Стандартные и специализированные интерфейсы

Бакалавриат 2020/2021

Статус: Курс по выбору (Информатика и вычислительная техника)

Направление: 09.03.01. Информатика и вычислительная техника

Кто читает: Департамент компьютерной инженерии

Где читается: Московский институт электроники и математики им. А.Н. Тихонова

Когда читается: 4-й курс, 1, 2 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Преподаватели: Тув Александр Леонидович

Язык: русский

Кредиты: 6

Контактные часы: 62

Полная версия программы учебной дисциплины

Аннотация

Целью курса является усвоение студентами понятий «Интерфейс», «Стык», «Протокол», понятий конструктивной, программной и электрической совместимости, вариантов аппаратной и программной реализации обмена данными в рамках одного устройства и системы, изучение приборных и коммуникационных интерфейсов, ознакомление с интерфейсами промышленных систем сбора данных и управления, освоение интерфейсов виртуальных приборов. Практические занятия направлены на формирование у студентов навыков разработки и отладки программных и аппаратных средств сопряжения, необходимых для обмена информацией по предложенному в задании интерфейсу. Курс углубляет знания, полученные студентами в курсах «Микроконтроллерные системы», «Схемотехника». Полученные при изучении курса знания применяются при прохождении практики, в работе над проектами, выполнении ВКР.

Цель освоения дисциплины

Освоение студентами понятий «Интерфейс», «Стык», «Протокол», понятий конструктивной, программной и электрической совместимости, вариантов аппаратной и программной реализации обмена данными в рамках одного устройства и системы;
Изучение приборных интерфейсов.
Изучение коммуникационных интерфейсов
Изучение интерфейсов промышленных систем сбора данных и управления.
Изучение интерфейсов виртуальных приборов
Изучение промышленных сетей, использующих перечисленные интерфейсы.

Планируемые результаты обучения

Знания в части электрических параметров, протоколов, в отдельных случаях конструктивных особенностей наиболее распространенных внутриприборных, коммуникационных интерфейсов, интерфейсов промышленных систем сбора данных и управления
Умение выбрать наиболее подходящий интерфейс в заданных условиях при разработке.
Опыт практического применения интерфейсов при взаимодействии элементов систем.

Содержание учебной дисциплины

Вводная лекция. Роль и задачи интерфейсов в системах контроля и управления.
Определения интерфейса, стыка, протокола. Задачи интерфейсов в робототехнических системах. Классификация и технические характеристики интерфейсов. Обзор системных интерфейсов персональных компьютеров
Передача информации на расстояние. Каналы передачи, Кодирование сигналов, Модуляция несущей информационным сигналом.
Передача информации на расстояние с помощью напряжения и тока. Каналы передачи, искажения сигналов, методы кодирования информации, виды модуляции сигнала. Примеры схемотехники модуляторов и демодуляторов
Внутренние интерфейсы устройств
Программируемые последовательные интерфейсы I2C, SPI, 1WireLAN и шины на их основе. Внутриприборные высокоскоростные интерфейсы LVPECL, LVDS
Коммуникационные интерфейсы общего назначения.
Интерфейсы семейства RS (232, 422, 485). Электрические уровни, протоколы, управление потоком, организация сети. Схемотехника трансиверов протоколов семейства RS.Последовательные интерфейсы, применяемые в авионике MIL1553(ГОСТ Р 52070-2003), ARINC429.
Протоколы на базе интерфейсов семейства RS
Протоколы ModBus и Profibus. Разновидности форматов в Modbus. Модели данных и адресации участков памяти. Основные команды Modbus. Поддержка работыModbus фреймворком Qt. Протоколы Profibus
Применение модуляции в промышленных сетях
Интерфейсы сетей промышленной автоматики, использующие модуляцию информации . Интерфейс датчиков и исполнительных устройств - As интерфейс, коммуникационный протокол Hart
Обзор беспроводных интерфейсов.
Семейство ИК интерфейсов IrDA. Передача данных по радиоканалу. Интерфейс BlueTooth, беспроводные сети. Применение беспроводных технологий обмена данными при разработке устройств и систем.
Промышленная сеть CAN.
Принцип обмена информацией, электрические характеристики, форматы сообщений CAN. Схемотехника трансиверов CAN.
Интерфейсы для сопряжения бытовых устройств с вычислительной техникой на примере USB.
Обзор свойств и характеристик последовательного интерфейса USB. Назначение контактов разъема и их электрические характеристики, структура пакетов, виды сообщений, инициализация устройств
Использование технологии Ethernet в промышленных системах контроля и управления
Отличительные особенности промышленного Ethernet. Обзор протоколов промышленного Ethernet. Протоколы Modbus TCP и LXI для управления устройствами и получения измерительной информации
Интерфейсы измерительных приборов.
Интерфейс GPIB(IEEE488), Назначение сигналов интерфейса. Протоколы стандарта. Язык SCPI. Интерфейс LXI

Элементы контроля

Опрос на лекции, выступление с презентацией
Лабораторный практикум
Домашнее задание
Экзамен
Режим проведения экзамена определяется режимом обучения, действующим в НИУ ВШЭ на момент проведения экзамена. В оффлайн режиме обучения экзамен проводится в устной форме. В режиме обучения онлайн, экзамен проводится в письменной форме (компьютерный тест). Экзамен проводится на платформе Google Forms (https://docs.google.com/forms/). К экзамену необходимо подключиться за 15 минут до начала. Для участия в экзамене студент обязан: поставить на аватар свою фотографию, включить камеру. Во время экзамена студентам запрещено: пользоваться конспектами и подсказками. Процедура пересдачи подразумевает использование усложненных заданий.
Дополнительные задания к лабораторному практикуму

Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация (2 модуль)
0.14 * Домашнее задание + 0.19 * Дополнительные задания к лабораторному практикуму + 0.25 * Лабораторный практикум + 0.12 * Опрос на лекции, выступление с презентацией + 0.3 * Экзамен

Программа дисциплины