CC BY
86
налов и согласованной фильтрации. Как не минимальной длины волны, которая мо-правило, расстояние между отдельными жет использоваться для зондирования. элементами ФАР выбирают равным полови-Литература
1. Муякшин С.И., Штернов А.А. Функциональные модули в стандарте NI SCXI для ультразвуковых контрольно-измерительных систем // Образовательные, научные и инженерные приложения в среде LabVIEW и технологии National Instruments: Сб. тр. Междунар. научн.-практич. конф. - М.: РУДН, 2007.
- С.51-58.
2. Трэвис Дж., Кринг Дж. LabVIEW для всех. - М.: ДМК Пресс, 2008. - 880 С.
3. Дистанционное зондирование в метеорологии, океанографии и гидрологии/ Под ред. Крэнкелла.
- М.: Мир, 1984.
4. Клей К., Медвин Г. Акустическая океанография: основы и применения. - М.: Мир, 1984.
5. Вендик О.Г., Парнес М.Д. Антенны с электрическим сканированием (Введение в теорию)/Под ред.чл.-корр.РАН Л. Д.Бахраха. - М.:Сайнс-Пресс, 2002. - 232 с.
УДК 004.94
УЧЕБНО-НАУЧНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО АВТОМАТИЗАЦИИ ЭКСПЕРИМЕНТОВ КАФЕДРЫ ФИЗИКИ КОНДЕНСИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ
М.И. Малето, в.н.с.
Е.Ф. Певцов, доц., А. С. Сигов, чл.-корр. РАН, зав. каф.
Кафедра Физики конденсированного состояния
Тел.: (495)-433-00-44; E-mail:[email protected] Московский государственный институт радиотехники электроники и автоматики
(технический университет) http://www.eks.fel.mirea.ru
The article summarizes condensed state physics Department of Moscow State Institute of Radioengineering, Electronics & Automation (Technical University) research team experience in introducing the concept of virtual devices in the systems of data collecting and processing in the practical course of physical experiments automation. As a special feature of this educational method, the knowledge in Laboratory Virtual Instrument Engineering acquired by students during studying of this basic discipline is being used in practical research. Examples of the research projects are the following: ferroelectric physics research, CCD final inspection, and medical physiology research. These researches were supported by Federal Educational Agency (project 2.2.1.1/2411).
В статье обобщен опыт работы кафедры Физики конденсированного состояния Московского государственного института радиотехники, электроники и автоматики (МИРЭА) по внедрению концепции виртуальных приборов в системах сбора и обработки данных в практикуме по автоматизации физического эксперимента. Особенность методики обучения заключается в том, что знания, приобретенные при изучении этой базовой дисциплины, применяются затем для закрепления умений и навыков при выполнении реальных научно-исследовательских проектов. Приведены примеры таких разработок в исследованиях физики сегнетоэлектриков, в выходном контроле CCD и в медико-физиологических исследованиях. Работа выполнена при поддержке Федерального агентства по образованию (проект №2.2.1.1/2411).
Ключевые слова: системы сбора и обработки данных, виртуальные приборы, комплекс оборудования для исследований сегнетоэлектрических пленок.
Keywords: Data collecting systems, Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench, Multifunctional measuring system for investigation of ferroelectric thin films.
Введение
В настоящее время рынок средств измерений насыщен большим количеством приборов с встроенными интерфейсами, универсальными и специализированными платами, устройствами и модулями ввода-вывода, позволяющими оперативно решать задачи создания контрольно-измерительного оборудования с характеристиками, определяемыми пользователями, и интегрированного в компьютерные системы функционального моделирования и обработки данных. Признанным мировым лидером в этой сфере является фирма National Instruments [1], чьи разработки де-факто стали стандартами в области аппаратного и программного обеспечения научно-технических исследований.
Определяющим фактором успешного продвижения продукции этой фирмы на рынке было создание специализированного пакета программных средств LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench). Дело в том, что, как и для многих процессов современной техники, при разработке информационно-измерительных систем и комплексов для экспериментальных исследований характерной проблемой является недостаточный рост производительности проектирования по отношению к объему и сложности решаемых задач (см., например, [2]). Преодоление этого «технологического разрыва» возможно только на основе повышения уровней абстракции разработок, что обусловливает создание, постоянное
развитие и совершенствование соответствующих систем автоматизированного проектирования (САПР). Комплекс программных средств LabVIEW вместе со встроенным в него языком графического программирования (язык G) является одним из наиболее ярких и успешных примеров таких специализированных САПР.
Среди отличительных характеристик LabVIEW можно отметить следующие. Среда проектирования является полнофункциональной и имеет высокий уровень абстракции, который позволяет вести разработки измерительных систем из блок-схемы алгоритма, пользуясь диаграммами, отображающими потоки данных. Пакет является полностью открытым и позволяет встраивать модули, разработанные на других языках, в том числе и модули ActiveX, а также использовать библиотеки DLL. Поддерживаются все современные протоколы обмена данными между приложениями. Разработчикам предлагается большой набор готовых решений и примеров задач сбора и анализа сигналов в системах, интегрированных с персональным компьютером в виде самых разнообразных виртуальных приборов (ВП). Работа виртуальных приборов, созданных в LabVIEW, основана на принципах потокового программирования, что позволяет использовать их не только для управления системами сбора данных, но и для анализа и верификации функционального поведения сложных информационно-измерительных систем.
Обучение решению задач автоматизации технических и научных экспериментов, а также мониторинга физико-технологических процессов является необходимой компонентой подготовки инженеров и исследователей в области физики твердого тела и современной твердотельной электроники.
Следует отметить, что МИРЭА был одним из первых российских университетов, заметивших перспективность комплексного подхода компании National Instruments к созданию автоматизированных систем сбора и обработки данных для научных исследований. Переговоры с целью организации сотрудничества были инициированы руководством Университета еще в конце 80-х гг. В настоящее время Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный институт радиотехники электроники и автоматики» (МИРЭА) является официальным партнером National Instruments. На базе кафедры Информационных систем под руководством профессора В.К. Батоврина создан специализированный учебный центр [3].
Данная работа обобщает многолетний опыт коллектива преподавателей и сотрудников кафедры Физики конденсированного
состояния МИРЭА по обучению основам автоматизации физического эксперимента с использованием LabVIEW и использованию полученных знаний для закрепления умений и навыков при выполнении реальных проектов. Работа выполнена при поддержке Федерального агентства по образованию (проект №2.2.1.1/2411).
1. Постановка задачи
Учебные планы выпускающей кафедры Физики конденсированного состояния ориентированы на комплексную подготовку по специальностям «Микроэлектроника и твердотельная электроника» и «Нанотехноло-гии в электронике» (факультет Электроники, направление «Электроника и микроэлектроника»). Выпускники кафедры должны иметь знания, навыки и умения, достаточные для проведения на современном уровне исследований наноструктур, активных диэлектрических и магнитных материалов и для разработки на их основе новых устройств микро- и нано-электроники.
Соответственно, одной из задач решаемых кафедрой, является обучение методам построения и использования информационно-измерительных систем в соответствующей предметной области.
Кроме стандартных измерительных приборов и регулярно обновляемого лицензионного программного обеспечения LabVIEW, материально-техническую базу практикума составляют:
1) платы NI GBIB для организации интерфейса канала общего пользования со стандартными измерительными средствами;
2) комплекты оборудования NI ELVIS (The National Instruments Educational Laboratory Virtual Instrumentation Suite), представляющие собой специализированные лабораторные установки с платой прототи-пирования и встроенным набором инструментов для контроля характеристик и анализа электронных схем;
3) специализированные модули сбора и анализа данных NI DAC. Дополнительно практикум оснащен макетами оборудования для обучения основам проектирования систем с микроконтроллерами семейств AVR [4], Cypress [5], STMicroelrcrtoincs [6], циф-
ровыми сигнальными процессорами ADSP [7] и программируемыми логическими интегральными схемами XILINX [8]. Базу этого специального оборудования составляют KIT-модули, рекомендованные фирмами-производителями, а также оригинальные макеты плат и учебных стендов собственной разработки.
2. Реализация методики
2.1. Изучение программного пакета LabVIEW в рамках базового курса по автоматизации физического эксперимента
В соответствии с учебными планами факультета Электроники МИРЭА дисциплина «Автоматизации физического эксперимента» изучается в рамках вузовского компонента общепрофессиональных предметов VIII-IX семестров. Общий объем лекций, практических и лабораторных работ не превышает 68 часов. Основные задачи курса:
- подготовить специалистов, владеющих практическими навыками применения современных программных пакетов для разработки систем сбора и обработки данных;
- дать студентам знания в области автоматизации экспериментальных исследований как одной из комплексных технических дисциплин, опирающейся на современные информационные технологии в области разработки схем и средств измерения и сбора и обработки данных;
- привить практические навыки разработки и применения систем сбора и обработки данных на основе компьютеров, микропроцессоров и микроконтроллеров, а также по взаимодействию вычислительной техники со средствами измерений;
- научить студентов использовать информационные ресурсы, необходимые при создании и эксплуатации систем сбора и обработки данных.
Одной из компонент обучения в данной дисциплине является выполнение комплекса лабораторных работ, ориентированных на усвоение базовых знаний по LabVIEW. Перечень основных заданий практикума приведен в таблице. Материал построен по возрастающей сложности заданий и затрагивает вопросы изучения среды программирования LabVIEW и языка G, разработки виртуальных приборов для изучения реальных объектов на основе разработанных слушателями программ и лабораторной установки NI ELVIS, а также специальные разделы, посвященные сопряжению внешних устройств с персональным компьютером и обработки полученных данных средствами LabVIEW.
При выполнении работ студентам рекомендовано в основном пользоваться справочными пособиями [9 и 10], а в части специальных разделов по сопряжению с внешними приборами - материалами базового
курса [11]. Часть работ являются факульта- по цифровой схемотехнике и современным тивными и выполняются студентами, же- средствам цифровой обработки сигналов. лающими получить более глубокие знания
Таблица
Перечень основных заданий лабораторного практикума по автоматизации
физического эксперимента
№ п.п. Наименование работы Цель работы Кол. час.
Обязательные задания практикума
1. Основные элементы про-граммно-инструмента-льной среды LabVIEW. Изучить, что понимается под терминами «графический язык программирования» и «программирование потока данных», познакомиться с рабочей средой программирования на языке G и изучить основные приемы разработки виртуальных приборов в LabVIEW. 4
2. Циклы, структуры, кластеры в языке G. Функции работы с массивами, строками и файлами. Изучить встроенные структуры повторений, функции работы с массивами, понять концепцию полиморфизма, научиться использовать кластеры, разделять и объединять их; изучить особенности работы с разными форматами представления данных и строковыми переменными; научиться сохранять данные экспериментов в файл и читать их из файлов. 16
3. Организация ввода и вывода данных с помощью лабораторного модуля NI ELVIS. Изучить общие принципы конфигурирования систем сбора данных с помощью аппаратуры NI, ознакомиться с возможностями и получить навыки работы с лабораторным модулем NI ELVIS: научиться работать с цифровым муль-тиметром, осциллографом, генератором функций, регулируемыми источниками питания, измерителем частотной и фазовой характеристик, анализатором спектра. 4
4. Типовые схемы на основе операционных усилителей. Изучить типовые варианты различных схем с операционными усилителями для разработки измерительных преобразователей сигналов от датчиков и сенсоров различного типа, исследовать их характеристики с помощью лабораторного модуля NI ELVIS. 4
5. Функции LabVIEW по обработке сигналов. Изучить типовые функции LabVIEW по генерации, вводу и обработке данных. 8
6. Ввод и вывод данных при работе с последовательными портами. Изучить интерфейсы ввода-вывода данных по последовательному порту и приобрести навыки программирования обмена данными по последовательному порту в среде LabVIEW. 8
7. Ввод и вывод данных при работе с каналом общего пользования (интерфейс GPIB). Изучить интерфейс общего пользования для ввода вывода данных и приобрести навыки программирования интерфейса канала общего пользования в среде LabVIEW. 8
Дополнительные задания
8. Основы проектирования систем с микроконтроллерами. Изучить основы применения систем с микроконтроллерами для автоматизации экспериментальных исследований. 8
9. Основы проектирования систем с программируемыми логическими интегральными схемами (ПЛИС). Изучить основы применения систем с ПЛИС для автоматизации экспериментальных исследований. 8
10. Основы проектирования систем с цифровыми сигнальными процессорами (ЦСП). Изучить основы применения систем с ЦСП для автоматизации экспериментальных исследований. 8
2.2. Применение программного пакета LabVIEW в специальных практикумах и в курсовом проектировании
После успешного изучения базового курса LabVIEW и для закрепления навыков работы студентам предлагается выполнить специальные задания и курсовые проекты по ряду смежных дисциплин кафедры. При этом основу обучения составляет принцип практического решения реальных задач. Обучающиеся должны самостоятельно выполнить анализ задачи, сформулировать технические требования к разработке систем
сбора и обработки данных и реализовать свои проекты на имеющейся в их распоряжении аппаратно-программной базе.
Характерным примером такой работы служит разработка виртуального прибора для лабораторной работы по определению ширины запрещенной зоны собственного полупроводника по температурной зависимости сопротивления. Работа выполняется в рамках практикумов по физике твердого тела и физике диэлектриков и носит комплексный характер. По нарастающей сложности заданий с использованием стандарт-
ных измерительных средств и интерфейса RS-232 предлагается автоматизировать контроль температуры образцов, считывать данные с цифрового осциллографа, управлять балансом измерительного моста сопротивлений.
Пример более сложной работы - универсальная плата ввода-вывода аналоговых и цифровых сигналов, предназначенная для выполнения комплексных исследований на базе ПК и виртуальных приборов [12]. Внешний вид платы представлен на рис. 1.
На основе интегральной схемы CPLD XILINX и в соответствии с протоколом обмена интерфейса ISA на плате смонтирована схема дешифрации базового адреса (230h), позволяющая организовать по 3 младшим разрядам шины адреса доступ к 8 адресам по чтению и 8 адресам по записи. Обмен данными производится по 8-разрядной буферированной шине. В качестве внешних устройств на плате размещены программируемый 3- регистровый 8- разрядный цифровой порт ввода-вывода данных, 10- разрядный АЦП и 4- канальный 10- разрядный ЦАП. Обращение к необходимому устройству на плате и реализация его функций осуществляются передачей сигналов управления шины IOR, IOW, AEN, RESET. Через внешний разъем к плате подключаются внешние устройства, позволяющие перестраивать функциональное назначение экспериментального комплекса: кнопки, свето-излучающие диоды, источники аналогового сигнала, исследуемые приборы, усилитель звукового сигнала. В рамках данной работы группой студентов разработана оригинальная программа, обеспечивающая синхронизацию виртуального прибора с реальным временем и возможность оцифровки сигнала с частотой до нескольких мегагерц, а также вывода аналогового сигнала с частотой, определяемой тактовой частотой работы процессора.
Демонстрация возможностей выполненной платы реализована на примерах следующих учебных экспериментов: 1) ввод-вывод цифровых данных переключателей и световых индикаторов; 2) задание квазигармонического сигнала и воспроизведение простейших мелодий на основе синхронизации от тактовой частоты процессора и канонического соотношения соседних частот музыкальной шкалы (в 12-ступечатой шкале -примерно 2112); 3) спектральный анализ сигналов; 4) измерение вольт-амперных характеристик диодов и стабилитронов. Пример
соответствующего программного модуля для этой реализации ВП приведен на рис. 2, а результаты измерений иллюстрирует рис. 3.
Другой пример - разработка макета стенда для контроля и анализа вольт-фарадных характеристик полупроводниковых и диэлектрических структур, выполненная студентами в рамках лабораторных практикумов по физике диэлектриков и методам исследования материалов и структур электроники. Диэлектрические характеристики измеряются при помощи стандартных измерителей иммитанса Е7-12, Е7-14, LCR-819 и модулей интерфейса с GPIB и RS-232. Развертка напряжения задается от встроенных и внешних источников в диапазоне ±200 В. Разработанный виртуальный прибор позволяет проводить исследования методами диэлектрической спектроскопии в диапазоне частот от 100Гц до 100МГц. Эта работа нашла применение не только для измерений емкости p-n переходов и характеристик МОП-структур лабораторного практикума, но и в научных исследованиях, выполняемых на кафедре. В частности, на основании измерений диэлектрических характеристик были изучены эффекты влияния переходных слоев на свойства структур с сегнето-электрическими пленками, предназначенными для инфракрасных приемников и элементов энергонезависимой памяти. По виду зависимости 1/С2 от приложенного напряжения определены параметры модели переходных слоев с барьерами Шоттки [13]. Пример интерфейса ВП с результатами измерений вольт-фарадных характеристик образца пленки цирконата титаната свинца приведен на рис. 4.
2.3. Аппаратно-программные средства National Instruments в дипломном проектировании и в научных исследованиях
Завершающим этапом обучения основам автоматизации физического эксперимента служит применение полученных знаний, умений и навыков на практике при решении задач, имеющих самостоятельное научно-техническое значение. Приведенные ниже примеры разработок, выполненных дипломниками и аспирантами кафедры, служат иллюстрацией эффективности предложенной методики обучения. Одним из примеров успешных дипломных работ служит разработка макета измерительного комплекса для исследований характеристик структур с сегне-тоэлектрическими тонкими пленками.
Поскольку сегнетоэлектрики широко применяются в настоящее время для разработок целого ряда новых приборов микро- и нано-электроники, актуальной становится задача создания комплекса измерительного оборудования для изучения их электрофизических свойств [14].
Применение аппаратно-программных средств компании National Instruments позволило оперативно и с относительно малыми затратами создать комплекс соответствующего измерительного оборудования, который можно быстро перестраивать для обеспечения требуемых функциональных характеристик.
Комплекс аппаратуры включает как стандартизованные измерительные средства, так и встраиваемые платы, что позволяет проводить измерения вольт-фарадных, вольт-амперных, P-E (поляризованность - внешнее электрическое поле) и I-E (ток переключения поляризации - внешнее поле) характеристик, пироэлектрических коэффициентов в структурах с сегнетоэлектрическими, пироэлектрическими и диэлектрическими тонкими пленками.
Нормированные метрологические характеристики комплекса обеспечиваются применением стандартных измерительных средств, соединенных с компьютером с помощью приборного бит-параллельного и байт-последовательного интерфейса обмена данными и сигналами управления. Для реализации интерфейса применяется плата PCI GPIB и соответствующие программные модули Lab VIEW. Для задания режимов измерения и развертки прикладываемого к образцам напряжения применяются платы расширения шин ISA и PCI, содержащие АЦП и ЦАП, а также внешние приборы: генераторы сигналов и блоки питания, управляемые через USB, COM или LPT-порты ПК.
Подробно методики измерений структур на основе сегнетоэлектрических пленок цирконата-титаната свинца (ЦТС) приведены в [15]. Особенностью данного измерительного комплекса являются открытость архитектуры и простота программирования.
Метрологические характеристики комплекса:
•измерение пироэлектрических характеристик методом низкочастотной модуляции температуры (период модуляции температуры задается в пределах от 0,1 до 50 с, амплитуда 1 ...5°С, предел чувствительности по току 10-12 А, относительная погрешность измерений пироэлектрического коэффициента не более 20%);
• наблюдение и регистрация сегнетоэлек-
трического гистерезиса с выделением заряда переключения поляризации за счет вычитания заряда дифференциальной емкости неполяризо-ванного конденсатора (диапазон напряжений -200...+200В, частота развертки 0,01...10кГц, эталонная емкость 10... 100 нФ, погрешность измерений поляризации не более 10%);
• определение значения остаточной поляризации по токам переключения при воздействии на образец последовательности из двух пар раз-нополярных импульсов электрического напряжения (диапазон напряжений переключения -15...+15В, время нарастания импульса не более 0,1мкс, максимальная частота 500кГц, погрешность измерения поляризации не более 30%);
• измерения диэлектрических характеристик пленок при произвольно программируемой форме развертки приложенного к образцу напряжения (диапазон напряжения развертки до 200В, тестовый сигнал с амплитудой 100 мВ на частотах от 100 Гц до 100 МГц, погрешность измерения емкости и тангенса диэлектрических потерь не более 0,1%);
• измерения в том же диапазоне напряжений статических токов утечки и вольт-амперных характеристик (чувствительность по току 10-14 А, погрешность измерения не более 20%).
На рис. 5 представлен фрагмент программного кода на языке G, реализующий ВП для наблюдения и регистрации характеристик переключения поляризации.
Пример интерфейса ВП и результаты измерений петель сегнетоэлектрического гистерезиса приведены на рис. 6.
Функциональная схема комплекса для исследований пироэлектрических свойств представлена на рис. 7.
Для измерений пироэлектрического коэффициента используется метод низкочастотной модуляции температуры образцов. В этой конфигурации цифровой генератор сигналов, выполненный на базе модуля ЦАП платы PCI-6024E, и буферный усилитель тока задают режим температурной модуляции элемента Пельтье. USB модуль сбора данных NI USB-9211 используется для получения сигнала термопары. Пироэлектрический ток короткого замыкания регистрируется электрометрическим вольтметром В7-Э42, аналоговый выход которого подключен также к модулю АЦП.
Практическая значимость выполненной разработки состоит в том, что она позволила получить новые данные о численных характеристиках связи между состоянием поляризации сегнетоэлектрической пленки и пироэлектрическим коэффициентом [15].
На рис.8 приведен пример типичного семейства модулированных пироэлектрических токов при разных значениях остаточной поляризации. Эти результаты имеют важное прикладное значение, так как подтверждают перспективность применения
сегнетоэлектрических тонких пленок как сред с перестраиваемыми характеристиками в микроэлектронных устройствах преобразования данных.
Вторым примером успешного дипломного проекта служит разработка специализированного оборудования для контроля динамических параметров приборов с зарядовой связью (ПЗС), преобразующих видимое и/или инфракрасное излучение в электрические сигналы. Основные характеристики стенда контроля ПЗС:
- количество каналов с перестраиваемыми импульсными уровнями напряжения - 16;
- количество каналов с перестраиваемыми постоянными уровнями напряжения - 12;
- диапазон перестраиваемых верхних уровней напряжения от +2 до +20 В;
- диапазон перестраиваемых нижних уровней напряжения от -8 до +10 В;
- диапазон перестраиваемых постоянных уровней напряжения от -8 до +20 В;
- значение дискретного шага изменения уровней по всем каналам не более 0,1 В;
- максимальная частота вывода выходных сигналов от ПЗС - 10 МГц;
- 8-разрядное преобразование выходного сигнала с буферной памятью на 256 кБ.
Управление работой всей системы выполняется виртуальным прибором, осуществляющим связь с программным автоматом, реализованным на программируемой логике, микроконтроллерах и микропроцессорах цифровой обработки сигналов. Использование языка О и среды проектирования ЬаЬ-VIEW позволило существенно сократить сроки разработки и создать комплект оборудования для обеспечения технологического и выходного контроля. Кроме того, удобный интерфейс позволяет управлять уровнями входных сигналов, тактовой диаграммой работы ПЗС, что дает возможность вести исследования разных схемотехнических решений, режимов работы, методик и алгоритмов преобразования и обработки сигнала [16].
Длительная эксплуатация разработанного оборудования в условиях реального производства ФГУПП НПП «Пульсар» показала его высокую производительность и надежность. Работа получила высокую оценку разработчиков и технологов ПЗС.
Следующий пример относится к области создания специализированного оборудования для медико-биологических исследований. В рамках договора о научно-техническом сотрудничестве с ГУ «НИИ нормальной физиологии им. П.К.Анохина РАМН» студентами и сотрудниками кафедры разработан экспериментальный макет стенда для изучения стрессовых реакций
животных (крыс, мышей, хомячков) в ответ на предъявление интенсивного звукового сигнала. Интерфейс для управления работой стенда также представляет собой виртуальный прибор, реализованный средствами LabVIEW и осуществляющий программирование порядка следования звуковых импульсов их амплитуды (80... 125 дБ) и длительности (1... 100 мс), а также измерения реакции животных (0,01.2 Н). Работой стенда управляют микроконтроллеры, образующие вместе с АЦП и усилителями звукового сигнала систему сбора и обработки данных, соединенную с ПК по последовательным каналам.
Разработанное оборудование позволяет оценивать величину реакции и скорость ее возникновения - неврологические показатели, которые изменяются при различных патологических состояниях нервной системы, в частности, при болезни Паркинсона, эпилепсии, болезни детского застывания (стартл-болезнь), детской гиперактивности с дефицитом внимания, болезни Альцгеймера, шизофрении. Программное обеспечение и интерфейс ВП также позволяет оценивать неассоциативную форму обучения - привыкание, которое развивается при повторном предъявлении звуковых стимулов. Аналогичные установки широко используются в нейрофизиологических лабораториях в фундаментальных исследованиях причин указанных заболеваний и при тестировании потенциальных психотропных соединений. Кроме существенно меньшей цены, отличием данной установки от дорогостоящих зарубежных аналогов - продукции фирм Coul-burn, Columbus Instruments (США) [17] и TSE (Германия) [18] является возможность регистрировать показатели реакции у сво-бодноподвижного животного.
Выводы
Обобщение многолетнего опыта работы кафедры привело к созданию комплексной методики обучения основам проектирования информационно-измерительных систем для научных исследований.
Особенностью методики является то, что необходимые знания приобретаются слушателями в ходе изучения базового курса по дисциплине «Автоматизация физического эксперимента», а умения и навыки закрепляются при выполнении курсовых проектов по смежным дисциплинам кафедры. Индикатором качества обучения и критерием успеха служит решение конкретных задач в рамках научных исследований и дипломного проектирования.
Изложенные выше примеры технических решений, базирующихся на идеологии разработки виртуальных средств в базисе инструментария LabVIEW для построения систем управления экспериментами, сбора и обработки данных в исследованиях по физике сегне-Литература
1. http://www.ni.com/
2. Рабаи Жан М., Чандракасан Ананата, Николич Боривож. Цифровые интегральные схемы/ Пер. с англ. - М.: «Вильямс», 2007. - 912 с.
3. Батоврин В.К., Бессонов А.С., Мошкин В.В., Петров А.Б., Сигов А.С. Информационное обеспечение в подготовке специалистов с использованием виртуальной лаборатории //Матер. Междунар. на-учн.-технич. шк. конф. Молодые ученые - науке, технологиям и профессиональному образованию: - М. - МИРЭА, 2002. - С. 257-258.
4. http://www.atmel.com/products/AVR/.
5. http://www.cypress.com/.
6. http://www.st.com/stonline/.
7. http://www.analog.com/embedded-processing-dsp/processors/en/index.html.
8. http://www.xilinx.com/.
9. Пейч Л.И., Точилин Д.А., Поллак Б.П. LabVIEW для новичков и специалистов. - М.: Горячая линия - Телеком, 2004. - 384 с.
10. Трэвис Дж., Кринг Дж. LabVIEW для всех. - М.: ДМК Пресс, 2008. - 880 с.
11. LabVIEW 8.5 вводный курс. http://digital.ni.com/worldwide/russia.nsf/web/all/
12. Индришенок В.И., Певцов Е.Ф., Исаков К.М., Рябов Ю.М. Практикум по автоматизации экспериментов на базе универсальной платы ввода-вывода и системы программирования LABVIEW // Современные информационные технологии в науке, образовании и практике: Матер. Всеросс. научн.-практич. конф. 25 ноября 2004 г. Оренбург, Россия. - Оренбург: ИПК ГОУ ОГУ, 2004. - С. 106-112.
13. Maleto M.I., Pevtsov E.Ph., Sigov A.S., Svotina A.P. Polarization switching and dielectric properties of PZT structures // Integrated Ferroelectrics . - 2002. - V. 43. - P.129-134.
14. Балмашов С.А., Горелов А.О., Знаменская Е.М., Певцов Е.Ф. Применение модулей National Instruments и программы LabView 7.1 в исследованиях электрофизических свойств тонкопленочных структур для устройств микро и наноэлектроники // Образовательные, научные и инженерные приложения в среде LabVIEW и технологии National Instruments: Сб. тр. Междунар. научн. -практич. конф. Москва, Россия. 18-19 ноября 2005 г. - М.: РУДН, 2005. - С. 310-317.
15. Pevtsov E., Sigov A., Pyzhova A., Gorelov A. The investigations of ferroelectric thin films in virtual measuring system // "Micro- and Nanoelectronics 2003" Proceedings of SPIE. - V.5401, 2004. - P. 520-524.
16. Хмельницкий И.В. Применение ПЛИС для исследования и тестирования ПЗС // 16-я Всеросс. межвуз. научн-технич. конф. студентов и асп.: Тез. докл. - М.: МИЭТ, 2009. - С. 103.
17. http://www.colinst.com/.
18. http://www.tse-systems.com/behavior/startle-response.htm.
тоэлектриков, в медико-биологических экспериментах и в промышленном контроле изделий полупроводниковой промышленности, подтверждают эффективность разработанного учебно-методического комплекса обучения.
УДК 550.3+551.5:629.78 ББК 26.2я73
ЭЛЕКТРОННЫЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ РЕСУРС ИЗУЧЕНИЯ НАУКОЕМКИХ ДИСЦИПЛИН ПО ПРОФИЛЮ ГЕОКОСМИЧЕСКАЯ ФИЗИКА
В. А. Головко, к.ф.-м.н., доц., зав. лаб. ГУ НИЦ «Планета»
Тел.: (495) 483-3125; E-mail: [email protected] Т.В. Кондранин, д.ф.-м.н., профессор, первый проректор Тел.: (495) 408-4066; E-mail: [email protected] Кафедра Систем, устройств и методов геокосмической физики Московский физико-технический институт (государственный университет)
http://geo.mipt.ru/gva-group E-learning resource is implemented by using innovative approach based on application of interactive web-techniques, which provide more profound physical notions about the up-to-date complex scientific and applied field of knowledge closely related to the problem of global changes of the climate, i.e. the future of our planet.
