Учебно-методический комплекс учебной дисциплины «цифровые измерительные устройства» вузовского компонента цикла опд по специальности информационно-измерительная техника и технологии составитель icon

Учебно-методический комплекс учебной дисциплины «цифровые измерительные устройства» вузовского компонента цикла опд по специальности информационно-измерительная техника и технологии составитель



Смотрите также:
Учебно-методический комплекс учебной дисциплины «измерительные информационные системы»...
Учебно-методический комплекс учебной дисциплины «Информационные технологии» вузовского...
Учебно-методический комплекс учебной дисциплины “Аналоговые и цифровые измерительные устройства”...
Учебно-методический комплекс учебной дисциплины «Литературы народов снг» (часть II) вузовского...
Учебно-методический комплекс учебной дисциплины «Литературы народов снг» (часть I) вузовского...
Учебно-методический комплекс учебной дисциплины «этнография и география религии» вузовского...
Учебно-методический комплекс учебной дисциплины «механика...
Учебно-методический комплекс учебной дисциплины...
Учебно-методический комплекс учебной дисциплины «Социология и социальная антропология»...
Учебно-методический комплекс учебной дисциплины «религиоведение» вузовского компонента цикла опд...
Учебно-методический комплекс учебной дисциплины "немецкий язык" вузовского компонента цикла гсэ...
Учебно-методический комплекс учебной дисциплины Литература средних веков и Возрождения...



скачать


ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ


Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования


«РОСТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»


Факультет высоких технологий


Рассмотрено и одобрено

на заседании кафедры «Информационных и измерительных технологий»

Протокол №______

«____» _______________200 г.

Зав. кафедрой _______________




УТВЕРЖДАЮ

Декан факультета

____________________

____________________

«_____» _______________200 г.


^ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС

Учебной дисциплины «ЦИФРОВЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА»

вузовского компонента цикла ОПД по специальности ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ


Составитель:

Кандидат физико-математических наук, доцент

Сучков А.А.


Ростов-на-Дону

2005

^ ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Цели и задачи дисциплины

Целью изучения дисциплины “Цифровые измерительные устройства” является теоретическая и практическая подготовка бакалавров и инженеров неэлектротехнических специальностей - формирование у студентов основных знаний и навыков по разработке и проектированию цифровых методов и средств измерения, анализу их метрологических характеристик, эффективному использованию стандартных средств.

Задачами курса являются:

  • изучение теоретических основ квантования и дискретизации сигналов и синтез параметров цифровых измерительных средств;

  • изучение методов преобразования непрерывных (аналоговых) величин в цифровые эквиваленты;

  • изучение технических средств аналого-цифрового преобразования (АЦП) и цифро-аналогового преобразования ЦАП;


Место в учебном процессе

Дисциплина «Цифровые измерительные устройства» основывается на знаниях, полученных студентами в процессе изучения курса «Электротехника», «Электроника и микропроцессорная техника» и является базой для усвоения таких общепрофессиональных дисциплин как «Архитектура ЭВМ и систем», «Измерительные информационные системы» и др.


Требования к уровню освоения содержания

дисциплины

В результате изучения дисциплины студент должен знать:

- основы квантования и дискретизации сигналов и синтез параметров цифровых измерительных средств;

  • методы преобразования непрерывных (аналоговых) величин в цифровые эквиваленты;

  • основы разработки цифровых измерительных средств.

Студент должен уметь:

  • проектировать цифровые измерительные средства и анализировать их метрологические характеристики;

  • анализа и синтеза их структур и характеристик.

Студент должен иметь навыки:

  • синтеза структур и характеристик цифровых измерительных средств с применением современных интегральных схем, микропроцессоров, сигнальных микропроцессоров и ПЛИС;

  • использования стандартных измерительных средств и проектирования нестандартной цифровой измерительной техники.


Федеральное Агентство по образования Российской Федерации

Ростовский государственный университет






Утверждаю

Декан

факультета высоких технологий


А.Е.Панич

«____»_________________2004



^ РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

по дисциплине

«Цифровые измерительные устройства»

для специальности

«Информационно-измерительная техника и технологии»


Факультет

Кафедра

Курс

Семестр

Лекции

Лабораторные работы

Практические работы

Самостоятельная работа

Итоговая аттестация:


Высоких технологий

Информационных и измерительных технологий

4

7

34 часов

17 часов

17 часов

105 часов


7 семестр – Экзамен




Объем дисциплины и виды учебной работы


п/п

Раздел дисциплины

Лекции

ПЗ (С)

ЛР

1

Введение

*







2

Цифровые отображающие устройства и индикаторы

*




*

3
^

Основы теории дискретного представления измеряемых величин


*

*




4

Аналого-цифровое преобразование частотно-временных параметров измерительного сигнала.

*

*

*

5

Цифровые вольтметры и АЦП напряжения

*




*

6

Цифровые осциллографы и регистраторы

*







7

Цифровые измерители параметров цепей

*







8

Цифровые преобразователи линейных и угловых перемещений

*

*




9

Цифровые анализаторы

*

*




10

Пути дальнейшего совершенствования цифровых средств измерений

*









^ Содержание разделов дисциплины

1. Введение.

Роль и значение цифровых измерительных устройств, их особенности, преимущества и области применения в современной науке и технике.

2. Цифровые отображающие устройства и индикаторы.

Цифровой способ отсчета. Классификация цифровых отображающих устройств. Матричный, поэлементный и побуквенный способ отображения. Люминисцентные, светодиодные, газоразрядные, жидкокристалические и др. типы индикаторов, их характеристики, схемы управления и области применения. Типы цифропечатающих и других регистрирующих устройств.

3. Основы теории дискретного (цифрового) представления измеряемых величин.

Теория квантования и дискретизации, оценка точности дискретного представления измерительных сигналов.

Классификация методов аналого-цифрового преобразования. Существующие классификационные структуры. Обобщенные структуры методов единичного приращения, последовательного приближения и параллельного считывания. Их особенности и характеристики. Обобщенная алгоритмическая структура цифрового измерительного преобразователя. Алгоритмы АЦП. Проблемы и перспективы алгоритмизации АЦП.

4. Аналого-цифровое преобразование частотно-временных параметров измерительного сигнала.

Виды частотно-временных параметров сигнала и их взаимосвязь.

Преобразование временных интервалов в цифровой код. Погрешности квантования и их снижение. Нониусный способ, задержанных совпадений, трансформации времени, регрессирующих совпадений. Оценка их точности. Неравномерное и ступенчато-равномерное квантование при измерении временных интервалов. Варианты построения цифровых измерителей времени.

Цифровые частотомеры; их классификация. Основные структуры частотомеров-периодомеров. Следящий принцип измерения частоты на основе замкнутой структуры. Основные погрешности и способы их снижения. Частотомеры с гетеродинным преобразованием. Неравномерное и ступенчато-равномерное квантование в цифровых частотомерах. Микропроцессоры в цифровых частотомерах.

Цифровые методы измерения сдвига фаз. Классификация и принципы построения фазометров мгновенного и среднего значения. Основные погрешности и методы их снижения. Некоторые варианты цифровых фазометров.

5. Цифровые вольтметры и АЦП напряжения.

Характеристики напряжения и способы их представления. Классификация аналого-цифрового преобразования напряжения. Вольтметры мгновенного и среднего значения. Интегрирующие вольтметры и его особенности.

АЦП единичного приращения и его обобщенный алгоритм. Время-импульсное и частотно-импульсное кодирование в АЦП единичного приращения. АЦП двухтактного интегрирования. Замкнутые АЦП ступенчатого накопления. Цифро-аналоговые преобразователи в напряжение , методы их построения и основные метрологические характеристики. АЦП сигма-дельта преобразования. Анализ погрешностей и способы их снижения. Анализ быстродействия.

АЦП последовательного приближения и его обобщенный алгоритм. Поразрядное уравновешивание в АЦП последовательного приближения. Каскадные АЦП последовательного приближения разомкнутого типа. Сверточные АЦП каскадного вида. Анализ погрешностей и способы их снижения. Анализ быстродействия

АЦП параллельного считывания. Методы параллельного наращивания. Амплитудная свертка в АЦП параллельного считывания. Оптоэлектронные АЦП параллельного считывания. Анализ погрешностей и способы их снижения. Анализ быстродействия.

АЦП комбинирующие различные методы. Интегропотенциометрические цифровые вольтметры. Параллельно-последовательный метод АЦП напряжения, в том числе с перекрытием. Диференциально-разностный метод АЦП напряжения. Анализ погрешностей и методы их снижения. Анализ быстродействия.

Неравномерное и ступенчато-равномерное квантование в АЦП напряжения. Автоматический выбор диапазона измерения, полярности напряжения, самоконтроль и калибровка. Автоматизация АЦП напряжения на основе микропроцессоров. Аналоговые микропроцессоры.

6. Цифровые осциллографы и регистраторы.

Классификация цифровых осциллографов и регистраторов.

Обобщенная структура цифрового осциллографа. Основные функциональные возможности цифровых осциллографов. Реализация основных функций и связь с техническими характеристиками. Поиск и запись предыстории. Фильтрация и накопление в однократном и периодическом процессах. Реализация в приборном варианте и на ПЭВМ. Виртуальные цифровые измерительные средства.

7. Цифровые измерители параметров цепей.

Классификация методов цифрового измерения параметров R,L,C.

Цифровые измерители параметров с промежуточным преобразованием во временной интервал, в период или частоту сигнала. Погрешности и способы их снижения. Цифровые мультиметры. Цифровые мосты постоянного и переменного токов. Процентные мосты. Цифровые управляемые сопротивления, емкости, индуктивности, ключи. Анализ погрешностей и способы их снижения.

8. Цифровые преобразователи линейных и угловых перемещений.

Классификация. Преобразователи считывания перемещений и их принцип действия. Кодирующие маски и устройства съема. Неоднозначность считывания и способы его устранения. Специальные коды. Чувствительные элементы преобразователей считывания. Анализ погрешностей и способы их снижения. Интерферометрические методы цифрового преобразования перемещений. Лазерные измерители.

9. Цифровые анализаторы.

Статистические анализаторы. Использование сигнальных процессоров и ПЭВМ.

Анализаторы метрологических характеристик. Средства исследования АЦП и ЦАП. Использование ПЭВМ.

Анализаторы состава веществ. Спектрометры, хроматографы, масспектрометры и др. Принципы построения. Использование ПЭВМ.

10. Заключение.

Пути дальнейшего совершенствования цифровых средств измерения.


Примерный перечень лабораторных работ


  1. Исследование аналого-цифрового преобразователя последовательных приближений

  2. Исследование аналого-цифрового преобразователя двухтактного интегрирования

  3. Исследование работы семисегментного индикатора

  4. Исследование работы цифрового портативного мультиметра

  5. Исследование работы лабораторного цифрового вольметра

  6. Исследование работы лабораторного цифрового частотомера


Темы практических занятий


N п/п

N раздела
^

Название раздела/тема


1

3

Основы теории дискретного представления измеряемых величин./ Преобразование различных цифровых кодов, применяемых в ЦИУ:


  • простой двоичный;

  • двоично-десятичный 8-4-2-1; 4-2-2-1; 2-4-2-1; 5-1-2-1

  • код Грея

  • двоично-десятичный => семисегментный

2

4

Аналого-цифровое преобразование частотно-временных параметров измерительного сигнала./

Определение основных параметров цифровых частотомеров-периодомеров:

  • вычисление погрешностей измерения частоты;

  • вычисление погрешностей измерения периода.

3

4

Аналого-цифровое преобразование частотно-временных параметров измерительного сигнала./

Определение основных параметров цифровых фазометров:

  • вычисление погрешностей измерения фазы в различных методах измерения фазы.

4

9

Цифровые анализаторы./ Анализаторы АЧХ:

  • определение погрешностей анализаторов АЧХ.



Самостоятельная работа

Вопросы для самоконтроля по дисциплине

«Цифровые измерительные устройства»


Раздел 1. Введение

  1. В чем состоит преимущество цифровых измерительных устройств перед аналоговыми?.

  2. В каких типах ЦИУ какие методы отображения применяются?

  3. Как связаны точность измерения ЦИУ с количеством десятичных разрядов отображения?

  4. Нарисовать структуру классификации методов измерения ЦИУ.

  5. Охарактеризуйте методы преобразования непрерывных величин в код.

  6. Как оценивается точность дискретного представления измерительных сигналов?

  7. Какие коды применяются в ЦИУ для отображения результатов измерения?

  8. Назовите основные технические характеристики ЦИУ.


Раздел 2. Цифровые отображающие устройства и индикаторы

  1. Нарисуйте обобщенную структуру ЦОУ.

  2. Назовите основные типы цифровых индикаторов.

  3. Для чего применяется динамическая цифровая индикация?.


Раздел 3. Основы теории дискретного (цифрового) представления измеряемых величин.

  1. Как можно уменьшить погрешность квантования в ЦИУ?.

  2. В чем основное отличие неравномерного и ступенчато-равномерного квантования при измерении временных интервалов?.


Раздел 4. Аналого-цифровое преобразование частотно-временных параметров измерительного сигнала.

  1. Охарактеризуйте основные погрешности частотомеров-периодомеров и способы их снижения.

  2. В чем различие в принципах построения фазометров мгновенного и среднего значения?

  3. Назовите основные методы изменения диапазона измерения частоты в цифровых частотомерах.

  4. Назовите принципы работы цифровых фазометров.

  5. Функциональные основные звенья частотно-временных измерений


Раздел 5. Цифровые вольтметры и АЦП напряжения.

  1. Охарактеризуйте основные характеристики и параметры цифровых вольтметров.

  2. Охарактеризуйте основные методы повышения помехозащищенности ЦВ.

  3. Назовите основные методы преобразования напряжения в код, применяемые в ЦВ (АЦП).

  4. Охарактеризуйте основные типы АЦП в интегральном исполнении.

  5. Где применяются АЦП с последовательным интерфейсом (SPI)?

  6. Назовите и охарактеризуйте основные применения современных аналоговых ключей.


Раздел 6. Цифровые осциллографы и регистраторы.

  1. Нарисуйте обобщенную структуру цифрового осциллографа.

  2. Назовите основные функциональные возможности цифровых осциллографов

  3. Назовите основные характеристики компьютерных устройств сбора информации (плат ввода).


Раздел 7. Цифровые измерители параметров цепей.

  1. Приведите классификацию методов цифрового измерения параметров R,L,C.

  2. В чем разница между цифровыми мостами (1)широкого и (2)узкого диапазона?


Раздел 8. Цифровые преобразователи линейных и угловых перемещений

  1. Какие коды применяются для устранения неоднозначности считывания?

  2. Какие чувствительные элементы применяются в преобразователях считывания?


Раздел 9. Цифровые анализаторы.

  1. Для чего используются сигнальные процессоры?

  2. Назовите области применения цифровых анализаторов.

  3. Назовите принципы построения цифровых анализаторов веществ.



Учебно-методическое обеспечение дисциплины


а) основная литература

  1. Шляндин В.М. Цифровые измерительные устройства. М. Высшая школа, 1981г.

  2. Кончаловский В.Ю. Цифровые измерительные устройства:. – М.: Энергоатомиздат, 1985.

  3. б) дополнительная литература

  4. Федорков Б.Г., Телец В.А. Микросхемы ЦАП и АЦП . М.Энергоатомиздат, 1988г.

  5. Прошин Е.М. Цифровые адаптивные средства измерения, - Рязань, РГРТА, 1985г. 80стр.

  6. Д. Каплан, К. Уайт. Практические основы аналоговых и цифровых схем. – Москва: Техносфера, 2006.


6.2. Средства обеспечения освоения дисциплины

Для освоения курса используются программные пакеты LabView, WorkBench, MathCAD.


^ 7. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Компьютерный класс с программными пакетами согласно п.6.2. Кроме того, для лабораторных занятий используются мультиметры, частотомеры, цифровые осциллографы и генераторы сигналов


Вопросы к экзамену по дисциплине

«Цифровые измерительные устройства»

  1. Методы преобразования непрерывных величин в код

  2. Коды, применяемые в ЦИУ

  3. Основные технические характеристики ЦИУ

  4. Цифровые отсчетные устройства ЦОУ (цифровые индикаторы ЦИ)

  5. Обобщенная структура ЦОУ

  6. Основные типы цифровых индикаторов

  7. Динамическая цифровая индикация

  8. Цифровые частотомеры и хронометры

  9. Основные методы изменения диапазона измерения частоты

  10. Цифровые фазометры

  11. Функциональные основные звенья частотно-временных измерений

  12. Основные характеристики и параметры цифровых вольтметров

  13. Входные устройства и помехозащищенность ЦВ

  14. Основные методы преобразования напряжения в код

  15. Цифровые мосты широкого диапазона

  16. Цифровые мосты узкого диапазона (процентные)

  17. Особенности аналого-цифровых преобразователей в интегральном исполнении

  18. Интегрирующие АЦП

  19. АЦП последовательных приближений

  20. Параллельно-последовательные АЦП

  21. АЦП с последовательным интерфейсом (SPI)

  22. Аналоговые ключи. Параметры современных аналоговых ключей

  23. Схемы выборки-хранения

  24. Компьютерные устройства сбора информации (платы ввода)

  25. Основные понятия о виртуальных ЦИУ





Скачать 149,95 Kb.
оставить комментарий
Сучков А.А
Дата28.09.2011
Размер149,95 Kb.
ТипУчебно-методический комплекс, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Документы

наверх