Skip to main content

Оглавление

  1. Введение
  2. Информация и ее мера
    1. Форма представления информации
    2. Мера количества информации
  3. Кодирование информации
    1. Общие понятия и определения. Цели кодирования
    2. Оптимальное кодирование
    3. Помехоустойчивое кодирование
  4. Передача информации по каналам связи
    1. Общие сведения о каналах связи
    2. Виды двоичных сигналов
    3. Каналы передачи данных с электрическими линиями
    4. Оптические каналы передачи данных
    5. Управление физическим каналом
  5. Общая характеристика средств воспроизведения и отображения информации
    1. Назначение СОИ
    2. Информация, подлежащая воспроизведению и отображению
    3. Способы представления информации в наглядном виде
    4. Классификация средств воспроизведения и отображения информации
    5. Основные характеристики средств воспроизведения и отображения информации
  6. Дискретные индикаторы
    1. Классификация и определения
    2. Газоразрядные индикаторы
    3. Электролюминесцентные индикаторы
    4. Полупроводниковые индикаторы
    5. Жидкокристаллические индикаторы
    6. Электрофоретические индикаторы
  7. Средства отображения информации с электронно-лучевыми индикаторами
    1. Классификация СОИ на ЭЛТ
    2. Формирование знаков на экране ЭЛТ
  8. Средства отображения информации коллективного пользования
    1. Состав СОИ коллективного пользования
    2. Принцип построения и характеристики больших экранов
    3. Видеопреобразователи БЭ с электронно-лучевой трубкой
    4. Видеопреобразователи с промежуточным носителем информации
    5. Светоклапанные видеопреобразователи БЭ
    6. Видеопреобразователи на управляемых транспарантах с жидкими кристаллами
    7. Мнемосхемы
    8. Лазерные средства отображения информации
  9. Речевые средства диалога человека с техническими средствами
    1. Метод прямого кодирования - восстановления речевых сигналов
    2. Синтез речи на основе методов цифрового моделирования голосового тракта
    3. Формантный синтез
    4. Фонемный цифровой синтез
    5. Кодирование речи коэффициентами линейного предсказания (КЛП)
  10. Вопросы инженерной психологии
    1. Инженерная психология и ее роль при разработке СОИ
    2. Психофизиологические требования к системам отображения информации
    3. Моторные компоненты действия оператора
    4. Эргономические характеристики систем отображения информации
    5. Организация рабочего места оператора в АСУ
  11. Контрольные вопросы
  12. Контрольные этапы и их максимальный рейтинг
  13. Индивидуальное задание №1
  14. Индивидуальное задание № 2
  15. Лабораторная работа № 1 "Исследование частотных модуляторов-демодуляторов систем передачи дискретной информации"
    1. Введение
    2. Модуляция носителей информации
    3. Дискретный канал с частотной модуляцией
    4. Частотные модуляторы
    5. Частотные демодуляторы
    6. Программа лабораторной работы
    7. Содержание отчета по лабораторной работе
    8. Контрольные вопросы
    9. Рекомендуемая литература
    10. Приложение 1
    11. Приложение 2
    12. Приложение 3
  16. Лабораторная работа №2 Исследование кодеров и декодеров последовательных асинхронных систем передачи информации двоичными однополярными сигналами
    1. Введение
    2. Последовательная асинхронная передача данных
    3. Программа лабораторной работы
    4. Содержание отчета по лабораторной работе
    5. 5 Контрольные вопросы
    6. 6 Рекомендуемая литература
    7. Приложение
  17. Лабораторная работа №3 Исследование пакета программ компьютерной мультипликации системы AUTODESK ANIMATOR
    1. 1 Введение
    2. Работа с системой
    3. Мультипликация
    4. Создание мультипликации методом полиморфных преобразований
    5. Оптические эффекты
    6. 6 Цвет
    7. Матрица
    8. Текст и мультипликация текста
    9. Вспомогательное средство MASK
    10. Пример мультипликации текста
    11. Полиморфные преобразования в мультипликации
    12. Панель OPTICS
    13. Другие возможности панели OPTICS
    14. Опция PATH
    15. Вращение
    16. Вращение и масштабирование
    17. Вращение, масштабирование и маршрут
    18. Композиция и соединение
    19. Программа работы
    20. Содержание отчета
    21. Контрольные вопросы
    22. Список литературы
    23. Приложение
  18. Методические указания по курсовому проектированию
    1. Введение
    2. Основные этапы курсового проектирования
    3. Рейтинговая раскладка курсового проекта
    4. Варианты заданий на курсовое проектирование
    5. Связь систем сбора информации с ЭВМ верхнего уровня
  19. Примеры творческих экзаменационных заданий
  20. Пример выполнения индивидуального задания №1
    1. 1 Техническое задание
    2. 2 Введение
    3. 3 Разработка структурной схемы УЗО и программного модуля
    4. 4 Заключение
  21. Список использованных сокращений
  22. Литература

Основные этапы курсового проектирования

Обзор литературы

Проектирование нового изделия, как правило, проводится на базе прототипа. Кроме изучения материалов (технические характеристики, техническое описание и т.п.) прототипа, проводится патентный поиск, изучение технической литературы, анализ математических моделей на ЭВМ.

Изучение технической и патентной литературы позволяет выявить новые решения, применение которых может повысить качество нового изделия. Патентный поиск, кроме того, нужен для оценки патентной чистоты новых решений и выявления предполагаемых изобретений.

Работа над курсовым проектом ведется обычно в одиночку, без опыта проектирования, поэтому студенту необходимо в полной мере использовать единственно доступный ему источник информации - техническую литературу. Уже вначале проектирования необходимо синтезировать структурную схему устройства, которая может быть реализована разными способами. Качество структурной схемы можно понимать как меру ее близости к некоторой неизвестной оптимальной схеме [1, 12]. Неудачный выбор структуры потребует в дальнейшем ее изменения, что сопряжено с потерей времени. Поэтому, начиная работу над проектом, необходимо подобрать литературу по теме проекта, изучить ее и сделать обзор.

Обзор представляет собой краткий литературно обработанный конспект. Он обычно начинается введением, в котором дается определение проектируемого устройства, указывается область применения и задачи, решаемые с его помощью. Обзор может содержать классификацию устройств, сжатое изложение принципов их действия, особенностей, достоинств и недостатков. Как правило, в обзоре приводят более простые в изготовлении структурные и функциональные схемы, но в необходимых случаях дают и фрагменты принципиальных схем.

Обстоятельная работа над обзором значительно расширяет кругозор и является залогом успешного выполнения проекта. Обзор входит в проект как существенная его часть. Средний объем обзора 6-8 с. После написания обзора можно приступать к анализу ТЗ, его конкретизации и синтезу структурной схемы проектируемого устройства или системы.

Формирование и конкретизация технического задания

Задание на курсовой проект сформулировано в краткой форме. Оно описывает объект проектирования с точки зрения заказчика или потребителя. Часто задание характеризует данную систему как подсистему или часть другой системы более высокого иерархического уровня. Данные технического задания обычно называют внешними параметрами [1, 2, 12, 13]. На внешние параметры накладывают ограничения, определяющие требуемые по техническому заданию значения параметров или области допустимых изменений. Например, скорость передачи информации в локальной сети ЭВМ равна 9600 бит/с, вероятность ошибки - не более 10-4. Математически ограничения на внешние параметры записываются системой равенств и неравенств вида

В более сложных случаях ограничения на внешние параметры включают зависимости между ними и представляются в виде функциональных равенств и неравенств следующего общего вида

(2.1)

Левые части (2.1) представляют собой функции многих переменных.

Совокупность всех ограничений на внешние параметры обозначим . Эта совокупность ограничений определяет допустимое множество внешних параметров , так что любой допустимый (согласно требований технического задания) вектор внешних параметров принадлежит , т.е. можно записать:

Внутренние параметры описывают систему с точки зрения разработчика. Типичными внутренними параметрами являются длительность посылки сигнала, избыточность, длина кода (разрядность), тип применяемых элементов (элементная база) и т.д.

На внутренние параметры также как и на внешние, накладываются ограничения, которые в простых случаях представляются в виде равенств и неравенств. Например, длительность посылки 1 мс, ток в линии связи не менее 20 мА, целочисленность длины кода и т.д. В общем случае ограничения на внутренние параметры записываются в виде функциональных равенств и неравенств:

(2.2)

совокупность которых определяет допустимое множество (пространство) внутренних параметров ; допустимы только такие векторы внутренних параметров , которые удовлетворяют системе :

В рамках конкретизации технического задания внешние и внутренние параметры системы должны быть выражены численно; при этом они могут принимать как непрерывное, так и дискретное множество значений.

Строгой границы между внутренними и внешними параметрами не существует. В частности, некоторые параметры системы могут быть одновременно и внутренними и внешними. При этом необходимо учитывать, что параметры и ограничения на них, как правило, непосредственно перечисляются и задаются в техническом задании, а состав и значения внутренних параметров подлежат определению в процессе конкретизации технического задания.

Ограничения, накладываемые на внутренние параметры можно разделить условно на две группы (рисунок 2.1): первая группа ограничений относится к методу проектирования, вторая - к способам изготовления, результату проектирования.

С математической точки зрения внутренние параметры играют роль независимых переменных задачи проектирования и однозначно определяют значения внешних, которые, в свою очередь, определяют эффективность разрабатываемой системы.

Рисунок 17.1 - Ограничения на внутренние параметры

Внешние и внутренние параметры каждой системы связаны определенными зависимостями. Представим каждый из внешних параметров проектируемой системы в виде функции ее внутренних параметров

(2.3)

Равенства вида (2.3) называются уравнениями связи между внешними и внутренними параметрами. Обозначим их

Уравнения связи отображают структуру системы, алгоритмы ее функционирования, взаимное влияние технических и экономических показателей системы и представляют собой математическую модель проектируемой системы.

Математическая модель системы может быть представлена разными способами, однако представление внешних параметров через внутренние в явном виде (2.3), если оно возможно, является наиболее удобной формой задания математической модели, так как позволяет непосредственно выразить показатель эффективности системы через ее внутренние (искомые) параметры.

Разработка структуры системы сбора и отображения информации

Системы сбора, обработки и отображения информации относятся к сложным человеко-машинным системам (ЧМС). Их характеризует возросшее количество исходных данных, большое число связей в системе, а участие человека требует учета социально-экономических факторов [11, 12, 13].

При использовании системного подхода разработчик должен быть поставлен на уровень более высокий, чем уровень разрабатываемой системы. Разрабатываемая система в этом случае рассматривается как подсистема системы более высокого ранга.

Вначале формируется цель, затем по поставленной цели определяются функции системы, и уже по функциям строится структура [4, 5].

Формальная структура - идеальная структура (без ограничений), к которой нужно стремиться в процессе разработки.

Логическая структура - совокупность элементов и связей между ними, необходимых и достаточных для достижения цели (с учетом накладываемых ограничений).

Материальная структура - реальное воплощение логической структуры при ее реализации.

При формальном представлении может быть предложен подход, при котором структура системы отображается с помощью теории графов. Элементы структуры располагаются в узлах графа, а дуги определяют отношение между ними. Совокупность дуг и узлов создает формальное представление структуры. Отношения между вершинами в таком графе могут отображать энергетические и информационные связи. При определенной интерпретации значения этих отношений позволяют оценить требуемые вычислительные мощности, пропускную способность канала связи и другие внешние параметры структуры.

При проектировании сложных систем обычно структуру расчленяют на части (объекты, элементы) по различным признакам. Один из главных признаков - вид иерархии. Виды иерархии: временная, пространственная, функциональная, ситуационная и информационная. Деление системы на части не может быть однозначным, так как выделение границ между частями всегда субъективно [5]. Выбор того или иного принципа выделения составных частей должен удовлетворять следующим основным условиям:

1) обеспечение их максимальной автономности;

2) координация их действий общей цели функционирования;

3) совместимость отдельных частей (информационная, программная, техническая).

Временная иерархия. Признак деления - интервал времени от момента поступления информации о состоянии объекта контроля и управления до выдачи управляющего воздействия. Чем больше интервал, тем выше ранг элемента. Управление может быть в реальном времени, с интервалом сутки, декада, месяц, квартал и т.д.

Управляющий интервал выбирается не произвольно, а исходя из критериев, определяющих устойчивость и эффективность функционирования всей системы. По этому виду иерархии можно выделить следующие уровни управления: квартальный, месячный, сменно-суточный, реальное время.

Пространственная иерархия. Признаком деления здесь является площадь, занимаемая объектом. Чем больше площадь объекта, тем выше его ранг (рисунок 2.2).

Функциональная иерархия. В основе функциональной иерархии лежит функциональная зависимость элементов системы. Такое разделение является субъективным, так как трудно выделить границы между элементами системы (рисунок 2.3).

Ситуационная иерархия. Деление на уровни здесь производится в зависимости от эффекта, вызываемого той или иной ситуацией, например, от ущерба, вызываемого в результате аварии, или выхода из строя оборудования (аварийная ситуация).

Рисунок 17.2 - Пространственная иерархия

Рисунок 17.3 - Функциональная иерархия

Информационная иерархия. Этот вид иерархии является очень существенным в связи с возросшим значением информации для управления. В основе деления лежат оперативность и обновляемость информации. Через эти характеристики прослеживается иерархия информации по уровням управления объектом. На первом уровне хранится и обрабатывается часто повторяющаяся информация, необходимая для повседневной деятельности, т.е. оперативного управления. В качестве объекта могут выступать станки, агрегаты, роботы-манипуляторы, обслуживающие станки и другое технологическое оборудование. Технические средства, используемые на этом уровне - устройства автоматики и вычислительной техники (микропроцессоры, микро-ЭВМ). Типичный пример - станок с ЧПУ.

Второй уровень включает комплексы оборудования и станков, объединенных единым технологическим процессом, а также транспортные системы и склады заготовок. На этом уровне решаются задачи распределения плановых заданий между единицами оборудования, обеспечение инструментом, заготовками. Техническая основа - мини и микро-ЭВМ. Информационная основа - объемные и календарные планы, описания технологических процессов, нормативная информация, программы для станков с ЧПУ и роботов-манипуляторов и информация о состоянии станков и другого оборудования.

Третий уровень. Здесь решаются задачи организационно-экономического управления. Автоматизированное проектирование изделий и подготовка производства.

Техническое обеспечение данного уровня - ЭВМ, связанные с нижними уровнями через локальную вычислительную сеть. Информационная поддержка через базу данных (сведения о технологии, нормативах и т.п.).

Структура разрабатываемой системы представляется в виде структурной схемы (ГОСТ 2.701-84). Структурная схема концентрирует в себе наиболее важное и существенное о составе, структуре и функциях разрабатываемой системы или устройства.

На структурной схеме изображают в виде прямоугольников все основные функциональные части разрабатываемой системы и основные связи между ними.

Если разрабатываемая система состоит из ряда последовательно соединенных подсистем, то синтез ее начинают с подсистемы, выход которой является выходом всей системы. Такой порядок объясняется тем, что главным всегда являются требования к выходным параметрам системы (они известны из ТЗ). В процессе синтеза данной подсистемы будут сформированы требования к ее входным параметрам, которые в то же время являются выходными параметрами для подсистемы, соединенной с ее входом. Теперь возможен синтез этой подсистемы. Таким образом, синтез последовательно соединенных подсистем производится от выхода системы к ее входу.

Выбор элементной базы, разработка и расчет электрической принципиальной схемы

После разработки структурной схемы устройства производится выбор элементной базы. Сначала решается, какие функциональные части разрабатываемой схемы могут быть построены на интегральных микросхемах (ИМС), а какие на дискретных. Данный этап завершается выбором используемых серий ИМС и типа дискретных элементов. Основанием к выбору элементной базы служат технические требования по точности, быстродействию, надежности и помехоустойчивости устройства, сформулированные на этапе выбора и обоснования структурной схемы. Элементную базу для большинства устройств рекомендуется выбирать или одной серии ИМС, или же несколько серий, но требующих наименьшего числа схем согласования между собой по уровням напряжений, токов и т.п.

Выбранная элементная база дает основание для разработки и составления полной электрической принципиальной схемы устройства. Выбор конкретных ИМС и дискретных элементов производится при полном расчете параметров принципиальной схемы. Обычно синтез и расчет электрической принципиальной схемы устройства ведется в той же последовательности, какая была принята для структурной схемы.

Разработка принципиальных электрических схем всегда содержит определенные элементы творчества и требует умелого применения элементарных электрических цепей и типовых функциональных узлов, оптимальной компоновки их в единую схему с учетом удовлетворения предъявляемых к схемам требований, а также возможного упрощения и минимизации схем.

Расчет принципиальной схемы сводится к последовательному расчету функциональных элементов, из которых синтезировано устройство со стороны выхода, т.е. с конца. Выходной функциональный элемент - единственный, для расчета которого в ТЗ сформулированы достаточные требования. Необходимые для расчета дополнительные данные - значения входных и внешних для данного элемента параметров - разработчик устанавливает сам, стремясь оптимизировать режим работы устройства.

Простота и экономичность проектируемых схем обеспечивается применением стандартных типовых узлов, сокращением до минимума числа элементов в схеме и ограничением их номенклатуры.

При оформлении графической части пояснительной записки и чертежей курсового проекта, необходимо пользоваться стандартами:

ГОСТ 2.701-84 ЕСКД. Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению.

ГОСТ 2.702-75 ЕСКД. Правила выполнения электрических схем.

ГОСТ 2.708-81 ЕСКД. Правила выполнения электрических схем цифровой вычислительной техники.

Программное обеспечение курсового проектирования

В курсовом проекте необходимо разработать прикладную программу обслуживания проектируемой системы или устройства, либо алгоритм и программу тестирования устройства по согласованию с преподавателем, ведущим курсовой проект.

При использовании в проекте однокристальных микроконтроллеров можно рекомендовать пособия и методические указания [912, 2932], если применяются персональные ЭВМ, рекомендуются пособия [6, 7, 9, 10, 14, 15, 20].

Защита проекта

Защита курсовых проектов производится в дни работы комиссии, которые назначаются на зачетной неделе. Возможна досрочная сдача и защита проекта в течение семестра по согласованию с преподавателем, ведущим курсовой проект. Пояснительная записка и чертежи принципиальных схем сдаются на проверку преподавателю не позднее, чем за два дня до защиты. Перед защитой студент знакомится с предварительной рейтинговой оценкой курсового проекта, замечаниями, которые сделаны при проверке проекта. Студент, не защитивший курсовой проект, к началу сессии получает за него нулевой рейтинг.

Защита включает пятиминутный доклад и ответы на вопросы членов комиссии. Доклад должен отражать тему, цель и назначение разработки, актуальность темы, основные задачи, решаемые в проекте, основное содержание (с привлечением графической части записки и чертежей), выводы и рекомендации по результатам курсового проекта.