Учебное пособие 80027
.pdfФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»
Кафедра систем информационной безопасности
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к самостоятельным работам по дисциплине «Устройства цифровой
обработки сигналов в СПЦС» для студентов специальности
090302 «Информационная безопасность телекоммуникационных систем» очной формы обучения
Воронеж 2015
Составитель д-р техн. наук К. А. Разинкин
УДК 621.3.049.7.002 (075)
Методические указания к самостоятельным работам по дисциплине «Устройства цифровой обработки сигналов в СПЦС» для студентов специальности 090302 «Информационная безопасность телекоммуникационных систем» очной формы обучения / ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»; cост. К. А. Разинкин. Воронеж, 2015. 25 с.
Методические указания содержат рабочую программу и контрольные задания по дисциплине «Устройства цифровой обработки сигналов в СПЦС».
Методические указания подготовлены в электронном виде в текстовом редакторе MS Word 2003 и содержатся в файле Разинкин_СР_Цифровые_уст-ва_СПЦС.pdf.
Табл. 3. Библиогр.: 4 назв.
Рецензент д-р техн. наук, проф. А. Г. Остапенко
Ответственный за выпуск зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. А. Г. Остапенко
Издается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета
© ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2015
ЦЕЛЬ ПРЕПОДАВАНИЯ И ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Целью дисциплины является изучение основных аспектов архитектуры, а так же принципов и алгоритмов работы устройств цифровой обработки сигналов в системах подвижной цифровой связи.
Основными задачами при изучении дисциплины являются теоретическое изучение общих принципов и алгоритмов цифровой обработки сигналов в СПЦС, общих принципов построения устройств цифровой обработки сигналов в СПЦС, способов представления данных в устройствах цифровой обработки сигналов, освоение средств анализа и управления сетями и знакомство с устройством и принципами конфигурирования сетевого телекоммуникационного оборудования.
Требования к уровню освоения содержания дисциплины.
Студент должен знать:
-методы формирования и преобразования сигналов в телекоммуникационных системах; основные принципы цифровой обработки сигналов, основные методы и алгоритмы цифровой обработки сигналов.
Студент должен уметь:
-строить эффективные модели сигналов, помех и каналов связи, методов формирования и преобразования сигналов в телекоммуникационных системах; проводить анализ логических устройств , устройств телекоммуникационных систем на базе микропроцессорной техники.
Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины:
ОК-9 Способностью к логически-правильному мышлению, обобщению, анализу, критическому осмыслению информации, систематизации, прогнозированию, постановке исследовательских задач и выбору путей их решения на основании принципов научного познания.
ПК-3 Способностью понимать сущность и значение информации в развитии современного общества, применять достижения современных информационных технологий для поиска и обработки больших объемов информации по профилю деятельности в глобальных компьютерных системах, сетях, в библиотечных фондах и в иных источниках информации.
ПК-22 Способностью осуществлять рациональный выбор элементной базы обеспечения информационной безопасности телекоммуникационных систем и их устройств.
2
1. ВИДЫ УЧЕБНЫХ ЗАНЯТИЙ, ФОРМЫ КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ СТУДЕНТОВ И ОРГАНИЗАЦИЯ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ
Студенты заочного обучения изучают дисциплину «Интегральные устройства радиоэлектроники» (ИУР) в течение одного семестра.
Изучение дисциплины базируется на знаниях, полученных студентами при изучении физики, высшей математики, основ радиоэлектроники и др.
Распределение видов учебных занятий и контрольных мероприятий по семестрам для заочной нормативной и сокращенной форм обучения приведено в табл. 1.
|
|
|
Таблица 1 |
|
Распределение видов учебных занятий |
|
|
||
|
Количество часов и |
|
||
Вид занятий |
семестр |
|
||
|
8 |
|
9 |
|
|
|
|
|
|
Общая трудоемкость |
290 |
|
180 |
|
Аудиторные занятия |
120 |
|
108 |
|
Лекции |
40 |
|
36 |
|
Лабораторные занятия |
40 |
|
36 |
|
Практические занятия |
40 |
|
36 |
|
Самостоятельная работа |
170 |
|
72 |
|
Рубежи контроля знаний |
Зачёт |
|
Зачёт с |
|
|
|
оценкой |
|
|
|
|
|
|
|
Темы рабочей программы, количество лекционных часов и количество часов самостоятельной работы студентов на каждую из тем приведены в табл. 2.
3
Таблица 2 Темы рабочей программы, количество лекционных часов
|
|
|
|
Неделя семестра |
|
Вид учебной нагрузки и их |
|||||
|
|
|
|
|
|
трудоемкость в часах |
|
||||
№ |
Наименование |
Семестр |
Лекции |
|
Практические занятия |
Лабораторные .работы |
|
|
Всего часов |
||
раздела |
|
|
|
|
|||||||
п/п |
|
|
СРС |
|
|||||||
дисциплины |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Методы |
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
алгоритмы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
цифровой |
|
8 |
1-4 |
6 |
|
8 |
8 |
34 |
|
56 |
|
обработки |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сигналов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Цифровые |
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
процессоры |
|
|
5-9 |
8 |
|
8 |
8 |
34 |
|
58 |
обработки |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сигналов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Архитектура |
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
цифровых |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
процессоров |
|
|
10-14 |
10 |
|
8 |
8 |
34 |
|
60 |
|
обработки |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сигналов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Представление |
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
данных в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
цифровых |
|
|
15-18 |
8 |
|
8 |
8 |
34 |
|
58 |
процессорах |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
обработки |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сигналов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Операции над |
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
данными в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
цифровых |
|
|
19-22 |
8 |
|
8 |
8 |
34 |
|
58 |
процессорах |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
обработки |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сигналов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4
Продолжение табл. 2
|
|
|
|
семестраНеделя |
|
Вид учебной нагрузки и их |
|||||
|
|
|
|
|
|
трудоемкость в часах |
|
||||
№ |
|
Наименование |
Семестр |
Лекции |
|
Практические занятия |
Лабораторные работы. |
СРС |
|
часовВсего |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
раздела |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
п/п |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
дисциплины |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Адресация в |
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
цифровых |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
процессорах |
|
1-5 |
8 |
|
8 |
8 |
18 |
|
42 |
|
|
обработки |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сигналов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Система |
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
команд в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
|
цифровых |
|
6-10 |
10 |
|
10 |
10 |
18 |
|
48 |
|
процессорах |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
обработки |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сигналов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Периферийные |
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
устройства |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
цифровой |
|
11-15 |
10 |
|
10 |
8 |
18 |
|
46 |
|
|
обработки |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сигналов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Средства |
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
разработки и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
|
отладки систем |
|
16-20 |
8 |
|
8 |
10 |
18 |
|
44 |
|
цифровой |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
обработки |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сигналов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Итого |
|
|
|
76 |
|
76 |
76 |
242 |
|
470 |
|
5
2.ПРОГРАММА КУРСА, МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ИВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
2.1.Содержание разделов дисциплины
1.Обобщенная схема цифровой обработки аналоговых сигналов. Основные направления, задачи и алгоритмы ЦОС. Цифровой спектральный анализ. Нелинейная обработка. Адаптивная фильтрация.
Самостоятельное изучение. Способы реализации алгоритмов ЦОС
2.Назначение ЦПОС. Система ЦОС. Области применения и основные функции, реализуемые на базе ЦПОС.
Самостоятельное изучение. Особенности ЦПОС
3. Реализация цифровой обработки сигналов. Общие принципы построения ЦПОС и особенности их архитектуры. ЦПОС с фиксированной и плавающей точкой. Основные типы ЦПОС. Влияние архитектуры на возможности процессора.
Самостоятельное изучение. Организация памяти ЦПОС
4. Представление данных в алгоритме, в программе. Представление данных в ЦПОС. Форматы данных. Сравнение ЦПОС с фиксированной и плавающей точками.
Самостоятельное изучение. Формы представления данных
5. Операции над данными в цифровых процессорах обработки сигналов с фиксированной точкой. Операции над данными в цифровых процессорах обработки сигналов с плавающей точкой. Умножители. Арифметико-логические устройства. Сдвигатели.
6
Самостоятельное изучение. Особые случаи при обработке данных с плавающей точкой
6. Структура и синтаксис команды. Режим прямой адресации. Режим косвенной адресации. Режимы специальной адресации. Непосредственная адресация. Абсолютная адресация.
Самостоятельное изучение. Неявная адресация
7. Форматы команд. Структура слова команды. Синтаксис команд. Группы команд
Самостоятельное изучение. Формирование системы команд
8. Основные понятия. Компандеры. Генератор задержек доступа к памяти. Таймеры. Синхронизация портов. Порт с временным разделением каналов. Многоканальный буферизированный последовательный порт. Хост-порт.
Самостоятельное изучение. Контроллер прямого доступа к памяти
9. Аппаратные и программные средства отладки. Внутрисхемные эмуляторы-приставки. Внутриканальные средства отладки. Проверочные модули. Симуляторы системы команд. Отладчики.
|
Самостоятельное |
изучение. |
Интегрированные |
|
|
|
|
|
|
отладочные средства |
|
|
|
|
7
2.2. Методические указания к темам и контрольные вопросы
Методические указания к теме 1
Среди алгоритмов ЦОС можно выделить как простые, так и чрезвычайно сложные. Тем не менее, независимо от сложности алгоритма вычисления осуществляются с помощью базовых операции: сложения, вычитания и умножения. Возведение в степень - это многократное умножение, а деление - многократное вычитание, причем частное может быть как целым, так и дробным числом, поэтому при организации деления необходимо задавать желаемую точность частного. Поскольку вычислительные операции производятся с данными, задерживаемыми относительно друг друга на один и более периодов дискретизации Т с помощью элементов задержки, представляющих собой регистры (ячейки памяти), объединяемые в линии задержки, необходимо иметь возможность осуществлять пересылки и сдвиги данных. Кроме того, для управления вычислительным процессом необходимо предусмотреть и логические операции.
Аппаратная реализация подразумевает использование разнообразных функциональных блоков: регистров, сумматоров, шифраторов и дешифраторов, счетчиков, линий задержек, устройств памяти, умножителей, сдвигателей, логических элементов, интегральных и больших интегральных схем, программируемых логических матриц и т. п. Совокупность функциональных блоков и связей между ними определяет реализуемый алгоритм.
Программная реализация подразумевает представление алгоритма в виде программы, которую последовательно от команды к команде выполняет один или одновременно несколько независимых блоков [1-3].
8