Основы автоматизации эксперимента: учебная программа для специальности 1-31-01 физика (по направлениям) 1-31-0401-01(научно-исследовательская деятельность) 1-31 04 01-02 (производственная деятельность) 1-31 04 01-03 (научно-педагогическая деятельность) 1-31 04 01-04 (управленческаядеятельность) № УД-3058

Abstract

Программа курса "Основы автоматизации эксперимента" разработана для специальности 1-31 04 01 Физика. Целью курса является обучение студентов основам автоматизации современно-го физического эксперимента, базирующегося на широком применении первичных преобразователей, так называемых датчиков (сенсоров), которые обеспечивают преоб-разование физической величины в пропорциональный электрический сигнал (напряжение или ток). За последние 20 лет в этой области знаний наблюдается впечатляющий прогресс в научных исследованиях и изобретениях. Создано огромное количество датчиков в виде интегральных микросхем так называемых микроэлектронных механических систем (МЭМС). На одном кристалле интегрированы датчики, усилители, фильтры, аналого-цифровые, цифроаналоговые преобразователи и такие элементы обработки данных как микроконтроллеры, запоминающие устройства, а иногда и источники питания. К этой системе добавляют устройства калибровки, линеаризации передаточной характеристики датчика и даже системы навигации (место расположения датчика). В состав датчика могут входить системы точного времени, базирующиеся на спутниковых стабильных часах и т.д. Таким образом, современный физик должен иметь представления о структурах построения автоматизированных систем, знать элементы этих систем, иметь знания по основным погрешностям, возникающим при проведении автоматизированного эксперимента, а также знать способы, с помощью которых можно уменьшить эти погрешности. В курсе рассматриваются основные принципы усиления и фильтрации электрических сигналов, поступающих с первичных преобразователей, методы и структуры аналого-цифровых преобразователей, изучаются области их применения. В связи с тем, что современный эксперимент широко использует ту или иную вычислительную технику, то в курсе рассматривается архитектура ЭВМ, способы передачи данных между ЭВМ и экспериментальной установкой, дается понятия системного и прикладного программного обеспечения. Для понимания этих вопросов в курс введены вопросы изучения цифровой электроники, представления чисел, булевой алгебры, минимизации цифровых схем. Студенты изучают элементы цифровых схем, построение цифровых автоматов, запо-минающих устройств. Основная цель курса предоставить студентам материал на системном уровне и на уровне проектирования и анализа элементарных узлов. Студенты должны владеть знаниями в области преобразования чисел в компьютерных системах, уметь читать электронные схемы, знать современную элементную базу автоматизированных систем, уметь проектировать простейшие комбинационные и последовательностные схемы по исходным логическим уравнениям или временным диаграммам. Студенты должны владеть знаниями по способам передачи данных от вторичных преобразователей в компьютеры, по архитектуре персональных компьютеров, по построению элементарных узлов компьютеров. Материал курса основан на знаниях и представлениях, заложенных в общих курсах по электричеству, оптике, атомной физике, радиоэлектронике. Данный курс является базовым для последующих спецкурсов по ядерной физике и электронике, физической метрологии и автоматизации эксперимента и многих других спецкурсах, читаемых на специализирующих кафедрах. В цикле лабораторных работ изучаются вопросы по цифровой электронике, способы связи ЭВМ и физического эксперимента: программный интерфейс и интерфейс по прерыванию. Изучаются способы аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования, а также оцениваются погрешности, возникающие при таком преобразовании.