Реферат: Л. В. Горчаков Томский государственный университет

Информационные технологии в преподавании курса “автоматизация физических исследований”


Л.В.Горчаков

Томский государственный университет

E-mail:gorchakov@phys.tsu.ru


Достижения в области информационных технологий и появление новых стандартов образования привели к появлению в учебных планах физических специальностей университетов многих новых курсов и к изменению содержания некоторых старых курсов. К первым можно отнести курсы по мультимедиатехнологиям и по современным аудио и видеосистемам и средствам. Ко вторым можно отнести традиционный курс по автоматизации физических исследований. В данном докладе речь пойдет о втором типе курсов. Традиционное использование компьютера в виде печатной машинки в худшем случае, а в лучшем случае в виде устройства для расчетов, результатом которых опять же являются печатные документы или картинки в настоящее время сменяется использованием встроенных компьютеров во всех отраслях народного хозяйства для управления, автоматизации различных процессов. Первым из таких применений является как раз использование компьютеров для управления физическими экспериментами.

В данном докладе рассматривается структура курса по автоматизации физических исследований, аппаратное и программное обеспечение этого курса. В целом курс состоит из четырех частей: автоматизация средств измерений, характеристики средств измерений и методы обработки результатов измерений, элементная база средств измерений, сопряжение средств измерений с компьютером. В первой части рассматриваются структурные схемы измерительных систем, измерительные преобразователи и коммутаторы. Вторая часть содержит динамические и статические характеристики средств измерений, погрешности и методы обработки измерений.

Третья часть включает разделы электроники -теоретическое описание функционирования элементной базы, комбинационные и последовательностные устройства, операционные усилители, АЦП и ЦАП, устройства выборки и хранения, шинные системы и логическую блок-схему мультипроцессорной системы. Четвертая часть посвящена вопросам сопряжения измерительных устройств с компьютером. В ней рассматриваются последовательный и параллельный интерфейс, игровой порт, магистраль ISA и USB- шин, их строение и использование для управления экспериментом. Приводятся примеры построения автоматизированных установок для измерения температуры и освещенности. В заключении рассматриваются современные устройства для сопряжения с экспериментом- УСО для машин класса Yamaha, управляющие компьютеры C-Control, виртуальная лаборатория LabView, устойства фирмы National Instuments-Agilent technology.

Особенностью данного курса является то, что информационные технологии в нем используются двояко- во-первых, в процессе чтения лекций в целях демонстрации, и во-вторых, на лабораторных занятиях, где те же компьютеры используются для создания лабораторных комплексов. Курс включает шесть лабораторных работ, которые предназначены для закрепления полученных теоретических знаний и приобретения практических навыков работы с аппаратурой. В них входит лабораторный стенд по радиоэлектронике, включающий практически все микросхемы российской промышленности, с помощью которых можно собрать даже компьютер. Стенд используется для закрепления навыков по третьей части курса. Для подключения к портам компьютера созданы макеты для ввода и вывода информации в компьютер. Разработана схема для управления шаговым двигателем. Для освоения работы с современными управляющими системами приобретена линейка устройств C-Control, которая позволяет создавать любые автоматизированные установки. Программное обеспечение работает в трех вариантах- визуальное программирование, программирование на языках Бейсик и Си.

Виртуальная лаборатория LabView и устройства С-Control позволяют создавать установки с удаленным управлением по Интернету.