CC BY
49
МЕТОДИКА ПРЕПОДАВАНИЯ
уДК 378 147 В. А. АРЖАНОВ
А. И. ОДИНЕЦ В. В. ПШЕНИЧНИКОВА
Омский государственный технический университет
ОПЫТ ПРОВЕДЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ ПО СПЕЦИАЛЬНЫМ ДИСЦИПЛИНАМ
Обсуждаются варианты проведения лабораторных занятий с помощью программ моделирования элементов цифровой техники и узлов цифровой обработки сигналов, таких как внутреннее кодирование в системе цифрового телевидения стандарта DVB-T, рандомизации данных, дискретно-косинусного преобразования, кодирования Рида-Соломона.
Ключевые слова: программы моделирования, цифровое телевидение, радиотехника, образование.
Содержание образования в области радиотехники должно способствовать развитию следующих основных компетенций будущих специалистов:
— способность использования на практике умения и навыков в организации исследовательских проектных работ;
— способность понимать основные приемы в области радиотехники, выбирать методы и средства их решения;
— способность к профессиональной эксплуатации современного оборудования и приборов;
— способность проектировать радиотехнические устройства, приборы, системы и комплексы с учетом заданных требований;
— способность к организации и проведению экспериментальных исследований с применением современных средств и методов [1, 2].
Прогресс в цифровой и микропроцессорной технике обусловил широкое использование в аппаратуре связи, вычислительной технике и других областях радиоэлектроники разнообразных цифровых устройств, микроконтроллеров и микропроцессоров. В учебном плане направления 210400.62 «Радиотехника» имеется ряд дисциплин, в которых рассматриваются узлы цифровой и микропроцессорной техники. Среди этих дисциплин следует отметить «Цифровые устройства и микропроцессоры», «Синтез цифровых
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №2 (126) 2014 МЕТОДИКА ПРЕПОДАВАНИЯ
МЕТОДИКА ПРЕПОДАВАНИЯ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №2 (126) 2014
Рис. 1
устройств», «Цифровое телевидение», «Цифровые радиоприемные устройства».
Для современного этапа развития цифровой техники характерным является то, что на практике применяется огромное число различных технических решений, чрезвычайно разнообразна элементная база цифровой техники. Естественно, что изучение всех схем невозможно и нецелесообразно. Более эффективным оказывается глубокое рассмотрение некоторых наиболее важных узлов цифровых устройств. Отбор этих схем необходимо произвести таким образом, чтобы дать студентам достаточные знания в данной области техники, позволяющие им самостоятельно разбираться в любой вновь появляющейся цифровой аппаратуре.
При создании лабораторных стендов по перечисленным выше дисциплинам возникают такие проблемы, как:
— отсутствие на кафедре возможности изготовить разработанные лабораторные стенды;
— недостаток средств на приобретение лабораторных стендов и виртуальных моделей.
Изучение аналоговых приемников или телевизоров можно было свести к исследованию отдельных узлов бытовой аппаратуры: селектора каналов, усилителя промежуточной частоты, видеоусилителя, генераторов развертки. Но в современной аппаратуре большая часть операций выполняется в цифровой форме.
На кафедре РТУ и СД принят комплексный подход в организации учебного процесса, сочетающий в себе изучение аналоговой аппаратуры и моделирование процессов цифровой обработки сигналов. При исследовании аналоговых узлов студенты знакомятся с генераторами сигналов, осциллографами, анализаторами спектров, вольтметрами.
При изучении цифровых узлов не обойтись без компьютерных моделей. Однако опыт проведения виртуальных лабораторных работ показал, что студенты не задумываясь устанавливают исходные параметры и получают иногда «бессмысленный» результат. Поэтому до выполнения работы студенту предлагается вручную выполнить операцию цифровой обработки.
Например, при изучении цифровых фильтров необходимо получить отклик на единичное воздействие вначале нерекурсивного, а затем рекурсивного фильтров первого и второго порядков. При изучении операции рандомизации моделируются процессы, происходящие в генераторе псевдослучайных последовательностей. При этом коды инициализации различны и определяются, например, номером студента в списке группы. После освоения азов цифровой обработки информации начинается изучение виртуальных моделей.
Приведем несколько примеров. На кафедре РТУ и СД разработаны виртуальные модели элементов
цифровых устройств и узлов цифровой обработки сигналов, начиная от простейших моделей логических элементов и заканчивая помехоустойчивым кодированием Рида — Соломона.
Окно обучающей программы «Логические элементы» (рис. 1) позволяет изучить законы функционирования логических элементов И, ИЛИ, НЕ, И-НЕ, ИЛИ-Е, исключающее ИЛИ. Эта программа используется на начальном этапе освоения цифровой техники в дисциплине «История отрасли».
На третьем курсе в дисциплине «Цифровые устройства и микропроцессоры» используется более сложная программа моделирования. Как показал анализ состояния программного обеспечения схемотехнического моделирования, на этапе начального освоения методов автоматизированного проектирования целесообразно использовать программу Electronics Workbench [1]. Данная программа представляет собой средство разработки и имитации электрических цепей, в том числе и узлов цифровой техники. Особенностью программы является наличие контрольно-измерительных приборов, по внешнему виду и характеристикам приближенных к их промышленным аналогам. Программа проста в обращении и не требует глубоких знаний в вычислительной технике.
На кафедре разработан альбом схем, в котором приведены элементы цифровой техники (логические элементы, триггеры и др.), а также такие схемы, как счетчики импульсов, регистры, генераторы сигналов. Считаем, что использование альбома схем в ходе учебного процесса оптимизирует труд преподавателя и повышает эффективность обучения за счет экономии времени на объяснение материала и дает возможность каждому студенту подготовить свой электронный отчет по лабораторным работам и практическим занятиям.
Кроме того, имеются более простые программы, дающие возможность осуществить моделирование отдельных узлов цифровой техники: счетчики импульсов (рис. 2), регистры, мультиплексоры.
На старших курсах в рамках дисциплин «Цифровое телевидение» и «Цифровые радиоприемные устройства» студенты знакомятся с процессами внутреннего кодирования в системе DVB-T, рандомизации данных, дискретно-косинусного преобразования, кодирования Рида — Соломона.
В системе DVB-T внутреннее кодирование с изменяемой скоростью строится с использованием базового кодирования со скоростью 1/2. Основу базового кодера представляют собой два цифровых фильтра с конечной импульсной характеристикой. Выходные сигналы X и Y формируются путем сложения по модулю 2 сигналов, снятых с разных точек линии задержки в виде регистра сдвига из шести триггеров. Разработана виртуальная модель внутреннего кодирования (рис. 3).
Рис. 2
Рис. 3
Рис. 4
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №2 (126) 2014 МЕТОДИКА ПРЕПОДАВАНИЯ
МЕТОДИКА ПРЕПОДАВАНИЯ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №2 (126) 2014
Рис. 5
^1|М1Ъ1МИМЧ1Ч Р 3
Рис. 6
Рис. 7
Активно используется внедренная на кафедре виртуальная модель операции рандомизации. Известно, что рандомизация пакетов транспортного потока данных — операция, при которой пакеты транспортного потока данных цифрового вещательного телевидения подвергают скремблированию. После запуска программы появляется окно (рис. 4).
Для демонстрации дискретного косинусного преобразования (ДКП) написана программа, позволяющая проводить преобразование как над числами (рис. 5), так и непосредственно над изображениями (рис. 6).
Разработана программа исследования кодека Рида — Соломона, с помощью которой можно осуществить, например, кодирование/декодирование изображений при наличии в канале связи ошибок. Блок «КОДЕР» программы позволяет выставлять начальные параметры кодера, исходное сообщение и выполнить кодирование (рис. 7).
Блок программы «ПРИМЕР ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОДЕРА» позволяет производить кодирование/декодирование изображений (рис. 8).
Анализ выполнения лабораторных работ и практических занятий показывает повышенный интерес студентов к решению поставленных задач, расширяет спектр профессиональных компетенций за счет внедрения в учебный процесс, например, альбома схем, без которого просто невозможно было бы даже поверхностно ознакомиться с имеющимися электрическими схемами.
Библиографический список
1. Аржанов, В. А Проблемы повышения качества подготовки специалистов/ В. А Аржанов, В. В. Пшеничникова, Л. А. Ша-тохина// Внутривузовские системы обеспечения качества подготовки специалистов : материалы 4-й Междунар. научн.-практ. конф. — Красноярск, 2006. — С. 141.
Рис. 8
2. Нагорный, Н. Н. Информационная культура в высшем образовании. Проблемы повышения качества подготовки специалистов/ Н. Н. Нагорный// Внутривузовские системы обеспечения качества подготовки специалистов : материалы 4-й Междунар. науч.-практ. конф. — Красноярск, 2006. — С. 135.
АРЖАНОВ Валерий Андреевич, кандидат технических наук, профессор кафедры «Радио-техничес-кие устройства и системы диагностики».
ОДИНЕЦ Александр Ильич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Радиотехнические устройства и системы диагностики». ПШЕНИЧНИКОВА Вера Владимировна, старший преподаватель кафедры «Метрология и приборостроение».
Адрес для переписки: 644050, г. Омск, пр. Мира, 11.
Статья поступила в редакцию 22.10.2013 г.
© В. А. Аржанов, А. И. Одинец, В. В. Пшеничникова
Информация
Конкурс на соискание Международной премии в области нанотехнологий RUSNANOPRIZE 2014
Прием заявок на соискание Международной премии в области нанотехнологий RUSNANOPRIZE открыт со 2 апреля 2014 года.
В этом году премия RUSNANOPRIZE 2014 будет вручена за работы в области оптики и электроники — сферах, отличающихся высоким спросом на исследования в области нанотехнологий и являющихся стратегически важными для инновационного развития многих отраслей мировой промышленности. Стремительный прогресс в области электроники, оптики и фотоники во многом определяет вектор развития современного человечества в самых разных сферах: от средств коммуникации и информационных технологий до медицинской диагностики и экологичных решений для освещения городов.
Денежная часть премии составляет 3 млн рублей (около 85 тыс. долларов).
Премия RUSNANOPRIZE ежегодно присуждается авторам научно-технологических разработок и изобретений в сфере нанотехнологий, внедренных в массовое производство с годовым объемом не менее $10 млн. Изобретатели, ученые и разработчики получают денежную часть премии, наградные символы, почетные дипломы и знаки лауреатов. Компания, внедрившая разработку в массовое производство и добившаяся коммерческого успеха за счет ее внедрения, награждается почетным дипломом и наградным символом премии. Выдвигать кандидатов на конкурс имеют право российские и зарубежные организации, а также частные лица за исключением членов комитета по присуждению премии. Допускается, в том числе, самовыдвижение соискателей.
Прием заявок на соискание премии продлится до 31 июля 2014 года. Заявки принимаются и регистрируются дирекцией премии по электронному адресу rusnanoprize@forinnovations.org строго в соответствии с номинационной формой.Требования к номинированию, состав комитета по присуждению премии и другая информация о премии размещена на официальном сайте www.rusnanoprize.ru
Источник: http://www.rsci.ru/grants/grant_news/284/236139.php (дата обращения: 07.04.2014).
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №2 (126) 2014 МЕТОДИКА ПРЕПОДАВАНИЯ
