Využití mikroprocesorů ve fyzikálním experimentu - NPRF007

• Anglický název: Application of Microprocessors in Physical Experiments
• Zajišťuje: Fyzikální ústav UK (32-FUUK)
• Fakulta: Matematicko-fyzikální fakulta
• Platnost: od 2022
• Semestr: oba
• E-Kredity: 3
• Rozsah, examinace: 2/0, Zk [HT]
• Počet míst: neomezen
• Minimální obsazenost: neomezen
• 4EU+: ne
• Virtuální mobilita / počet míst pro virtuální mobilitu: ne
• Stav předmětu: zrušen
• Jazyk výuky: čeština
• Způsob výuky: prezenční
• Způsob výuky: prezenční
• Poznámka: předmět lze zapsat v ZS i LS
• Garant: doc. Ing. Petr Praus, CSc.
• Kategorizace předmětu: Fyzika > Matematika pro fyziky
• Je korekvizitou pro: NPRF008

Anotace

čeština

Poslední úprava: T_FUUK (29.04.2004)

Základy měřicích elektronických obvodů, elektrické převodníky fyzikálních veličin a akční prvky, měření a zpracování elektrického signálu, principy inteligentních měřicích přístrojů ve fyzikálním experimentu

angličtina

Poslední úprava: T_FUUK (29.04.2004)

Fundamental principles of the electronic measuring circuits, electrical transducers in physics, measurement of the electrical signal and its processing, principles of intelligent measurement devices in experimental physics.

Literatura

Poslední úprava: T_FUUK (29.04.2004)

W. L. Faisler, Introduction to Modern Electronics, J.Wiley (1991)

F. W. Hughes, Digital Electronics, Theory and experimentation, Prentice Hall (1986)

J.Horák, Hardware učebnice pro pokročilé, ComputerPress (2002)

R.J. Higgins, Digital Signal Processing in VLSI, Prentice Hall (1990)

Sylabus

čeština

Poslední úprava: T_FUUK (29.04.2004)

1. Základy elektrických obvodů
Lineární elektrické obvody. Pasivní a aktivní obvodové prvky. Obvody s diskrétními polovodičovými elektronickými součástkami

2. Převodníky fyzikálních veličin a akční prvky.
Detektory optického záření (princip CCD detektorů, fotodiody a fotonásobiče s podrobnějším rozborem jejich aplikací v optické spektroskopii), snímače teploty (termočlánky, odporové, polovodičové senzory), měření tlaku plynů, převodníky napětí/frekvence, lineární transformační převodník polohy LVDT, senzory síly, vlhkosti, průtoku, hladiny, čidla pro chemickou analýzu a detekci chemických látek.

Elektronické spínací prvky (tyristor, triak, polovodičová relé pro spínání výkonu se zpětným přenosem informace), krokové motory, elektromagnetické ventily.

3. Zpracování elektrického signálu a měřicí obvody.
Zásady měření, spínání a vedení elektrických signálů, spojitý a diskrétní signál, filtrace signálu, zpracování analogového elektrického signálu. Operační zesilovače (princip, různé typy zapojení a přehled typů vhodných pro jednotlivé aplikace), princip komparátoru a vzorkovacích obvodů (sample/hold, track/hold), převodníky napětí/proud, přesné zdroje napětí a proudu, princip aktivních filtrů.

Základní principy logických obvodů, registry, čítače, paměti.

Generátory funkcí (analogové a s digitální syntézou kmitočtu), digitálně programovatelné zesilovače, digitální potenciometry, bezkontaktní spínání (analogové multiplexery, polovodičová relé pro spínání malých signálů, princip synchronní detekce signálu, Lock-In zesilovač, digitalizace elektrického signálu, princip funkce a zapojení různých typů Analogově/Digitálních a Digitálně/Analogových převodníků, jejich základní charakteristiky.

4. Architektura osobního počítače.
Základní charakteristika architektury počítače typu PC, struktura a popis vnitřní komunikace. Architektura CPU (typy mikroprocesorů), typy pamětí (přehled), vstupních/výstupní obvody. Standardní PC rozhraní pro sériovou a paralelní komunikaci (PIO, Centronics, USB, Firewire, IEEE-488, RS 232-C, RS 422, RS 485 a.p.) a lokální počítačová síť ve fyzikální laboratoři.

5. Inteligentní měřicí přístroje.
Inteligentní měřící přístroje a regulátory s vestavěným mikropočítačem a jejich komunikační rozhraní. Přehled a vysvětlení funkcí vsuvných měřicích karet do PCI a ISA sběrnice, určených pro sběr dat a řízení procesů, způsoby jejich použití.

Výuka je doplněna praktickými ukázkami využití mikropočítačové a inteligentní měřící a regulační techniky v laboratořích fakulty.

angličtina

Poslední úprava: T_FUUK (29.04.2004)

1. Basics of the Electrical Circuits

Linear electrical circuits. Passive and active components. circuits based on discrete semiconductor components.

2. Transducers and Actuators in Physical Laboratory.
Optical detectors (CCD principles, photodiodes and photomultipliers, their applications in optical spectroscopy), temperature sensing (thermocouples, resistors, semiconductor sensors), gas pressure, voltage/frequency converter, linear variable transformer, force,flow and chemical sensors.

Switching elements (thyristors and semiconductor relays), stepping motors and electromagnetic valves.

3. Electrical signal treatment and measuring circuits.
Measuring and switching of the electrical signals, continuous and discrete signal, signal filtering, analog signal treatment. Operational amplifiers (principles, various circuitry for different applications), comparator, sampling circuits (sample/hold, track/hold), V/I converters, V and I reference sources, active filters.

Fundamental principles of digital circuits, registers, counters, memory.

Function generators (analog and digital frequency synthesis), digitally programable amplifiers and potentiometers, small signals switching, synchronous signal detection, Lock-In amplifier, signal digitization, principles and basic circuitry of different types of A/D and D/A converters

4. Personal computer architecture.
PC basic architecture, its internal communication, CPU architecture (microprocessor types), memory types (overview), input/output circuits, standard serial and parallel interfaces (PIO, Centronics, USB, Firewire, IEEE-488, RS 232-C, RS 422, RS 485 etc.), local network in physical laboratory.

5. Intelligent measuring instruments.
Microcomputer based intelligent measuring instruments and regulators and their interfacing. Data acquisition and process control PCI and ISA plug-in boards.

A practical demonstration of intelligent measuring and regulation instruments will be held in the faculty labs.