В настоящее время, всеобщая компьютеризация и широкое развитие сетевых технологий в большой степени влияет на доступность и популярность информационных и управляющих систем. Современной тенденцией в сфере информационных технологий является появление и развитие виртуальных автоматизированных систем. Используя мощь современной вычислительной техники совместно с технологией виртуальных приборов, возможно, создавать аппаратно-программные комплексы для решения задач любой сложности. Такой подход позволяет разрабатывать системы, тестирования, измерения, диагностики и управления, на основе устройств сбора данных и различных контроллеров, интерфейс пользователя и функциональная часть которых реализованы программным способом. При этом создаваемые виртуальные приборы могут быть индивидуально адаптированы к системам различного назначения. В условиях постоянно меняющихся требований к гибкости, производительности и масштабируемости информационных систем, применение программных способов схемотехнического моделирования в совокупности с различными средствами компьютерной техники позволяет учитывать особенности широкого спектра технических задач, а также оптимально подходит для интернет‑программирования и разработки распределенных приложений.
Главной целью является повышение качества подготовки специалистов и образовательных услуг.
Такие дисциплины как: «Электронная и преобразовательная техника» и «Тяговые электрические машины» имеют существенное значение в общеинженерной подготовке студентов.
В настоящее время для образовательной платформы NI ELVIS производятся различные модули для выполнения лабораторных работ, для исследования элементов аналоговой электроники: диоды, транзисторы, тиристоры и т.д., а также простейшие цифровые компоненты: логические элементы, триггеры, счетчики, и т.д.
Учебное оборудование данного лабораторного комплекса предназначено для практического изучения базовых логических операций, параметров и характеристик логических элементов, устройств цифровой и аналоговой схемотехнике. В рамках практических работ данной лаборатории студенты знакомятся с такими логическими элементами, как сумматор-вычитатель, арифметико-логическое устройство, оперативное запоминающее устройство. Также в состав лабораторного практикума входят лабораторные модули для изучения генератора линейно изменяющегося напряжения, аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразователя. Данный комплекс лабораторных работ позволяет студенту изучить принципы работы основных подсистем современных микроконтроллеров (АЛУ, ОЗУ, АЦП-ЦАП). Состав лабораторного комплекса:
· Модульная плата с основными элементами цифровой электроники
· Модульная плата с основными элементами аналоговой электроники
· Программное обеспечение с учебно-методическими материалами
Разработанный лабораторный комплекс отвечает всем современным требованиям технологии обучения, готов к тиражированию и может поставляться в различные высшие учебные заведения. Применение лабораторной станции NI ELVIS обеспечивает эффективное изучение студентами устройств аналоговой, цифровой и аналого-цифровой схемотехники.
Для детального изучения принципа работы электронных компонентов и выполняемых на их основе устройств в ДВГУПС разработан комплекс лабораторных работ, необходимых для исследования сложных цифровых компонентов и устройств: цифрового сумматора-вычитателя, арифметико-логического устройства, оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), а также генератора линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН), аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразователя (АЦП-ЦАП). При этом в модуле АЦП-ЦАП используется PIC-контроллер 16F873.
При выполнении лабораторной работы необходимо укомплектовать макетную плату лабораторной станции NI ELVIS соответствующими модулями и запустить разработанное в LabVIEW программное обеспечение. Лабораторная работа выполняется в соответствии с указаниями учебного пособия. Внешний вид лабораторного стенда представлен на рисунке 2.
Рис.1.Модули лабораторных работ ГЛИН и АЦП-ЦАП.
Рис. 2. Внешний вид лабораторного стенда.
Для использования минимального числа линий передачи данных между лабораторным модулем и базовой станцией NI ELVIS предложен способ задания входного кода, при котором 11 требуемых цифровых линий заменяется 1 цифровой линией. На пример для схемы исследования АЛУ на экране компьютера (рисунок 3) задаются два двоичных 4-разрядных числа А и В, над которыми выполняются арифметические или логические операции, указанные в двоичном 3‑разрядном коде, указанном на входе Е АЛУ (выбор режима).
Рис. 3. Интерфейс пользователя.
Рис.4. Лабораторная работа АЦП на странице Web браузера.
Инструкции для выполнения работы выполнены в виде учебного пособия «Электронная и преобразовательная техника», которое входит в состав учебного комплекса (в электронном виде).
Список лабораторных работ:
1. Исследование аналого-цифрового (АЦП) и цифро-аналогового преобразователя (ЦАП).
2. Исследование генератора линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН).
3. Исследование устройства сложения-вычитания двоичных чисел.
4. Исследование арифметико-логического устройства (АЛУ).
5. Исследование оперативного запоминающего устройства (ОЗУ).
6. Дешифратор.
Данный разработанный лабораторный комплекс отвечает всем современным требованиям технологии обучения, на протяжении трех семестров успешно работает в ДВГУПС. Готов к тиражированию и может поставляться в различные высшие учебные заведения. Широкие возможности образовательной платформы макетирования и прототипирования NI ELVIS в совокупности с разработанными программно-аппаратными средствами позволят создать многофункциональный лабораторный комплекс по изучению основ программирования и архитектуры микропроцессоров. Применение лабораторной станции NI ELVIS обеспечивает эффективное изучение студентами преобразователей аналоговых сигналов и элементов цифровой схемотехники.
