 109
2.1.18 Flash-память 114
2.1.19 Статическое ОЗУ Lpm_ram_io с совмещенным входом выходом данных, Lpm_ram_dq с раздельным входом и выходом данных, буфер FIFO dcfifo 120
2.1.20 Функциональные устройства цифровой электроники 124
3 Лабораторный практикум 128
3.1 Лабораторная работа №1. Моделирование и анализ работы ЦАП в САПР «Multisim» 128
3.2 Лабораторная работа №2. Моделирование и анализ работы АЦП мгновенных значений напряжения, построенного по замкнутой схеме, в САПР «Multisim» 136
3.3 Лабораторная работа №3. Проектирование цифровой электроники на основе логических элементов и триггеров в САПР Quartus II Web Edition 138
3.4 Лабораторная работа №4. Проектирование цифровой электроники на основе цифровых счетчиков. 139
3.5 Лабораторная работа №5. Иерархическое проектирование в САПР Quartus II Web Edition 140
3.6 Лабораторная работа №6. Проектирование цифровой электроники на основе цифровых коммутаторов и преобразователей частоты 143
3.7 Лабораторная работа №7. Проектирование цифровой электроники на основе элементов памяти 144
3.8 Лабораторная работа №8. Проектирование устройства преобразования последовательного кода в параллельный 145
3.9 Лабораторная работа №9. Проектирование устройства буферизации данных 146
4 Подготовка к экзамену 149
Список рекомендованных источников 152
1Общие сведения о составе и назначении методического обеспечения
1.1Место учебной дисциплины в структуре основной образовательной программы образовательного модуля. Структура методического обеспечения учебного раздела
Дисциплина «Интегральные устройства электроники» относится к вариативной части учебных планов основных образовательных программ академического и прикладного бакалавриата .направления подготовки 11.03.03 Конструирование и технология электронных средств, профиль «Проектирование и технология радиоэлектронных средств» и реализуется в 5 семестре.
Теоретическая и практическая части данного раздела непосредственно связаны с другими дисциплинами учебными плана и являются основной для последующего успешного освоения образовательной программы и защиты выпускной квалификационной работы.
Методическое обеспечение состоит из четырех основных частей:
теоретического материала;
методических указаний к выполнению лабораторных работ;
методических указаний для подготовки к экзамену.
1.2Цели и задачи учебного раздела образовательного модуля. Формируемые компетенции
Цель освоения дисциплины «Интегральные устройства электроники» - сформировать у будущего бакалавра знания, умения и навыки, необходимые для формирования следующих компетенций:
ОПК-3: способность решать задачи анализа и расчета характеристик электрических цепей (академический и прикладной бакалавриат);
ПК-1: способность моделировать объекты и процессы, используя стандартные пакеты автоматизированного проектирования и исследования (академический и прикладной бакалавриат).
В таблице приведены формируемые компетенции, а также их связь с предшествующими, текущими и последующими дисциплинами, изучаемые в объеме основной образовательной программы:
Наименование компетенции |
Предшествующие дисциплины |
Последующие дисциплины (группы дисциплин) |
Общекультурные компетенции |
||
— |
— |
— |
Профессиональные компетенции |
||
ОПК-3: способностью решать задачи анализа и расчета характеристик электрических цепей |
Электротехника и электроника
|
Теория точности в разработке конструкций и технологий |
ПК-1: способностью моделировать объекты и процессы, используя стандартные пакеты автоматизированного проектирования и исследования |
Компьютерное моделирование / Применение САПР в проектировании вычислительных систем
|
Теория точности в разработке конструкций и технологий Основы управления техническими системами Микропроцессоры и микроконтроллеры |
1.3Требования к результатам освоения учебного раздела образовательного модуля
В результате освоения учебной дисциплины студент должен:
|
Знать |
ОПК-3 |
основные характеристики и параметры современных интегральных устройств электроники с целью построения на их основе электронных средств с улучшенными характеристиками качества, структуры и математические модели интегральных устройств электроники различного функционального назначения, направления перспективного развития современной элементной базы для построения электронных средств с улучшенными характеристиками качества, методики проектирования и расчета интегральных устройств электроники |
ПК-1 |
разделы библиотечных элементов САПР Quartus II Web Edition и основные элементы этих разделов, принципы построения и функционирования интегральных устройств электроники |
|
Уметь |
ОПК-3 |
рассчитывать отдельные элементы и устройства интегральной электроники с целью определения их оптимальных параметров и характеристик для дальнейшей практической реализации |
ПК-1 |
выбирать специализированные системы автоматизированного проектирования, наиболее полно и эффективно решающие задачи электронного моделирования интегральных устройств электроники |
|
Владеть |
ОПК-3 |
навыками расчета элементов функциональной, цифровой и цифро-аналоговой (АЦП и ЦАП) электроники |
ПК-1 |
навыками работы с компьютером как с инструментом, позволяющим проверить работоспособность создаваемых устройств и максимально улучшить их технические характеристики |