Мікропроцесорні системи в фізиці високих енергій

Мета дисципліни: вивчення компонентів та схем сучасних мікропроцесорних пристроїв, що використовуються в експериментах з фізики високих енергій.

Задачі дисципліни: 
Дізнатися про сучасні тенденції у конструюванні електронних приладів для експериментальних дослідницьких робіт;
Ознайомитися з наявними мікропроцесорними пристроями та їх можливостями;
Ознайомитися з платформами для розробки власних приладів на базі мікроконтролерів та мікрокомп'ютерів;
Навчитися вільно використовувати ці інструменти.
Набути навичок побудови відносно простих, недорогих та енергоефективних схем з використанням мікроконтролерів;
Навчитися сполучати ядернофізичні вимірювальні прилади з цими схемами.
 
 
 
Основні результати навчання
 
ПР01. Знати, розуміти та вміти застосовувати основні положення загальної та теоретичної фізики, зокрема, класичної, релятивістської та квантової механіки, молекулярної фізики та термодинаміки, електромагнетизму, хвильової та квантової оптики, фізики атома та атомного ядра для встановлення, аналізу, тлумачення, пояснення й класифікації суті та механізмів різноманітних фізичних явищ і процесів для розв’язування складних спеціалізованих задач та практичних проблем з фізики та/або астрономії.
ПР03. Знати і розуміти експериментальні основи фізики: аналізувати, описувати, тлумачити та пояснювати основні експериментальні підтвердження існуючих фізичних теорій.
ПР04. Вміти застосовувати базові математичні знання, які використовуються у фізиці та астрономії: з аналітичної геометрії, лінійної алгебри, математичного аналізу, диференціальних та інтегральних рівнянь, теорії ймовірностей та математичної статистики, теорії груп, методів математичної фізики, теорії функцій комплексної змінної, математичного моделювання.
ПР07. Розуміти, аналізувати і пояснювати нові наукові результати, одержані у ході проведення фізичних та астрономічних досліджень відповідно до спеціалізації.
ПР08. Мати базові навички самостійного навчання: вміти відшуковувати потрібну інформацію в друкованих та електронних джерелах, аналізувати, систематизувати, розуміти, тлумачити та використовувати її для вирішення наукових і прикладних завдань.
ПР09. Мати базові навички проведення теоретичних та/або експериментальних наукових досліджень з окремих спеціальних розділів фізики або астрономії, що виконуються індивідуально (автономно) та/або у складі наукової групи.
ПР10. Вміти планувати дослідження, обирати оптимальні методи та засоби досягнення мети дослідження, знаходити шляхи розв’язання наукових завдань та вдосконалення застосованих методів.
ПР11. Вміти упорядковувати, тлумачити та узагальнювати одержані наукові та практичні результати, робити висновки.
ПР12. Вміти представляти одержані наукові результати, брати участь у дискусіях стосовно змісту і результатів власного наукового дослідження.
ПР14. Знати і розуміти основні вимоги техніки безпеки при проведенні експериментальних досліджень, зокрема правила роботи з певними видами обладнання та речовинами, правила захисту персоналу від дії різноманітних чинників, небезпечних для здоров’я людини.
 
Форми організації освітнього процесу та види навчальних занять
 
Л — лекційні заняття; ЛЗ — лабораторні заняття; СРЗ – самостійна робота здобувача вищої освіти; К – консультації.
 
Тематика та види навчальних занять
 

СЕМЕСТРОВИЙ МОДУЛЬ 1

ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ 1. Основи цифрової електроніки.

Л 1. Булова алгебра.
ЛЗ 1. Логічні елементи.
СРЗ, К.

Л 2. Логічні елементи.
Л 3. Тригери та пристрої на тригерах.
ЛЗ 2. RS-Тригер та D-тригер.
СРЗ, К.

Л 4. Регістр. Лічильник. Таймер.
ЛЗ 3. T-тригер та тригер Шмітта.
СРЗ, К.

Л 5. Шифратори та дешифратори.
ЛЗ 4.Регістр .
СРЗ, К.

Л 6. Мультиплексори та демультиплексори.
ЛЗ 5. Лічильник. Таймер.
СРЗ, К.

Л 7. Дискретизація неперервного сигналу.
ЛЗ 6. Шифратор та дешифратор.
СРЗ, К.

Л 8. Квантування сигналу.
ЛЗ 7. Мультиплексор та демультиплексор.
СРЗ, К.

Л 9. Цифро-аналогові перетворювачі.
ЛЗ 8. Цифро-аналоговий перетворювач.
СРЗ, К.

Л 10. Аналого-цифрові перетворювачі.
ЛЗ 9. Аналого-цифровий перетворювач.
СРЗ, К.
МК 1.

СЕМЕСТРОВИЙ МОДУЛЬ 2

ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ 2. Сучасні мікропроцесорні пристрої.

Л 11. Мікропроцесорні системи та мікроконтролери.
Л 12. Програмування мікроконтролерів.
ЛЗ 10. Платформа розробки Arduino.
СРЗ, К.

ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ 3. Ресурси мікроконтролера.

Л 13. Розподіл пам'яті в мікроконтролерах.
ЛЗ 11. Керування вбудованим світлодіодом Arduino.
СРЗ, К.

Л 14. Регістри керування мікроконтролером.
ЛЗ 12. Вивід чисел на 7-сегментний індикатор.
СРЗ, К.

Л 15. Переривання.
ЛЗ 13. Вимірювання напруги за допомогою АЦП.
СРЗ, К.

Л 16. Індикація.
ЛЗ 14. Індикатор рівня.
СРЗ, К.

Л 17. Аналого-цифровий перетворювач.
ЛЗ 14. Індикатор рівня.
СРЗ, К.

Л 18. Таймери. ШІМ. .
ЛЗ 15. Рахування імпульсів.
СРЗ, К.

ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ 4. Зовнішні пристрої.

Л 19. Зв'язок з периферійними пристроями.
ЛЗ 16. Обмін даними через послідовний інтерфейс.
СРЗ, К.

Л 20. Зв'язок з комп'ютером.
ЛЗ 17.Вивід даних на рідкокристалічний екран .
ЛЗ 18. Передача даних за допомогою TCP/IP протоколу.
СРЗ, К.

Л 21. Засоби віддаленої передачі даних.
ЛЗ 19. Передача даних GSM-каналом.
ЛЗ 20. Збереження даних в енергонезалежній пам'яті.
СРЗ, К.

ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ 5. Оптимізація роботи.

Л 22. Тактовий генератор та керування живленням.
ЛЗ 21. Режим сну та збереження енергії.
СРЗ, К.
МК2.

 
Індивідуальна робота 

Виконується курсова робота (КР).

Теми курсових робіт:
Індикація рівня радіації на РК-екрані на платформі Arduino.
Сигналізація перевищення фонового рівня радіації на платформі Arduino.
Передавання показів лічильника GSM-каналом.
Передавання показів лічильника Ethernet-каналом.
Передавання показів лічильника WiFi-каналом.
Багатоканальний аналізатор імпульсів на платформі Arduino.
Автономний накопичувач вимірювань на платформі Arduino.
Інформаційне табло на платформі Arduino.
Індикатор спектра на растровому екрані на базі Arduino.
Комутатор каналів даних на платформі Arduino.

Мета КР: набуття практичних навичок моделювання та реалізації схем електронних приладів, застосовуваних у фізиці високих енергій на конкретних прикладах.
 
1–7 тижні
Отримання завдання. Підготовка теоретичної частини КР. Огляд методів розв’язання завдання відповідно до обраного варіанту теми КР.
 
8–14 тижні
Реалізація одного або кількох методів розв’язання задачі, передбаченої відповідним варіантом завдання.
 
15 тиждень
Захист роботи.

 
Самостійна робота
 
Самостійна робота складає 137 годин. Розподіл самостійної роботи за видами навчальних робіт:
1) виконання КР – 30 годин;
2) підготовка до лабораторних занять та до виконання контрольних завдань – разом 60 годин;
3) підготовка до лекційних занять — 17 годин;
4) підготовка до іспиту — 30 годин
 

Процедура оцінювання
 
Система оцінювання рівня навчальних досягнень ґрунтується на принципах ЄКТС та є накопичувальною. Для забезпечення оперативного контролю за успішністю та якістю рівня навчальних досягнень здобувачів вищої освіти дисципліна поділяється на два семестрові модулі. Здобувачі протягом семестру виконують лабораторні роботи, курсову роботу (КР), виконують дві модульні контрольні роботи (МКР).
 
Кожний модуль оцінюється у максимально можливі 50 балів:
 
Семестровий модуль № 1
 
Виконання лабораторних робіт №1-6 оцінюється у 3 бали, лабораторних робіт №7-9 — у 4 бали. Модульна контрольна робота (МК1) оцінюється максимально у 20 балів. Сумарно за перший семестровий модуль — 50 балів.
Виконання першої частини КР оцінюється максимум у 30 балів.
 

Семестровий модуль № 2
 
Виконання лабораторних робіт №10-12 оцінюється у 2 бали, лабораторних робіт №13-21 — у 3 бали. Модульна контрольна робота (МК2) оцінюється максимально у 20 балів. Сумарно за другий семестровий модуль — 50 балів.
Виконання другої частини та захист КР оцінюється максимум у 70 балів.
 
Максимальна оцінка за повний обсяг виконаних навчальних елементів дисципліни – 100 балів.
 
Підсумковим контролем з дисципліни є усний іспит, білет до якого складається з теоретичної частини (3 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 іспиту допускаються здобувачі вищої освіти, які отримали не менше 30 балів за перший модуль та виконали накопичувальну частину другого модуля.

Складання/перескладання іспиту організується за встановленим деканатом ІЕКСУ розкладом.

Політика освітнього процесу

Здобувач зобов’язаний своєчасно та якісно виконувати всі отримані завдання; за необхідністю з метою з’ясування всіх незрозумілих під час самостійної та індивідуальної роботи питань, відвідувати консультації викладача. Дотримуватись принципів академічної доброчесності. 

Робота, яка виконана після встановлених викладачем термінів, не приймається.
 
Відсутність здобувача на іспиті, захисті КР або на контрольній роботі відповідає оцінці «0» (нуль).