Ульяновский государственный технический университет» Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ульяновский государственный технический университет» Схемотехническое моделирование и цифровая обработка сигналов с применением программ Workbench MultiSim и MatLab УГС Электронная техника, радиотехника и связь, направление подготовки Радиотехника Приоритетное направление модернизации и технологического развития экономики России : Перспективные виды вооружения, военной и специальной техники

Цель и задачи программы Целью программы является изучение методов анализа детерминированных и случайных дискретных сигналов, построения математических моделей дискретных систем, а также законов преобразования сигналов в дискретных и цифровых системах, формирование навыков проведения расчетов, связанных с анализом дискретных и цифровых сигналов и систем, а также с преобразованием сигналов в дискретных и цифровых системах, приобретение навыков компьютерного моделирования алгоритмов дискретной и цифровой обработки сигналов. Задачами программы являются: усвоение современных методов анализа, синтеза и расчёта дискретных цепей, а также, методов цифровой обработки сигналов на ЭВМ. Приобретенные знания и навыки необходимы как для грамотной эксплуатации радиотехнической аппаратуры, так и для разработки устройств, связанных с передачей и обработкой сигналов. Программа должна способствовать развитию способностей, умению формулировать и решать задачи изучаемого направления, умению творчески применять и самостоятельно повышать свои знания.

Перечень основных актуальных компетенций инженерных кадров, подлежащих формированию по итогам обучения Способность понимать основные проблемы в своей предметной области, выбирать методы и средства их решения. Готовность определять цели, осуществлять постановку задач проектирования, подготавливать технические задания на выполнение проектных работ. Способность проектировать радиотехнические устройства, приборы, системы и комплексы с учетом заданных требований. Способность выполнять моделирование объектов и процессов с целью анализа и оптимизации их параметров с использованием имеющихся средств исследований, включая стандартные пакеты прикладных программ

Структура программы Программа «Схемотехническое моделирование и цифровая обработка сигналов с применением программ Workbench MultiSim и MatLab» (72 часа) Модуль 1 Методы анализа дискретных цепей (10 часов) Модуль 2 Цифровые фильтры (20 часов) Модуль 3 Адаптивная обработка цифровых сигналов (10 часов) Модуль 4 Схемотехническое моделирование в среде Workbench MultiSim (16 часов) Итоговая аттестация по программе (2 часа) Модуль 5 Схемотехническое моделирование в среде MatLab (16 часов)

Модуль 1 Методы анализа дискретных цепей Раздел 1. Дискретные цепи и сигналы Раздел 2. Формы представления дискретных сигналов Раздел 3. Методы анализа линейных дискретных цепей Лекции Структурная схема цифровой обработки сигналов. Особенности сигналов на разных этапах. Дискретные и цифровые сигналы, их особенности, формы описания. (2 часа) Лекции Формы представления дискретных сигналов. Дискретные последовательности. Z-преобразование, особенности одностороннего Z преобразования. (1 час ) Практические занятие «Представление дискретных сигналов, особенности дискретных последовательностей». «Применение Z-преобразования». (2 часа) Лекции Свертка с импульсной характеристикой. Использование Z-преобразования. (1 часа) Практические занятие «Решение разностных уравнений». «Применение Z-преобразования». (2 часа)

Модуль 2 Цифровые фильтры Раздел 1. Основные параметры и классификация цифровых фильтров Раздел 2. Синтез цифровых фильтров Раздел 3. Эффекты квантования Лекции Классификация и особенности цифровых фильтров. Устойчивость рекурсивных фильтров второго порядка. (2 часа) Лекции Метод инвариантных импульсных характеристик. Метод дискретизации дифференциального уравнения фильтра-прототипа. Метод инвариантных частотных характеристик. (4 часа ) Практические занятие «Применение метода инвариантных импульсных характеристик». «Применение метода дискретизации дифференциального уравнения фильтра-прототипа». (6 часов) Лекции Способы представления чисел в цифровых системах. Форматы с фиксированной и плавающей запятой. Аналитические описание собственных шумов цифровых фильтров. Оптимальное неравномерное квантование. (2 часа) Лабораторные работы «Исследование собственных шумов цифровых фильтров». (2 часа) Практические занятие «Оптимальное неравномерное квантование». (2 часа) Практические занятие «Анализ устойчивости рекурсивных фильтров второго порядка». (2 часа)

Модуль 3 Адаптивная обработка цифровых сигналов Раздел 1. Основы адаптивной обработки сигналов Раздел 2. Градиентный поиск оптимального решения Лекции Основные понятия адаптивной обработки сигналов. Оптимальный дискретный фильтр Винера. (2 часа) Лекции Адаптация в цифровой обработке сигналов, алгоритм LMS. Задача оптимальной фильтрации в цифровой обработке сигналов. Примеры применения адаптивной фильтрации. (2 час ) Практические занятие «Операторы алгоритма LMS». «Адаптивная цифровая обработка сигналов». (2 часа) Практические занятие «Исследование свойств оптимального дискретного фильтра Винера» (2 часа)

Модуль 4 Схемотехническое моделирование в среде Workbench Multisim Раздел 1. Знакомство со средой NI Multisim Раздел 2. Схемотехническая реализация Алгоритмов цифровой обработки сигналов в среде NI Multisim Лекции Основные элементы интерфейса среды NI Multisim. Особенности синтеза схем в среде NI Multisim. Описание схем. Библиотека компонентов. Эмулирование схем в среде NI Multisim и его особенности. (2 часа) Лекции Способы моделирования работы микроконтроллеров и микропроцессоров в среде NI Multisim. Методы синтеза цифровых фильтров на основе микроконтроллеров и микропроцессоров. (2 час ) Лабораторные работы «Синтез цифровых фильтров в среде NI Multisim». (4 часа) Лабораторные работы «Интерфейсом среды NI Multisim». (4 часа)

Модуль 5 Схемотехническое моделирование в среде Matlab Раздел 1. Знакомство с пакетом программ математического моделирования Matlab Раздел 2. Схемотехническая реализация Алгоритмов цифровой обработки сигналов в среде NI Multisim Лекции Структура пакета Matlab. Базовые модули, функции, модели. Интерфейс среды разработки Matlab и его основные элементы. (2 часа) Лекции Особенности графической среды имитационного моделирования Simulink. Компоненты, модели и базовые элементы управления. Методы синтеза цифровых фильтров в среде Matlab/Simulink. (2 час ) Лабораторные работы «Синтез цифровых фильтров в среде Matlab/Simulink». (4 часа) Лабораторные работы «Общие принципы работы в среде Matlab». (4 часа)

Методические рекомендации по изучению тем модулей Программа повышения квалификации «Схемотехническое моделирование и цифровая обработка сигналов с применением программ Workbench MultiSim и MatLab» построена по модульному принципу. Для изучения последующего модуля необходимо освоить материал предыдущего модуля. Предлагаемая последовательность изучения материала позволяет успешно освоить материал программы. Каждый модуль содержит несколько разделов, состоящих из нескольких тем. Теоретический материал каждого модуля закрепляется практическими и/или лабораторными занятиями. Теоретический материал на лекциях дается в двух формах: - лекции проводятся в дистанционной форме. При их проведении слушатели находятся на базовом предприятии, а преподаватель посредством видеоконференцсвязи доводит до слушателей изучаемый материал. Лекции сопровождаются графическими и видеоматериалами с использованием интерактивной доски; - лекции проводится в аудитории, оснащенной доской и компьютером с широкоэкранным телевизором. Практические занятия и лабораторные работы выполняются на оборудовании, указанном в описании соответствующего профессионального модуля. Отчеты по лабораторным работам и отчетные материалы по практическим занятиям могут пересылаться преподавателю по электронной почте. При освоении теоретического материала, а также при выполнении заданий практических занятий и лабораторных работ следует использовать рекомендованную учебно- методическую литературу.

Информационное обеспечение образовательного процесса по профессиональным модулям Основные источники: Умняшкин, С. В. Теоретические основы цифровой обработки и представления сигналов: учеб. пособие для вузов. - М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, с. Сергиенко, А. Б. Цифровая обработка сигналов: учеб. пособие для вузов. - 2-e изд. - СПб. [и др.]: Питер, с. Дополнительные источники: Куприянов М. С. Цифровая обработка сигналов: процессоры, алгоритмы, средства проектирования. - СПб.: Политехника, – 592 с. Солонина А. И. Основы цифровой обработки сигналов: Курс лекций: Учеб. пособие. - СПб.: BHV-Санкт-Петербург, с.: Айфичер Э. С. Цифровая обработка сигналов. Практический подход: пер. с англ. - 2-е изд. - М.: Вильямс, с. Оппенгейм А. В. Цифровая обработка сигналов / пер.с англ. С. А. Кулешова под ред. А. С. Ненашева. - М.: Техносфера, с. Интернет-ресурсы или или pdf

Информационное обеспечение образовательного процесса по профессиональным модулям 4 и 5 Основные источники: Хернитер М.Е. Электронное моделирование в Multisim. – М.: ДМК Пресс, – 488 с. Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника. – СПб.: БХВ-Петербург, – 524 с Интернет- ресурсы Новиков Ю. В. Основы цифровой схемотехники. Базовые элементы и схемы. Методы проектирования. М.: Мир, с. Дополнительные источники: Черных И. В. Моделирование электротехнических устройств в MATLAB, SimPowerSystems и Simulink. - М.: ДМК Пресс; СПб.: Питер, с. Хернитер М.Е. Multisim 7: современная система компьютерного моделирования и анализа схем электронных устройств. – М.: ДМК Пресс, – 492 с. Поршнев С.В. MATLAB 7. Основы работы и программирования. Учебник. М.: Бином. Лаборатория знаний, 2006,-320 стр. Интернет-ресурсы

Контрольно-измерительные материалы Входной контроль по программе осуществляется в форме собеседования, позволяющего оценить уровень освоения слушателями следующих компетенций: - способность представлять адекватную современному уровню знаний научную картину мира на основе знания основных положений, законов и методов естественных наук и математики; - способность осуществлять сбор и анализ исходных данных для расчета и проектирования деталей, узлов и устройств радиотехнических систем; - готовность выполнять расчет и проектирование деталей, узлов и устройств радиотехнических систем в соответствии с техническим заданием с использованием средств автоматизации проектирования. По результатам входного контроля определяется готовность и способность слушателей к восприятию материала программы. Текущий контроль по профессиональным модулям осуществляется по результатам защиты отчетов по лабораторным работам и/или устного опроса по результатам выполнения заданий практических занятий соответствующего модуля. Итоговый контроль по каждому профессиональному модулю проводится в форме зачета по контрольно измерительным материалам.

Программа стажировки Целью стажировки является ознакомление с инфраструктурой, способной решать задачи стоящие перед высокотехнологичными отраслями промышленности Задачами стажировки являются: - ознакомление с целями и задачами Инжинирингового центра Ульяновского государственного технического университета; - ознакомление с деятельностью подразделений, входящих в Инжиниринговый центр Ульяновского государственного технического университета; изучение лучших практик в области цифровой обработки сигналов и схемотехнического моделирования с использованием современных программных сред, применяемых в специальной технике. Лица, поступающие на стажировку, должны успешно окончить программу повышения квалификации «Схемотехническое моделирование и цифровая обработка сигналов с применением программ Workbench MultiSim и MatLab» а также обладать следующими компетенциями для освоения программы стажировки: - способность понимать основные проблемы в своей предметной области, выбирать методы и средства их решения; - готовность определять цели, осуществлять постановку задач проектирования, подготавливать технические задания на выполнение проектных работ; - способность проектировать радиотехнические устройства, приборы, системы и комплексы с учетом заданных требований; - способность выполнять моделирование объектов и процессов с целью анализа и оптимизации их параметров с использованием имеющихся средств исследований, включая стандартные пакеты прикладных программ.

Основные виды деятельности, формы организации работы стажирующихся Ознакомление с Инжиниринговым центром Ульяновского государственного технического университета - знакомство со структурными подразделениями Инжинирингового центра Ульяновского государственного технического университета; - ознакомление с рабочими местами; - беседы с сотрудниками Инжинирингового центра Ульяновского государственного технического университета; - анализ работ, выполняемых на оборудовании. Работа на оборудовании: - разработка алгоритмов цифровой обработки сигналов, применяемых в специальной технике, по исходному заданию с учетом заданных ограничений; - проведение математического и схемотехнического моделирования разработанных алгоритмов в среде Workbench MultiSim и/или MatLab»; - проведение оптимизации и адаптации алгоритмов и схемотехнической реализации специализированной цифровой обработки сигналов. Оформление результатов работы: - формирование выходных данных в виде файлов заданных форматов; - оформление отчетов по проделанной работе и программе стажировки. Формы проведения стажировки: - экскурсии; - выполнение заданий по стажировке на рабочем месте.

Примерная тематика аттестационных заданий по стажировке Разработка трансверсальных, рекурсивных, канонических цифровых фильтры и их исследование с использованием среды Workbench MultiSim и MatLab. Синтез и сравнительный анализ цифровых фильтров методами инвариантных импульсных характеристик и дискретизации дифференциального уравнения фильтра-прототипа, их исследование. Синтез и сравнительный анализ линейных цифровых фильтров методами дискретизации дифференциального уравнения фильтра-прототипа и инвариантных частотных характеристик, их исследование. Синтез оптимального дискретного фильтра Винера и его исследование в среде MatLab. Образовательные результаты Получение представлений об инфраструктуре, способной решать задачи стоящие перед высокотехнологичными отраслями промышленности. - Освоение методик лучших практик в области цифровой обработки сигналов и схемотехнического моделирования с использованием современных программных сред, применяемых в специальной технике.