Аналогова та цифрова схемотехніка 1

Мета дисципліни:

забезпечити розвиток загальних та спеціальних компетентностей майбутніх бакалаврів, розвиток сучасного конструктивного, фундаментального мислення та системи спеціальних знань з основних принципів конструювання аналогових та цифрових схем сучасної медичної електронної апаратури, розуміння технічних принципів її роботи.

Завдання дисципліни:
 
навчити студентів теоретичним основам функціонування аналогових та цифрових систем та їх взаємодії в пристроях запису, збереження та обробки інформації; 

формування логічного мислення на рівні схемотехніки для побудови електронних медичних засобів на базі однокристальних мікроконтролерів; 

аналізувати різні технічні рішення провідних фірм на рівні структурних схем і розробляти рекомендації щодо їх конкретного використання на рівні принципових;

розуміти специфіку розроблення електронних схем з урахуванням медичного застосування; 

сформувати навички вибору раціональних методів та технологій реєстрації біологічних сигналів із застосуванням різних режимів та алгоритмів;

навчити рекомендувати найприйнятніші технологічні рішення з елементної бази, необхідних для реалізації конкретних пристроїв та засобів.

 
 
 Основні результати навчання
 
Застосовувати знання основ математики, фізики та біофізики, біоінженерії, хімії, інженерної графіки, механіки, опору та міцності матеріалів, властивості газів і рідин, електроніки, інформатики, отримання та аналізу сигналів і зображень, автоматичного управління, системного аналізу та методів прийняття рішень на рівні, необхідному для вирішення задач біомедичної інженерії.
 
Знати основи теорії кіл та сигналів, аналогової та цифрової схемотехніки, принципів побудови, функціонування та програмування мікропроцесорної техніки медичного призначення та сучасної елементної бази для задачі побудови медичних комплексів та систем.
Знати основні принципи розробленням медичної електронної апаратури добре володіти методиками її проектування і налаштування, розуміти специфіку розроблення засобів з урахуванням медичного застосування.
 
Знати методи аналогової та цифрової обробки біомедичних сигналів та зображень та способів їх реалізації у вигляді алгоритмів та комп’ютерних програм для медичних комплексів та систем.
 
Форми організації освітнього процесу та види навчальних занять
 
Л – лекційні заняття; ЛЗ – лабораторні заняття; СРС – самостійна робота здобувача вищої освіти; РГР – розрахунково-графічна робота; Кз – самостійні контрольні завдання; МКР – модульна контрольна робота; К – консультації.
 
 
Тематика та види навчальних занять
 
5 семестр
 
1 тиждень
 
Л1. Біосигнали та їх перетворення.
ЛЗ1 Знайомство з програмою схемотехнічного моделювання Multisim
СРС. К.
 
2 тиждень
 
Л2. Системи числення. Коди та їх характеристика. Основи алгебри логіки.
СРС. К.
3 тиждень
 
Л3. Оцифровування аналогових сигналів.
ЛЗ2. Дослідження базових компонентів цифрової схемотехніки.
Кз1. Основні компоненти електронних пристроїв. Потенціометр. Операційні підсилювачі. Масштабний підсилювач. Підсилювач змінної напруги.
СРС. К.
 
4 тиждень
 
Л4. Технічні характеристики базових логічних елементів і особливості їх використання.
СРС. К.
 
5 тиждень
 
Л5. Транзисторні ключові схеми.
ЛЗ3. Дослідження польових транзисторів.
Кз2. Використання зворотного і додаткового двійкових кодів для реалізації арифметичних операцій за допомогою підсумовуючого пристрою.
СРС. К.
 
6 тиждень
 
Л6. Комутатори.
Кз3. Широкосмуговий RC‐підсилювач на польовому транзисторі. Умова передачі сигналу без
спотворень.
СРС. К.
 
7 тиждень
 
Л7. Кодуючі та декодуючі пристрої.
ЛЗ4 Дослідження принципів побудови та функціональних можливостей дешифраторів.

СРС. К.
 
8 тиждень
 
Л8. Обчислювальні пристрої.
МКР1. СРС. К.
 
9 тиждень
 
Л9. Арифметичні пристрої: Напівсуматори. Повні суматори. Від’ємники. Суматори-від’ємники.
ЛЗ5. Дослідження роботи суматорів
СРС. К.
 
10 тиждень
 
Л10. Арифметичні пристрої: Двійково-десятковий суматор. Багаторозрядні суматори з послідовним переносом. Багаторозрядні суматори з прискореним переносом. Комбінаційні перемножувачі.
Кз4. Схеми типових аналогових вузлів: інвертор, суматор, диференційний підсилювач, інтегратор, інтегросуматор, диференціатор, режими інтегратора.
СРС. К.
 
11 тиждень
 
Л11. Цифрові компаратори (ЦК): Принципи побудови однорозрядних і багаторозрядних ЦК. Компаратори на основі двійкового від’ємника. Секціоновані компаратори багаторозрядних чисел.
ЛЗ6. Дослідження схем порівняння і контролю.
СРС. К.
 
12 тиждень
 
Л12. Визначення і призначення тригерів. Різновиди R-S-тригерів. 
СРС. К.
 
13 тиждень
 
Л13. Загальна характеристика тригерних схем.
ЛЗ7. Дослідження принципів побудови та функціональних можливостей тригерів.
СРС. К.
 
14 тиждень
 
Л14. D-тригери. JK-тригери. Т- та ТV-тригери. 
СРС. К.
 
15 тиждень
 
Л15. Несиметричні тригери. Синхронізація в цифрових схемах.
ЛЗ8. Дослідження роботи лічильників і подільників частоти.
МКР2.
СРС. К.
 
 
Індивідуальна робота
 
Виконується РГР. 
 
Мета РГР:
 
набуття загальних та спеціальних компетентностей майбутніх бакалаврів, поглиблення теоретичних знань з основ аналогової та цифрової схемотехніки, освоєння студентами принципів будови та дії: елементів і вузлів напівпровідникових схем; підсилювачів сигналів напруги змінного струму; підсилювачів сигналів напруги постійного струму; імпульсних пристроїв; цифрових логічних пристроїв. 
 
1–7 тижні
Отримання завдання. Виконання розрахунків: розрахунок та аналіз роботи підсилювальних каскадів на операційних підсилювачах (ОП). 
 
8–14 тижні
Побудова та аналіз роботи комбінаційних логічних пристроїв.
 
15 тиждень
Захист роботи.
Самостійна робота
 
Самостійна робота складає 89 годин (5 семестр). 
Розподіл самостійної роботи за видами навчальних робіт:
1) підготовка до лекційних занять – 30 годин;
2) підготовка до лабораторних занять та до виконання індивідуальних контрольних завдань – разом 30 годин;
3) виконання РГР – 15 годин;
4) підготовка до екзамену – 30 годин.
 
Процедура оцінювання
 
Система оцінювання рівня навчальних досягнень ґрунтується на принципах ЄКТС та є накопичувальною. Дисципліна поділяється на два семестрові модулі. Здобувачі протягом семестру готуються до лекційних та практичних занять, виконують 2 модульні контрольні роботи та 4 індивідуальних контрольних завдання.
Модульні контрольні роботи № 1 та № 2 виконуються у письмовій формі. Модульна робота складається з теоретичної частини (2 запитання) та практичної частини (1 задача). Відповідь на кожне теоретичне питання оцінюється максимум 10 балами. Правильне розв’язання задачі оцінюється в 5 балів.
Кожний модуль оцінюється у максимально можливі 50 балів:
 
Семестровий модуль № 1
Кз1. Оцінка за виконання – 5 балів. Термін надання – 3 тиждень.
Кз2. Оцінка за виконання – 5 балів. Термін надання – 5 тиждень.
РГР(ч.1). Оцінка за виконання – 15 балів. Термін надання – 8 тиждень.
МК1. Модульна контрольна робота – 25 балів (8 тиждень). Перескладання можливе протягом 9–11 тижнів за розкладом консультацій.

Семестровий модуль № 2
Кз3. Оцінка за виконання – 5 балів. Термін надання – 10 тиждень.
Кз4. Оцінка за виконання – 5 балів. Термін надання – 13 тиждень.
РГР(ч.2). Оцінка за виконання – 15 балів. Термін надання та захист – 14–15 тижні. 
МК2. Модульна контрольна робота – 25 балів (15 тиждень).
 
Максимальна оцінка за повний обсяг виконаних навчальних елементів дисципліни – 100 балів.
Підсумковим контролем з дисципліни є усний екзамен, білет до якого складається з теоретичної частини (4 запитання) та практичної частини (1 задача). Максимальна оцінка за правильні відповіді на всі питання екзаменаційного білету становить 100 балів. 
 
Умови допуску до підсумкового контролю
 
До екзамену допускаються здобувачі вищої освіти, які виконали всі види навчальних елементів навчальної дисципліни на не менш, ніж на 60 %.
Екзамен відбувається за всіма тематичними (змістовними) модулями дисципліни.
Складання/перескладання екзаменів організується за встановленим відділом аспірантури розкладом.
 
 
 
 
Політика освітнього процесу

Здобувач зобов’язаний своєчасно та якісно виконувати всі отримані завдання; за необхідністю з метою з’ясування всіх не зрозумілих під час самостійної та індивідуальної роботи питань, відвідувати консультації викладача. Дотримуватись принципів академічної доброчесності. 
Виконаний не свій варіант завдання здобувачем не оцінюється.
Робота, яка виконана після встановлених викладачем термінів, не приймається.
Відсутність здобувача на екзамені або на контрольній роботі відповідає оцінці «0».
Складання/перескладання екзаменів – за встановленим деканатом розкладом.
Під час лекції здійснювати телефонні дзвінки забороняється.
Під час розв’язання задач на МКР та екзамені дозволяється користуватися хімічними довідниками.