| Назначение лаборатории – дать базовые практические знания и навыки проектирования сложной цифровой аппаратуры с аппаратной и программной реализацией алгоритмов обработки информации, которые позволили бы студенту в его будущей практической деятельности решать любые поставленные задачи. |
| Лаборатория была создана ещё в первые годы существования кафедры и непрерывно совершенствовалась паралельно с развитием вычислительной техники. |
| |
|
|
| |
 Принципиально новыми особенностями варианта лаборатории 2000-х гг. и его использования в учебном процессе являются единая учебная среда для схемотехнических курсов, современные технологии автоматизированного проектирования с ориентацией на идеологию "система на кристалле".
Основу варианта лаборатории, введенного в строй в 2005 г., составляет автоматизированное рабочее место студента-проектировщика (АРМ). АРМ студента-проектировщика – это комплекс аппаратно-программных средств, необходимых для обучения основам схемотехники, проектированию цифровых систем на основе микропроцессоров и программируемой логики. |
| |
|
|
| |
Аппаратное обеспечение рабочего места включает:
- универсальный лабораторный стенд,
- компьютер, оснащённый платами расширения цифрового осциллографа BORDO-211
и логического анализатора,
- жидкокристаллический монитор,
- клавиатуру,
- оптическую мышь.
Возможности АРМ студента-проектировщика определяются, прежде всего, универсальным лабораторным стендом. |
| |
|
|
| |
Организация аппаратных средств стенда является повторением типовой структуры встраиваемой системы. В структуре аппаратных средств реализована возможность как автономного, так и совместного использования ПЛИС и микроконтроллера. Это важно для организации поэтапного изучения и освоения компонентов современной цифровой схемотехники в рамках различных учебных дисциплин. Поэтому в состав стенда включены разнообразные аппаратно-программные средства задания входных воздействий и наблюдения состояний проектируемых узлов, устройств и систем.
В состав стенда входят все основные компоненты встраиваемых систем:
- ПЛИС FPGA XCS10-3PC84 фирмы XILINX с объёмом 10 тыс. вентилей, на основе которой реализуются проектируемые студентом схемы;
- 8-ми разрядный микроконтроллер семейства MCS-51 PCF80С552 фирмы PHILIPS с расширенным набором встроенных периферийных устройств;
- внешние оперативные запоминающие устройства для эмуляции ПЗУ, хранения данных и аппаратной поддержки функций отладки (останов в контрольных точках, пошаговое выполнение целевой программы);
- генератор синхросигналов, предназначенный для формирования внешних тактовых сигналов;
- 4-разрядный дисплей, выполненный на основе 7-сегментых светодиодных индикаторов и предназначенный для отображения алфавитно-цифровой информации в разрабатываемой микропроцессорной системе;
- алфавитно-цифровой жидкокристаллический индикатор для вывода текстовой информации;
- шесть четырехразрядных светодиодных шкал, подключённых к пользовательским выводам кристалла FPGA;
- клавиатуру 4х4 АК1604 для ввода данных и команд в микропроцессорную систему, блоки кнопок для управления режимами ПЛИС;
- разъём для подключения параллельного загрузочного кабеля, предназначенного для конфигурирования ПЛИС из компьютера;
- разъём для подключения к компьютеру через COM-порт для обеспечения управления резидентным монитором микроконтроллера (загрузка, запуск и отладка целевой программы);
- разъём RJ-11 для подключения внешних устройств с интерфейсом I2C, а также создания сетей микроконтроллеров;
- разъём для подключения внешних устройств к системной шине микроконтроллера;
- разъёмы для подключения виртуальных измерительных приборов – осциллографа и 16-ти канального логического анализатора.
Кроме этого, структура аппаратных средств стенда обеспечивает комплексирование нескольких автоматизированных рабочих мест в составе лаборатории. Эта возможность позволяет осваивать основы проектирования таких важных разновидностей микропроцессорных систем, как сети контроллеров, многоуровневые распределенные системы управления, системы для полунатурного моделирования технических объектов и технологических процессов.
Объединение компьютеров всех автоматизированных рабочих мест студента-проектировщика в локальную сеть автоматизирует процесс управления проведением лабораторных занятий, обеспечивает оперативный контроль знаний и степень подготовки студентов к практической работе. Концепция сквозного практического обучения в рамках единого комплекса лабораторного оборудования, инструментальных и отладочных средств позволяет значительно сэкономить время студента, затрачиваемое им на изучение и освоение инфраструктуры различных практикумов смежных схемотехнических дисциплин.
Программное обеспечение рабочего места включает:
- систему автоматизированного проектирования программируемых логических схем фирмы Xilinx Foundation Series 2.1i Student Edition;
- систему "встроенного монитора", созданную на кафедре, которая позволяет производить отладку проектов, загруженных в программируемую логическую схему путем считывания в компьютер состояний отмеченных пользователем сигналов в текущий момент времени;
- интеллектуальную систему автоматизированного проектирования цифровой аппаратуры "ЛАД 4.12. Данный программный комплекс, разработанный на кафедре, предназначен для отработки проектируемых схем, построенных на произвольной элементной базе;
- интегрированные среды автоматизации программирования и отладки программного обеспечения микроконтроллера uVision1 и dScope фирмы Keil;
- разработанную на кафедре среду для загрузки исполняемого файла целевой программы и пользовательских данных в память микроконтроллера, а также отладки целевой программы в режимах пошагового выполнения, останова в контрольных точках с трассировкой переменных пользователя;
- программное обеспечение встроенного цифрового осциллографа и логического анализатора фирмы BORDO;
- сетевой программный комплекс "ЗНАК", предназначенный для организации и проведения мониторинга качества предметных знаний студентов.
Аппаратно-программные средства лаборатории обеспечивают выполнение практикумов по курсам:
- "Теория автоматов",
- "Схемотехника ЭВМ",
- "Организация ЭВМ и систем",
- "Микропроцессорные системы и устройства",
- "Конструкторско-технологическое обеспечение производства ЭВМ",
- "Функционально-логическое моделирование".
|
| Осенью 2012 г. лаборатория "Схемотехника" была существенно модернизирована. Были установлены новые компьютеры, в дополнение к универсальным лабораторным стендам, эксплуатирующимся с 2005 г., добавлены 15 новых стендов с отладочными платами ATLYS (SPARTAN6), полученными по университетской программе фирмы XILINX. Для работы с ними установлена САПР ПЛИС ISE13.1. |
| |
|
|
| |
|
|
| |
