Учебная практика по дисциплине

Не предусмотрена.

Детально содержание дисциплины «ОСНОВЫ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ» раскрывается в УМК (http://www.uni-altai.ru/list/list.php?iddis=1865), в котором представлены:

Аннотация

Рабочая учебная программа дисциплины

Тематика лекционных занятий

Планы практических занятий

Вопросы и задания для самостоятельной работы

Контрольные вопросы и задания

Образец текущего тестового задания

Задания к контрольной работе

Вопросы к зачету

Образец итогового теста

Программу составил:

Коваленко А.А. к.т.н., доцент ФГБОУ ВПО «Алтайская

государственная педагогическая академия»

Программа одобрена и утверждена на заседании кафедры технологических дисциплин (Протокол № 9 от 20 июня 2012 г.).

Заведующий кафедрой: Овчаров А.В.

Секретарь протокола: Ковалёва Л.А.

Программу составил:

Коваленко А.А. к.т.н., доцент ФГБОУ ВПО «Алтайская

государственная педагогическая академия»

Лекция №1.

Этапы развития электроники. Основные положения и принципы микроэлектроники. История развития микроэлектроники. Факторы, определяющие развитие микроэлектроники. Классификация изделий микроэлектроники. Современные направления развития микроэлектроники.

Лекция №2.

Общие сведения о полупроводниках. Собственная и примесная проводимость. Основные и неосновные носители заряда. Статистика подвижных носителей заряда. Кинетические процессы в полупроводниковых структурах. Поверхностные процессы в полупроводниковых структурах. Физика процессов в р-n-переходе при отсутствии внешнего поля. Концентрация подвижных носителей заряда. Диффузия. Переход носителей заряда через р-n-переход. Запирающий слой. Потенциальный барьер. Физика процессов в р-n-переходе при наличии внешнего поля. Дрейф носителей. Изменение высоты потенциального барьера. Процесс переноса носителей через р-n-переход. Зависимость между полным током через р-n-переход и приложенным напряжением. Полупроводниковый диод, его вольтамперная характеристика. Биполярные и униполярные транзисторы.

Лекция №.3.

Сигнал, его информационная суть. Сигналы аналоговые и цифровые. Сигналы в системах автоматики и вычислительной техники. Цифровые сигналы: перепады и импульсы. Схемы преобразования сигналов: RC-цепи, диодные ключи, транзисторные ключи на биполярных транзисторах. Критерий насыщения. Транзисторные ключи на униполярных транзисторах

Лекция №4.

Элементы комбинационной логики. Реализация базовых логических функций. Диодно-транзисторная логика. Транзисторно-транзисторная логика и её реализация на ТТЛ, ТТЛШ и КМОП-структурах. Быстродействие логических элементов. Серии интегральных схем.

Лекция №.5.

Последовательностные схемы. Триггер как элемент памяти. RS-триггер, синхронизируемый RS-триггер, D-триггер, Т-триггер, JK-триггер. Комбинированные RS- и D-триггеры, RS- и JK-триггеры. Графические изображения. Таблицы состояний, временные диаграммы. Последовательные и параллельные регистры.

Лекция №6.

Счетчики. Принцип работы. Устройство. Классификация. Примеры реализации.

Лекция №7.

Основные узлы цифровых устройств: мультиплексоры, демультиплексоры, шифраторы, дешифраторы, преобразователи кодов. Принцип работы, организация, условные графические изображения.

Лекция №8.

Основы двоичной арифметики. Суммирующие устройства. Устройства умножения. АЛУ. Одноразрядный двоичный полусумматор Полный одноразрядный двоичный сумматор. Принцип построения многоразрядных сумматоров. Арифметико-логические устройства. Графическое изображение. Таблица истинности.

Лекция №9.

Принципы записи и хранения информации. Классификация запоминающих устройств (ЗУ) по назначению, способам записи, хранения и поиска информации. Постоянные, полупостоянные ЗУ и перепрограммируемые (ППЗУ) ЗУ. Структурная схема запоминающего устройства (ЗУ). ЗУ статического (SRAM) и динамического (DRAM) типов. Постоянные (ПЗУ), оперативные (ОЗУ) и сверхоперативные (СОЗУ) устройства памяти. Принципы построения памяти большой разрядности и адресного пространства из интегральных схем RAM.

Лекция №10.

Устройства памяти компьютера. Долговременная память компьютера. Физические принципы хранения информации на магнитном носителе. Организация памяти на жёстком (HDD) и гибком (FDD) магнитном диске. Физические принципы записи и хранения информации на лазерном диске (CD ROM и DVD ROM).

Лекция №11.

Микропроцессоры (МП) - основа персональных компьютеров. История развития: 4-хразрядные, 8-миразрядные, 16-тиразрядные 32-хразрядные микропроцессоры. Однокристальные МП. Тактовая частоты и принципы потактовой реализации команд, микрокоманды. Реализация функции МП: выборка команд из оперативного ЗУ, декодирование команд, выполнение операций, управление пересылкой информации между своими внутренними регистрами, оперативной памятью и периферийными устройствами, обработка прерываний, управление различными устройствами компьютера. Организация и основные сигналы микропроцессора КР580ВМ80. Работа микропроцессора с внешними устройствами.

Лекция №12.

Принципы микроэлектронной системо- и схемотехники. Модель микрокомпьютера. Общее устройство модели ЭВМ «Микролаб» КР580ВМ80. Система команд процессора КР580ВМ80. Устройство и работа клавиатуры модели ЭВМ «Микролаб» КР580ВМ80. Организация ввода-вывода в модели ЭВМ «Микролаб» КР580ВМ80.

Лекция №13.

Назначение и основные характеристики ЦАП. ЦАП с использованием сумматора на ОУ и взвешивающих резисторов. ЦАП на ОУ с использованием резисторной матрицы R-2R. ЦАП на основе интегральной микросхемы К572ПА1. Назначение и основные характеристики АЦП. Принцип работы параллельного АЦП.

Лекция №14.

Принцип работы АЦП последовательного типа на основе ЦАП. Преобразователи «напряжение-частота» и «напряжение-время». АЦП с использованием метода двойного интегрирования. АЦП последовательного приближения (метод поразрядного взвешивания).

Лекция №15.

Понятие об автоматических системах контроля и управления. Датчики информации. ЭВМ как управляющее устройство автоматических систем. Организация автоматической системы контроля на модели ЭВМ «Микролаб» КР580ВМ80

Лекция №16.

Основные тенденции развития универсальных микропроцессоров: повышение тактовой частоты, увеличение пропускной способности подсистемы памяти, повышение степени внутреннего параллелизма. Генераторы и формирователи импульсов для устройств ЦТ

Лекция №17

Интегральные схемы как самостоятельный тип электронных приборов. Классификация ИМС. Полупроводниковые ИМС. Пленочные и гибридные ИМС. Большие (БИС) и сверхбольшие (СБИС) интегральные микросхемы.

Лекция №18

Особенности технологии и методы создания БИС и СБИС. Качество ИМС. Способы защиты и надежность ИМС. Имитационные методы оценки надежности параметров ИМС.

Занятие 1.

Знакомство с программой моделирования электрических схем Electronic Workbench 5.12. Условные графические обозначения элементов радиосхем. Библиотека компонентов.

Занятие 2.

Знакомство с основными виртуальными измерительными приборами (функциональный генератор, мультиметр, осциллограф, измеритель характеристик четырехполюсника, генератор слова, логический анализатор) и освоение методов работы с ними.

Занятие 3.

Выполнение виртуальных экспериментов. Методы анализа схем средствами Electronic Workbench (измерение АЧХ и ФЧХ, анализ Фурье, построение временных диаграмм).

РУКОВОДСТВО

к выполнению виртуальных лабораторных работ по микроэлектронике с помощью программы моделирования электрических схем Electronic Workbench 5.12.

Программа Electronic Workbench (электронная лаборатория) является одной из разновидностей систем автоматизированного проектирования. В соответствии с современными тенденциями реализации компьютерных диалоговых систем в ней используется стандартный многооконный интерфейс с разворачивающимися и ниспадающими меню. При запуске программы на экране раскрывается рабочее окно, в котором находится панель управления с системным меню и меню библиотек компонентов, а также поле для размещения моделируемых электрических схем.

Системное меню включает в себя следующие компоненты:

1 File (Файл).

Основные команды этого меню: New (Новый), Open… (Открыть…), Save (Сохранить), Save As… (Сохранить как…), Revent to Saved... (Стирание всех изменений, внесенных в текущем сеансе редактирования), Exit (Выход из программы).

2 Edit (Редактирование).

3 Circuit (Действия).

Используется только при подготовке схем, а также для задания параметров моделирования.

4 Analysis (анализ).

5 Activate – запуск моделирования.

6 Stop – остановка моделирования.

Команды запуска и остановки моделирования могут быть выполнены либо соответствующей командой из меню File, либо нажатием кнопки, которая располагается в правом верхнем углу экрана.

Прерывание моделирования можно осуществить с помощью функциональной клавиши Pause (F9) или путем нажатия кнопки

7 Window (Окно).

8 Help (Помощь).

Основные методы работы в среде EWB

Создание схемы начинается с размещения на рабочем поле EWB компонентов из библиотек программы. Библиотеки компонентов расположены под системным меню. Открыв нужную библиотеку однократным щелчком левой кнопки мыши (ЛКМ), выбираем ЛКМ условное графическое обозначение (УГО) нужного компонента и, не отпуская кнопки, буксируем его на рабочее поле программы, после чего кнопка отпускается.

После размещения всех (либо части) необходимых компонентов схемы на рабочем поле можно приступать к коммутации их выводов. При этом необходимо помнить следующее:

· Во избежание ложных соединений выводы компонентов нельзя соединять друг с другом непосредственно, то есть без использования монтажных проводников и монтажных узлов (коннекторов).

· Располагая коннекторы в нужных местах, можно придать схеме требуемую конфигурацию, используя их как опорные точки проводников.

· К выводу компонента можно подключить только один проводник.

· В каждом узле могут соединяться не более четырех ортогональных проводников.

· В программе EWB монтажные проводники подобно резинкам свободно растягиваются и сжимаются при закрепленных концах, чем можно пользоваться для придания схеме нужной конфигурации.

· Для повышения наглядности отдельные проводники можно выделять цветом. Для этого необходимо двойным щелчком ЛКМ выделить нужный проводник и в появившемся меню выбрать желаемый цвет. Кроме того, если цветной провод подключен ко входу осциллографа или логического анализатора, то и соответствующее изображение сигнала будет иметь тот же цвет.

· Для выполнения соединения курсор мыши подводится к выводу компонента. После появления на острие курсора черного кружка необходимо нажать ЛКМ и протянуть появляющийся проводник к месту электрического соединения (проводнику, коннектору, либо выводу другого компонента) до появления на нем такого же кружка, после чего отпустить кнопку.

· Для устранения ошибочного соединения можно с помощью ЛКМ выделить его конечную точку, «отвести» ее при нажатой кнопке в любое свободное место и отпустить кнопку. С той же целью можно выделить проводник однократным нажатием ЛКМ и удалить его с помощью клавиши «Delete».

· Для перемещения какого‑либо компонента схемы нужно выделить его ЛКМ (при этом он приобретает красный цвет) и отбуксировать в нужное место. Все электрические соединения при этом сохранятся. Если потребуется, можно откорректировать вид схемы буксировкой узлов либо деформацией соединяющего проводника, для чего к участку проводника подводится курсор и при нажатой ЛКМ после появления символа двойной стрелки участок перемещают в направлении, перпендикулярном его первоначальному положению.

· Используемые в программе условные графические обозначения (УГО) компонентов соответствуют американскому стандарту ANSI, который существенно отличается от российского. Для получения дополнительной информации об элементе, УГО которого находится на рабочем поле, необходимо однократным щелчком правой кнопки мыши (ПКМ) по изображению элемента вызвать контекстное меню, а затем выбрать в нем нужный пункт.

Дата добавления: 2014-12-08