«Програмування вимірювальних приладів»

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ “КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ” Кафедра інформаційно-вимірювальної технікиОПИС ДИСЦИПЛІНИ «Програмування вимірювальних приладів». Код дисципліни ЗП-08 (назва та код дисципліни) для напрямів підготовки (спеціальностей): 6.051 001 «Метрологія та інформаційно-вимірювальні технології» (шифри та назви напрямів, спеціальностей)Київ – 2010Опис дисципліниКод дисципліни ЗП-08, дисципліна «Програмування вимірювальних приладів». (код та назва кредитного модуля, дисципліни) Статус дисицпліни обов’язковий (обов’язковий або за вільним вибором студента) Лектор Шантир Сергій Валерійович, старший викладач (прізвище, ім’я та по батькові, посада) Факультет авіаційних і космічних систем (назва) Кафедра інформаційно-вимірювальної техніки (назва)І. Загальні відомості Дисципліна «Програмування вимірювальних приладів» входить до циклу професійної та практичної підготовки у системі підготовки бакалаврів за спеціальністю 6.051001 Метрологія та інформаційно-вимірювальні технології і вивчається в сьомому (восьмому – для заочної форми навчання) семестрі відповідно до навчального плану. Статус дисципліни – обов’язковий. Загальний обсяг дисципліни 5 кредитів ECTS.ІІ. Розподіл навчального часу Розподіл навчальних годин дисципліни за видами навчальних занять із зазначенням кількості модульних контрольних робіт (МКР) та виду індивідуального завдання відповідно до робочих навчальних планів наведено в табл. II.1. Таблиця II.1. Семестр Форма навчання Код кредитного модуля Всього (кредит./год) Розподіл за видами занять (всього год./год. у тижні) Самостійна робота + єкзамен студентів, год Модульні контрольні роботи (кількість) Індивідуальні завдання (вид) Семестрова атестація Лекції Лабораторні роботи 7 денна ЗП-08 5/180 36/2 36/2 108 1 РГР1 екзамен 8 заочна ЗП-08 5/180 8 12 160  ДКР2 екзамен 1 РГР – розрахунково-графічна робота2 ДКР – домашня контрольна роботаІІІ. Мета і завдання ДИСЦИПЛІНИ Мета вивчення дисципліни «Програмування вимірювальних приладів» є набуття теоретичної та практичної підготовки що до побудови сучасних вимірювальних засобів, складовою яких є засоби комп’ютерної техніки та програмні засоби, і фахове освоєння сучасними технологіями проектування та програмування цих засобів. Дисципліну «Програмування вимірювальних приладів» забезпечують такі дисципліни програми підготовки бакалаврів:обчислювальна техніка та програмування (НФ-05; 15 кредитів ECTS);комп’ютерне моделювання (ВП-02; 4 кредитів ECTS);системне програмування (ВП-01; 4 кредити ECTS);метрологія та вимірювання (НП-07; 11 кредитів ECTS);вимірювальні перетворювачі (НП-08; 7 кредитів ECTS);електронні пристрої ІВТ (ЗП-03; 16 кредитів ECTS);мікроконтролери (ЗП-06; 5,5 кредитів ECTS);методи і засоби вимірювань(ЗП-04; 9 кредитів ECTS);цифрова обробка сигналів (ЗП-05; 5,5 кредитів ECTS);вимірювальні прилади (ЗП-07; 12 кредитів ECTS). Дисципліна «Програмування вимірювальних приладів» забезпечує дисципліни. Програми підготовки бакалаврів: вимірювальні системи (ЗП-10; 7 кредитів ECTS); Програми підготовки магістрів: цифрові сигнальні процесори (4 кредити ECTS);системи моніторингу та прогнозування (НП-01; 5 кредитів ECTS);проектування систем з мікрокомп’ютерами (4,5 кредити ECTS);інтелектуальні засоби вимірювальної техніки (8 кредитів ECTS);локальні мережі (3 кредити ECTS). Теоретичну базу дисципліни складають: булєва алгебра; комп’ютерна архітектура; теорія алгоритмів; теорія вимірювань; теорія цифрової обробки сигналів; психологічна ергономіка; теорія інтерфейсу «людина-комп’ютер»; обчислювальна математика. Завдання вивчення дисципліни «Програмування вимірювальних приладів» – сформувати у студентів певний рівень знань та умінь, що відповідають вимогам: знати принципи побудови вимірювальних приладів, їх складових частин та програмних комплексів; знати основи обчислювальної математики; знати принципи організації та склад програмного забезпечення окремих компонент вимірювальних приладів; оволодіти практичними прийомами програмування компонент вимірювальних приладів на мові асемблера; практично оволодіти використанням сучасних візуальних та об’єктно-орієнтованих технологій розробки програмних компонентів; оволодіти практичними прийомами програмування компонент вимірювальних приладів в графічному середовищі інструментальної мови програмування Delphi; фахово оволодіти практичним програмуванням в середовищі LabVIEW. ІV. Зміст дисципліни Перелік основних питань дисципліни з розподілом на розділи, теми. Вступ та огляд дисципліни.Розділ І. Вступ до програмування вимірювальних приладів. Тема І.1. Основні терміни та тлумачення. Тема І.2. Подання даних і системи числення комп’ютерних систем. Типи даних комп’ютерів.  Системи числення.  Перетворення чисел, правила запису.  Від’ємне число.  Комп’ютерна арифметика.  Коди символів. Тема І.3. Архітектура комп’ютеризованих вимірювальних приладів.  Типова комп’ютерна архітектура, принцип програмного керування фон Неймана.  Пам’ять.  Процесори з акумуляторами.  Процесори з регістрами загального призначення.  Компютери зі стековой організацією.  Інші типи організації процесорів та їх класифікація. Тема І.4. Класифікація, структури і характеристики вимірювальних засобів.  Класифікація промислових вимірювальних приладів.  Архітектури побудови промислових вимірювальних приладів.  Характеристики промислових вимірювальних приладів. Тема І.5. Обчислювальна математика. Загальні правила обчислювальної роботи.  Абсолютна та відносна похибки.  Десятковий запис наближених чисел.  Похибки арифметичних дій.  Обчислення значень функцій.  Наближене інтегрування функцій.  Випадкові числа.  Способи отримання випадкових чисел.^ Розділ ІI. Компоненти вимірювальних приладів. Тема ІI.1. Загальна характеристика компонент вимірювальних приладів.  Загальна характеристика вимірювальних компонент приладів.  Загальна характеристика комп’ютерів вимірювальних приладів. Тема ІI.2. Засоби отримання та перетворення інформації.  Вимірювальний канал вимірювального приладу.  Аналого-цифрове перетворення.  Цифро-аналогове перетворення. Тема ІI.3. Засоби системного обміну.  Послідовні та паралельні інтерфейси вимірювальних приладів.  Внутріблочні інтерфейси.  Міжблочні інтерфейси. Тема ІI.4. Засоби керування, обробки та зберігання інформації.  Апаратні засоби керування.  Апаратні компоненти обробки інформації.  Апаратні компоненти зберігання інформації. Тема ІI.5. Оперативно-диспетчеське обладнання.  Вимоги до оперативно-диспетчерського обладнання.  Засоби виведення та відображення інформації. Тема ІI.6. Програмне забезпечення.  Системне програмне забезпечення.  Операційні системи.  Проблемно-орієнтовані програмні додатки.  Програмне забезпечення вимірювальних приладів з мікроконтролерами та мікрокомп’ютерами.^ Розділ ІІI. Інтерактивні графічні середовища розробки програмних компонентів та комплексів вимірювальних приладів. Тема ІІI.1. Комплекси програмування мікроконтролерів.  Інтерактивні комплекси програмування мікроконтролерів.  Програмування на мові Assebler. Тема ІІI.2. Графічні середовища інструментальних мов програмування.  Інструментальні мови програмування.  Інструментальна мова програмування Pascal / Delphi.  Інструментальна мова програмування C++.  Графічне середовище Borland Software Corporation. Тема ІІI.3. Інтерактивне графічне середовище LabVIEW.  Сучасні інтерактивні графічні середовища проектування проблемно-орієнтованих програмних комплексів.  Лабораторія віртуальних приладів LabVIEW.  Типи даних.  Структури.  Базові функції LabVIEW.  Математичні функції LabVIEW.  Функції генерації сигналів.  Функції обробки сигналів.Розділ ІV. Розробка програмних компонент та комплексів. Тема ІV.1. Життевий цикл програмного забезпечення.  Фази життєвого циклу програмного засобу.  Розробка спеціфікацій.  Програмування.  Мови програмування.  Загальні відомості.  Кодування.  Документування.  ЄСПД.  Тестування та відладка програм.  Супровід програм. Тема ІV.2. Загальні основи теорії програмування.  Поток керування та поток даних.  Структури керування.  Структури виклику процедур та повернення.  Переривання та процеси.  Паралельні структури керування.  Мови потоків даних.  Архітектура потоків даних. Тема ІV.3. Програмні компоненти засобів вводу вимірювальних сигналів.  Програмування засобів вводу вимірювальних сигналів.  Технологии DAQ. Тема ІV.4. Програмні компоненти попередньої обробки інформації.  Програмування алгоритмів оцінювання параметрів сигналів.  Програмування алгоритмів цифрової фільтрації. Тема ІV.5. Програмні компоненти первинної обробки інформації.  Програмування алгоритмів статистичної обробки інформації.  Програмування алгоритмів перетворення до спектральної області.  Програмування алгоритмів кореляційної обробки. Тема ІV.6. Програмні компоненти вторинної обробки інформації. Тема ІV.7. Програмні компоненти третинної обробки інформації. Тема ІV.8. Програмні компоненти баз даних та знань. Тема ІV.9. Програмні компоненти засобів відображення вимірювальної інформації. Тема ІV.10. Програмні компоненти засобів керування. Тема ІV.11. Метрологічне забезпечення і надійність програмних засобів.  Якість програмних засобів.  Основні терміни та тлумачення.  Номенклатура показників якості програмних засобів.  Методи оцінки рівня якості програмних засобів.  Методика оцінки якості програмних засобів.^ V. Методи навчання та інформаційно-методичне забезпечення Навчальним планом дисципліни передбачені такі види навчальних занять: лекції та лабораторні роботи. Під час СРС студентами денної форми навчання виконується розрахунково-графічна робота (РГР), студентами заочної форми навчання – домашня контрольна робота (ДКР). Якість засвоєння студентом окремих логічно завершених частин навчальної дисципліни оцінюється при проведенні модульного контролю (МКР). По закінчення вивчання дисципліни студенти складають іспит.Лекції – основний вид навчальних занять. Лекції призначені для викладення теоретичного матеріалу є елементами курсу лекцій, що охоплює основний теоретичний матеріал одної або декількох тем кредитного модуля дисципліни. Для студентів заочної форми навчання лекції мають оглядовий характер та призначені для короткого викладення теоретичного матеріалу дисципліни. Те­матика лекцій визначається робочою навчальною програмою кредитного модуля.Лабораторні заняття – вид навчальних занять, на яких студенти під керівництвом викладача проводять натурні або імітаційні експеримен­ти чи дослідження з метою практичного підтвердження роботоздатності та якості розроблених самостійно, або відомих алгоритмів, набувають практичних навичок роботи з лабораторним обладнанням, компютерною техні­кою, вимірювальною апаратурою, оволодівають методикою програмування з метою вирішення поставленої задачі. Лабораторні заняття проводяться у спеціально оснащених навчальних лабораторіях з використанням обладнання, пристосованого до умов нав­чального процесу (лабораторних макетів, установок та ін.). Кожному студенту надається окреме робоче місце, на якому він виконує роботу. Лабораторне заняття включає проведення контролю підготовленості сту­дентів до виконання конкретної лабораторної роботи, виконання власне лабораторних досліджень, оформлення індивідуального звіту про виконану роботу та його захист перед викладачем. Студенти заочної форми навчання виконують лабораторні роботи за скороченою программою, відповідно до робочого навчального плану. Виконання лабораторної роботи оцінюється викладачем відповідно до Положення про рейтингову систему оцінки успішності студентів з даної дисципліни. Підсумкова оцінка ставиться в журналі обліку виконання лабораторних робіт і вра­ховується при виставленні семестрової підсумкової оцінки (рейтингу) з даної дисцип­ліни. Наявність позитивних оцінок, одержаних студентом за всі лаборатор­ні роботи, передбачені робочою навчальною програмою, є необхідною умовою його допуску до семестрового контролю по даній дисципліні.Модульна контрольна робота (МКР) – це контроль знань студентів після вивчення логіч­но завершеної частини навчальної програми дисципліни. Мета МКР – контроль знань та вмінь студентів практично використовувати отримані знання. МКР передбачає самостійне виконання студентом певної практичної роботи на основі засвоєного теоретичного матеріалу. Цей контроль тематичний і проводитися у формі контрольної роботи або тестування. Модульний контроль є необхід­ним елементом модульно-рейтингової технології навчального процесу1. Робочим навчальним планом передбачено проведення однієї МКР для студентів денної форми навчання. Для студентів заочної форми навчання МКР не застосовується. Інформаційно-методичне забезпечення включає методичні вказівки та інструктивно-методичні матеріали для студентів щодо проведення лабораторних робіт, виконання розрахунково-графічної роботи. Основна навчальна література. В.Д. Циделко, С.В. Шантырь Методическое пособие по использованию интегрированной среды разработчика LabVIEW. часть 1. -К.: НТУУ «КПИ», , 1996. – 91 с.: ил. AVR Studio 4 / www.atmel.com Справка по асемблеру для AVR/ www.atmel.com.ru Software and Technical Library 2004/ 8-bit AVR microcontroller with 8K bytes In-System Programmable Flash ATmega8515/ Atmel Corporation, 2004. Software and Technical Library 2004/ 8-bit AVR microcontroller with 8K bytes In-System Programmable Flash ATmega8535/ Atmel Corporation, 2004. Архангельский А.Я. Программирование в Delphi 6. – М.: ЗАО «Издательство Бином». 2002 г. – 1120 с.: ил. Архангельский А.Я. Delphi 6 Справочное пособие. – М.: ЗАО «Издательство Бином». 2001 г. – 1024 с.: ил. Тревис Дж. LabVIEW для всех/ Джеффри Тревис: Пер. с англ. Клушин Н.А. –М.: ДМК Пресс; ПриборКомплект, 2004. – 544 с.: ил. ISBN 5-94074-257-2. Пейч Л.И., Точилин Д.А., Поллак Б.П. LabVIEW для новичков и специалистов. –М.: Горячая линия – Телеком, 2004. – 384 с.: ил. ISBN 5-93517-152-X. Додаткова навчальна література. Шантырь С.В. Вычислительная техника и программирование. Кредитный модуль НФ-05/1 «Основы построения и архитектура ЭВМ. Основы программирования». Методические указания к самостоятельному изучению, -К.: НТУУ «КПІ». 2006. Шантырь А.С., Шантырь С.В. Вычислительная техника и программирование. Кредитный модуль НФ-05/2 «Информационные технологии в профессиональной области». Методические указания к выполнению расчетно-графической работы, -К.: НТУУ «КПІ». 2008. – 64 с. Шантир А.С., Шантир С.В. Web-проект. Руководство по созданию Web-сайтов от концепции…до публикации. – К.: Вібра Лабораторія. 2006. – 208 с. Архангельский А.Я. Приемы программирования в Delphi. Изд. 2-е перераб. И доп. – М.: ООО «Бином-Пресс». 2004 г. – 848 с.: ил. Р.Джордейн, Справочник программиста персональных компъютеров типа IBM PC, XT/AT, М., Финансы и статистика, 1992. Сопряжение датчиков и устройств ввода данных с компьютерами IBM PC: Пер. с англ./Под ред. У. Томпкинса, Дж. Уэбстера. – М.: Мир, 1992. – 592 с.: ил. Проектирование пользовательского интерфейса на персональных компъютерах фирмы IBM (Стандарт фирмы IBM), DBS LTD, 1992. Гофман В.Э., Хомоненко А.Д. Работа с базами данных Delphi. – СПб.: БХВ-Петербург, 2002 г. – 624 с.: ил. А.Н.Вальвачев, Графическое программирование на языке ПАСКАЛЬ, Минск,1991. Н.Рубенкинг, Турбо Паскаль для Windows, в двух томах, М., Мир, 1994. Знаходження навчальної літератури: науково-технічна бібліотека НТУУ «КПІ», кабінет курсового та дипломного проектування кафедри ІВТ. Розклад консультацій з дисципліни визначається графіком, що розробляється на кожний семестр.VI. Мова Мова викладання – українська, російська, англійська.^ VII. Характеристика індивідуальних завдань Робочим навчальним планом дисципліни визначена розрахунково-графічна робота (РГР) для студентів денної форми навчання та домашня контрольна робота (ДКР) – для студентів заочної форми навчання. Індивідуальне завдання виконується під час СРС та сприяє більш поглибленому вивченню студентом теоретичного матеріалу, формуванню вмінь використання знань для вирішення відповідних практичних завдань.Розрахунково-графічна робота. Виконання розрахунково-графічної роботи передбачає вирішення конкретної практичної навчальної задачі пов’язаної з розробкою програмного компонента з використанням відомого та/або самостійно засвоєного теоретичного матеріалу. Зміст роботи складається з розробки алгоритму програми, що розв’язує практичну навчальну задачу визначену завданням і виконується графічно відповідно до чинних нормативних вимог ЄСПД, коду програми та програмного документу (відповідно до завдання), що розробляється відповідно до вимог ЄСПД.Домашня контрольна робота – індивідуальне завдання з дисципліни, виконання якого сприяє більш поглибленому вивченню студентом теоретичного матеріалу, формуванню вмінь використання знань для вирішення відповідних практичних завдань. ДКР передбачає самостійне виконання студентом певної практичної роботи на основі засвоєного теоретичного матеріалу. Зміст ДКР, так як і РГР, складається з розробки алгоритму програми, коду програми та програмного документу (відповідно до завдання), що розробляється відповідно до вимог ЄСПД. Тематика індивідуальних завдань визначена методичними вказівками до виконання відповідного індивідуального завдання та відповідає змісту дисципліни. Терміни видачі, виконання і захисту РГР та ДКР визначаються графіком, що розробляється на кожний семестр. Індивідуальне завдання виконується студентом самостійно із забезпеченням необхідних консультацій з окремих питань з боку викладача. Результати захисту РГР та ДКР оцінюються відповідно до Положення про рейтингову систему оцінки успішності студентів з дисципліни, що додається. Студент, який без поважної причини не подав РГР/ДКР у зазначений термін або не захис­тив її, вважається таким, що має академічну заборгованість. При отриманні незадовільної оцінки студент переопрацьовує роботу у визначений термін. Наявність позитивної оцінки, отриманої студентом за РГР/ДКР, є необхідною умовою допуску до семестрового контролю з даної дисципліни.^ VIII. Методика оцінювання Успішність вивчення кредитного модуля дисципліни оцінюється сумою набраних балів – рейтинговою оцінкою (RD). Рейтингова оцінка студента складається з балів одержаних за окремі лабораторні роботи, МКР, РГР (для студентів денної форми навчання), ДКР (для студентів заочної форми навчання) та за відповідь на екзамені. До рейтингового балу, також додаються штрафні та заохочувальні бали, які мають відповідно від’ємне та додатне значення. Шкала рейтингу, критерії оцінювання та відповідні рівні наведено в Положеннях про рейтингову систему оцінки успішності студентів з даного кредитного модуля дисципліни, які ухвалюються на засіданні кафедри.^ IX. Організація Дисципліна «Програмування вимірювальних приладів» має статус нормативної навчальної дисципліни за циклом професійної та практичної підготовки і є обов’язковою для вивчення та семестрової атестації при формуванні індивідуального навчального плану студента.Опис кредитного модуля розробив старший викладач кафедри ІВТ С.Шантир 15 квітня 2010 р. 1 Див. “Положення про рейтингову систему оцінки рівня підготовки студентів”.