Курсовой проект

Электронные промышленные устройства (ЭПУ)

Курсовой проект по курсу ЭПУ
(весенний семестр  2013/2014 уч. года)

Задание по курсовому проектированию:        pdf      doc
Темы и руководители -                                     pdf

Общие требования к порядку выполнения курсового проекта и оформлению РПЗ

В качестве технического задания на курсовой проект предлагается проектирование электронной схемы средней степени сложности на микросхемах малой степени интеграции. В ходе выполнения курсового проекта осуществляется разработка функциональной и принципиальной схемы, расчет ее компонентов, а также схемотехническое моделирование. Схема рассчитывается инженерными средствами по методикам, рассмотренным в курсе ЭЦМ, а также в рекомендованной для изучения литературе. Моделирование проводится в программе Micro-Cap 9.

Первый этап
выполнения курсового проекта - разработка функциональной схемы устройства и проверка ее работоспособности в программе схемотехнического моделирования Micro-Cap 9. На этом этапе проводится анализ технического задания, разрабатывается алгоритм работы устройства, строится структурная схема и временные диаграммы работы основных узлов. Затем блоки структурной схемы реализуются на функциональном уровне, т.е. на основе блоков, выполняющих стандартные функции (сравнение, аналоговое сложение, коммутация, переключение из одного цифрового состояния в другое и т.п.). После разработки функциональной схемы строится ее модель в формате Micro-Cap.  Модели функциональных блоков для построения  функциональной схемы предоставляются преподавателем. Конечная цель первого этапа – получить временные диаграммы токов и напряжений, полностью соответствующие требованиям технического задания. Полученная функциональная схема и ее модель в формате Micro-Cap сдается на проверку преподавателю.

Второй этап – разработка принципиальной схемы функциональных блоков устройства или их совокупностей (если узел принципиальной схемы заменяет сразу несколько функциональных блоков). На этом этапе рассматриваются различные схемотехнические варианты построения блоков ранее спроектированной функциональной схемы и выбирается наиболее оптимальные решения для удовлетворения для требованиям технического задания. Затем проводится расчет компонентов принципиальных схем этих узлов и схемотехническое моделирование каждого из узлов для проверки их работоспособности.
Режимы работы всех компонентов принципиальной схемы должны соответствовать паспортным режимам, предусмотренным разработчиками этих компонентов. Конечная цель этого этапа - получить принципиальные схемы структурных блоков устройства, для которых временные диаграммы работы моделей  совпадают с временными диаграммами ранее полученной функциональной схемы. Во время выполнения этого этапа может производиться корректировка ранее разработанной функциональной схемы, если изначально задуманный алгоритм работы оказался неоптимальным с точки зрения схемотехнической реализации.

Третий этап – построение полной принципиальной схемы устройства и ее модели в программе Micro-Cap 9. Эта модель строится с использованием библиотечных моделей компонентов. Этот этап аналогичен отладке и настройке реально собранной схемы и использует те же методики для выявления ошибок и неисправностей (поблочная настройка, тестовые сигналы и т.п.). После проведения моделирования и анализа полученных результатов, возможно, понадобится внесение изменений в принципиальную и функциональную схему устройства, а также уточнение расчета отдельных компонентов.
Изменения могут возникнуть вследствие необходимости согласования совместной работы отдельных блоков. Временные диаграммы работы схемы и ее параметры должны соответствовать требованиям технического задания.  Кроме того, необходимо получить регулировочные, внешние или какие-либо другие характеристики, демонстрирующие полученные параметры спроектированной схемы (перечень необходимых характеристик согласовывается с преподавателем), а также мгновенную и среднюю мощность, рассеиваемую в активных элементах выходных каскадов устройства. Полученная и отлаженная модель принципиальной схемы сдается на проверку преподавателю.

После получения работоспособной модели проводится компьютерный эксперимент с целью расширения представления о работе схемы (по указанию преподавателя). Могут исследуется номинальный, предельный и аварийный режимы. Путем многовариантного анализа определяться оптимальные параметры схемы, анализироваться поведение схемы при наличии случайного разброса параметров компонентов с помощью метода Монте-Карло.

Четвертый этап
- подготовка расчетно-пояснительной записки. Требования по оформлению курсовых и дипломных проектов изложены в [21] - Оформление курсовых и дипломных работ Расчетно-пояснительная записка должна включать в себя отчет о выполнении всех трех этапов проектирования - Примерный образец оформления РПЗ


Требования к оформлению РПЗ к курсовому проекту

Расчетно-пояснительная записка должна быть оформлена в соответствии с требованиями к технической документации.

Обязательными разделами в записке должны быть:

  •  техническое задание;
  •  реферат;
  •  содержание;
  •  введение;
  •  анализ технического задания и основные пути решения поставленной задачи;
  • структурная схема устройства и временные диаграммы взаимодействия ее блоков;
  • описание реализации каждого структурного блока на функциональном уровне;
  • модель каждого структурного бока на основе функциональных узлов Micro-Cap и временные диаграммы работы модели;
  • функциональная схемы устройства в целом
  • модель функциональной схемы устройства и временные диаграммы ее работы;
  • проверка полученных диаграмм на предмет соответствия ТЗ (уровни токов и напряжений, регулировочные  внешние характеристики, АЧХ и т.п.).
  •  выбор схемотехнической реализации каждого структурного блока и описание его работы;
  •  моделирование работы каждого структурного блока устройства на схемотехническом уровне;
  •  расчет элементов каждого блока;
  •  полная принципиальная схема устройства;
  •  описание работы устройства;
  •  выбор элементной базы;
  •  моделирование устройства в целом с использованием Micro-Cap 9 (должны быть представлены результаты, подтверждающие реализацию требований ТЗ);
  •  анализ результатов моделирования, сравнение результатов ручного расчета и анализа с помощью системы моделирования;
  •  заключение;
  •  список использованных литературных источников.

При выполнении курсового проекта должны быть рассчитаны:

  • Все сопротивления резисторов и емкости конденсаторов схемы. Если расчет не производится, то необходимо обоснование выбора используемого номинального значения.
  • Мощности, рассеиваемые на резисторах.
  • Максимально возможные токи, напряжения и рассеиваемые мощности для активных компонентов схемы (диодов, транзисторов и т.п.).
  • Токи, потребляемые от каждого из источников питания (суммарное потребление интегральных микросхем и дискретных элементов)


Требования к функциональной схеме - Функциональная схема

Пояснения к требованиям о содержании РПЗ (добавлены после анализа наиболее типичных ошибок) - Пояснение к содержанию РПЗ

Пояснительная записка сдается в печатном сброшюрованном и электронном вариантах. К записке прилагаются схемные файлы Micro-Cap (функциональная и принципиальная схемы) с полученными результатами моделирования. К защите готовятся доклад (10 мин) и демонстрационные слайды (в форматах pps или pdf). Д допустимо представлять результаты проекта на листах ватмана формата А1.

Пример демонстрационных слайдов - Слайды

К защите допускаются проекты, в которых результаты моделирования соответствуют основным требованиям ТЗ, а расчетно-пояснительная записка содержит все обязательные разделы.

Защита курсового проекта осуществляется комиссионно (не менее 2 преподавателей). Состав комиссии утверждается заведующим кафедрой. Дни проведения защиты курсового проекта также утверждаются заведующим кафедрой.

Консультирование по курсовому проекту осуществляется преподавателем в специально отведенные аудиторные часы (8 консультаций по 2 часа). Внеаудиторные консультации учебным планом не предусмотрены.


График выполнения курсового проекта
 1Получение заданий
2 нед.
 2Анализ технического задания. Уточнение задачи проектирования.
3 нед.
 3Обзор литературы, рассмотрение методов решения поставленной задачи.
4 нед.
 4Построение временных диаграмм и разработка функциональной схемы устройства.
5 нед
 5Получение работоспособной модели Micro-Cap на основе функциональных блоков.
6 нед. (11-14 марта)
 6Реализация функциональных блоков на схемотехническом уровне. Получение     работоспособных схемотехнических моделей Micro-Cap каждого функционального блока.
8 нед.
 7Разработка полной принципиальной схемы устройства и расчет основных компонентов. Получение работоспособной модели Micro-Cap устройства в целом.10 нед.
8Анализ работы спроектированного устройства на основе модели Micro-Cap. Проверка соответствия техническому заданию параметров разработанного устройства. Проведение статистического анализа (Монте-Карло) при разбросе параметров компонентов.
12 нед. (21-25 апреля)
 9Оформление РПЗ и подготовка демонстрационных слайдов.
14 нед.
 10Защита КП.
15 нед. (12-15 мая)


ЛИТЕРАТУРА

1. Волович Г. И. Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств. — М.: Издательский дом «Додэка-ХХI», 2007. — 528 с., ил. (djvu)

2. Гусев В.Г. Электроника и микропроцессорная техника: Учеб. для вузов/ В.Г. Гусев, Ю.М. Гусев. — 3–е изд., перераб. и доп.—М.: Высш. Шк., 2004.—790 с.: ил. 621.38 Г96 /2004 – 10 аб, 5 чз/ 1991 – 51 аб, 10 чз (djvu)

3. Лачин В.И., Савёлов Н.С. Электроника: Учеб. пособие. 4-е изд. — Ростов н/Д: изд-во «Феникс», 2004. — 576 с. (Серия «Высшее образование») всего 30 экз.

4. Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника (полный курс): Учебник для вузов Под ред. О.П. Глудкина. — М.: Горячая линия-Телеком, 2003. – Радио и связь, 2000 – 768 с.: ил. 621.38 О-60 /2003 – 22 аб, 3 чз (pdf)

5. Прянишников В.А. Электроника: Курс лекций. — 2-е изд. Исп и доп. — СПб.: КОРОНА принт, 2002. — 416 с., ил. 621.38 П-85 / 2003 – 2 чз (djvu)

6. Дэвис Дж., Карр Дж. Карманный справочник инженера электронной техники /Пер. с англ. – М.: «Додэка-XXI», 2002. — 480 с.: ил.

7. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники /Пер. с англ Б.Н. Бронина и др. — 5-е изд., перераб.— М.: Мир, 1998 — 704 с.: ил. 621.382 Х-80 /1998 – 2 аб/ 1993 – 16 аб, 3 чз/ 1986– 3 аб/ 1984 – 1 аб/ 1983 – 14 аб, 7 чз. (djvu)

8. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство. Пер. с нем. – М.: Мир, 1982. – 512 с., ил. 621.382 (083) Т-45 /1982 – 5 аб, 1 сбо, 12 чз. (djvu)

9. Кауфман М., Сидман А.Г. Практическое руководство по расчетам схем в электронике: Справочник. В 2-х т. Пер. с англ./ Под ред. Ф.Н. Покровского. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 368 с.: ил. 621.38(083) К-30 /1991 – 8 аб, 10+2 чз/ 2000 – 2 аб/ 1996 – 2 аб 3 чз (djvu)

10. Шкритек П. Справочное руководство по звуковой схемотехнике: Пер. с нем. – М.: Мир, 1991. – 446 с.: ил. 681.84(083) Ш-67 / 1991 – 4 аб, 2 чз, 1 исо (djvu)

11. Горбачев Г.Н., Чаплыгин Е.Е. Промышленная электроника: Учебник для вузов /под ред. В.А. Лабунцова. — М.: Энергоатомиздат, 1988. — 320 с.: ил. (djvu)

12. Фролкин В.Т., Попов Л.Н. Импульсные и цифровые устройства: Учеб. Пособие для вузов. — М.: Радио и связь, 1992. — 336 с.: ил.

13. Г.И. Пухальский, Т.Я.Новосельцева Проектирование дискретных устройств на интегральных микросхемах 1990 (djvu)

14. М.А. Амелина Конспекты лекций по ЭПУ за 7, 8 семестры. Есть файлы MS WORD и pdf-слайды.

15. Основы электроники. Гершунский Б.С. Киев, издательское объединение «Вища Школа», 1977, 344 с. (djvu)

Моделирование электронных схем

16. Амелина М.А., Амелин С.А. Программа схемотехнического моделирования Micro-Cap 8. — М.: Горячая линия-Телеком, 2007. – 464 с., ил. (Есть в библиотеке)

17. Амелина М.А. Моделирование усилительных каскадов на биполярных и полевых транзисторах. Методические указания к лабораторным работам по курсу «Компьютерный анализ и синтез электронных устройств». — Смоленск: филиал ГОУ ВПО «МЭИ (ТУ)», 2005. – 56 с.

18. М.А. Амелина, Ю.В Троицкий Синтез комбинационных и последовательностных логических устройств. Лабораторный практикум по курсу «Электронные промышленные устройства». – М.: МЭИ, 1999. – 48 с.

19. Амелин С.А., Амелина М.А. Применение пакета программ MicroCAP-IV для моделирования электронных схем. - М. Московский энергетический институт, 1997. — 52 с.

20. Завадский В.А. Компьютерная электроника. Киев ТОО Век, 1996 — 360 с ил. 621.3 З18 /1996 – 10 аб.

Оформление

21. Оформление курсовых и дипломных работ. Методические указания для студентов специальности «Промышленная электроника» /Сост.: М.А. Амелина, С.А. Амелин, Ю.В. Троицкий — Смоленск.: ГОУВПО СФМЭИ(ТУ). 2001. – 70 с. (Есть исправленный вариант в соответствии с посл. стандартами «Амелина_ДП_ВР_посл.doc»).