Đề cương môn tin học vật lý

Đề cương môn tin học vật lý

ĐỀ CƯƠNG MÔN HỌC TIN HỌC VẬT LÝ Đại học Quốc Gia Hà Nội Trường Đại học Công nghệ Khoa Vật lý kỹ thuật và Công nghệ nanô 1. Thông tin về giảng viên 1.1. Giảng viên: • Họ và tên: Trần Quang Vinh Chức danh, học hàm, học vị: Giảng viên chính, PGS. TS. Thời gian, địa điểm làm việc: 8h:00- 17h:00, E3 và G2, trường ĐHCN, ĐHQGHN Địa chỉ liên hệ: 144 Xuân Thủy, Cầu Giấy, Hà Nội Điện thoại, email: 7546575, 0913579838 • Họ và tên: Bạch Gia Dương Chức danh, học hàm, học vị: Giảng viên chính, TS. Thời gian, địa điểm làm việc: 8h:00- 17h:00 tại G2, ĐHCN, ĐHQGHN Địa chỉ liên hệ: 144 Xuân Thủy, Cầu Giấy, Hà Nội Điện thoại, email: 1.2. Trợ giảng: • Trần Đức Tân: . • Phạm Duy Hưng: . • Nguyễn Thị Thanh Vân: • Đặng Anh Việt: • Phạm Đình Tuân: . • Phùng Mạnh Dương: . • Vũ Tuấn Anh: ThS. NCS Giảng viên trường ĐHCN ThS. Giảng viên trường ĐHCN ThS. Giảng viên trường ĐHCN ThS. Nghiên cứu viên trường ĐHCN CN. Giảng viên trường ĐHCN CN. NCS Giảng viên trường ĐHCN CN. Học viên Cao học trường ĐHCN 2. Thông tin chung về môn học - Tên môn học: Tin học Vật lý - Mã môn học: --- - Số tín chỉ: 02 - Môn học: Bắt buộc:  Lựa chọn: - Các môn học tiên quyết: Điện tử cơ sở, tin học cơ sở. - Thiết bị giảng day: Máy chiếu, chương trình trình diễn Power-Point, các chương trình trợ giúp mô phỏng MATLAB và LABVIEW, các máy tính và bản mạch ghép nối A/D cho thực hành. - Các yêu cầu đối với môn học: sinh viên phải lên lớp nghe bài giảng lý thuyết, thảo luận, ghi chép những điểm chính yếu và các lưu ý mở rộng kiến thức từ giảng viên và làm đủ các bài thực hành. - Giờ tín chỉ đối với các hoạt động: + Nghe giảng lý thuyết: . + Thực hành, thực tập ở PTN: 20 10 2 - Địa chỉ khoa / bộ môn phụ trách môn học: + Khoa Điện tử Viễn thông, nhà G2, ĐHCN, ĐHQGHN, 144 Xuân Thủy, Cầu Giấy, Hà Nội + Bộ môn Điện tử & Kỹ thuật máy tính, nhà G2, ĐHCN 3. Mục tiêu của môn học - Kiến thức: Trang bị cho sinh viên những kiến thức về đo lường và điều khiển cũng như các kiến thức xử lý dữ liệu bằng phần cứng cũng như phần mềm trong các hệ thống thực nghiệm vật lý ghép nối máy tính. Qua môn học, sinh viên sẽ có kỹ năng liên quan đến việc phát triển một số chương trình ứng dụng đơn giản để giải quyết một số bài toán liên quan. - Kỹ năng: Nắm vững các nguyên tắc hoạt động của các bộ phận phần cứng và phần mềm trong máy vi tính. Biết lắp đặt các trang thiết bị và mô-đun ghép nối cũng như viết một số chương trình giao tiếp trong thực hành vật lý. - Thái độ, chuyên cần: nghiêm chỉnh trong việc dự giờ học trên lớp và giờ thực hành. Chuẩn bị tốt các câu hỏi trước khi lên lớp. Tham gia đầy đủ và làm tốt các câu hỏi phần lý thuyết và các bài thực hành. 4. Tóm tắt nội dung môn học Môn học gồm 2 phần chính. Một phần trình bày các kiến thức lý thuyết đo lường điều khiển và xử lý dữ liệu bằng phần cứng cũng như phần mềm ghép nối máy tính trong các thực nghiệm vật lý. Phần khác là các bài tập thực hành ghép nối máy vi tính với các thiết bị ngoại vi trong một vài thực nghiệm vật lý điển hình. 5. Nội dung chi tiết môn học (tên các chương, mục, tiểu mục) PHẦN 1 LÝ THUYẾT Chương 1 Hệ thống đo và điều khiển ghép nối máy tính 1.1. Thu thập và xử lý tín hiệu trong hệ thống vật lý 1.1.1. Đo các đại lượng không điện bằng phương pháp điện 1.1.2. Các cảm biến 1.1.3. Phần cứng ghép nối với máy vi tính 1.1.4. Chương trình cho hệ đo 1.2. Chuyển đổi số - tương tự và tương tự - số 1.3. Hệ thống xử lý số tín hiệu 1.4. Hệ thống điều khiển tự động 1.5. Đo và điều khiển theo thời gian thực Chương 2 Quá trình vào/ra 2.1. Thông tin có móc nối và không có móc nối. 2.2. Vào/ra theo chương trình 2.2.1. Phương pháp hỏi vòng 2.2.2. Phương pháp ngắt 3 2.3. Vào/ra thâm nhập bộ nhớ trực tiếp DMA Chương 3 Phần mềm phục vụ cho đo, xử lý và điều khiển hệ thống thực nghiệm vật lý 3.1. Truy xuất thông tin trực tiếp giữa hệ đo vật lý và máy tính qua các cổng vào/ra 3.1.1. Các cổng và địa chỉ cổng 3.1.2. Các phép xử lý bit 3.1.3. Giao tiếp với các cổng qua hợp ngữ và ngôn ngữ bậc cao 3.1.4. Các thủ tục vào/ra trên MATLAB và LABVIEW (Giao tiếp qua các cổng, giao tiếp qua thư viện liên kết động DLL) 3.2. Xử lý post-time và real-time 3.3. Các phương pháp xử lý số dùng MATLAB 3.4. Mô hình hoá và mô phỏng bằng MATLAB và LABVIEW PHẦN 2 THỰC HÀNH Mỗi sinh viên cần thực hiện 04 buổi thực hành, mỗi buổi 5 tiết với công cụ là hệ thực nghiệm vật lý với ngôn ngữ lập trình MATLAB và LABVIEW. 1. Nhập môn MATLAB hoặc LABVIEW (1 buổi) Giảng lý thuyết và thực hành ngay tại phòng máy tính các khái niệm và thao tác cơ bản: giao diện sử dụng, các biến và hàm, các lệnh và chương trình, kỹ năng đồ hoạ, các cách thu thập và lưu trữ dữ liệu, . Thực hành vài bài tập xử lý số (numerical) bằng MATLAB (giải các phương trình đại số tuyến tính, phương trình vi phân, nội suy, ngoại suy, phương pháp Montecarlo, v.v .). 2. Thực hành các phương pháp nâng tỷ số tín hiệu trên can nhiễu S/N trong miền thời gian và miền tần số (1 buổi) - Chạy mô phỏng bằng các máy phát sóng ảo trong chương trình. - Thực hành bằng các nguồn phát sóng thực. Nội dung: - Phân tích phổ tín hiệu với các tỷ số tín hiệu trên can nhiễu S/N khác nhau. - Lọc cửa sổ trượt - Lọc tích luỹ tín hiệu Công cụ: Máy phát sóng chức năng, máy phát ồn giả ngẫu nhiên, âm thoa, microphone, bộ khuếch đại, card biến đổi A/D, máy tính và các phần mềm MATLAB, LABVIEW. 3. Xây dựng hệ đo điều khiển nhiệt độ bằng ghép nối máy tính (1 buổi) Nội dung: - Phương pháp điều khiển ON/OFF - Phương pháp điều khiển PID Công cụ: căp nhiệt điện, bộ khuếch đại 1 chiều DC, card biến đổi A/D 10-bit, máy tính và phần mềm LABVIEW. 4 4. Xây dựng hệ đo năng lượng từ của một nam châm vĩnh cửu (1 buổi) Nội dung: Sử dụng phương pháp cuộn dây cảm ứng đo các thông số của nam châm khi cho nó rơi qua ống dây cảm ứng. Công cụ: nam châm vĩnh cửu, ống trượt nam châm có lồng 2 cuộn dây cảm ứng, card biến đổi A/D 10-bit, máy tính và phần mềm LABVIEW. 6. Học liệu 6.1. Giáo trình: đang soạn 6.2. Tài liệu tham khảo: 1. H. M. Staudenmaiir (Ed.), Physics Experiments Using PCs. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 1993. 2. Malmstadt, Enke, Crouch, Electronics anf Instrumentation for Scientists. Benjamin/Cummings Publishing Company, 1992. 3. B. Bruidgom, Physics Informatics I, Part II: Data Acquisition & Interfacing Programming I/O Boards in Turbo-C, ITIMS, 1996. 4. Trần Quang Vinh, Nguyên lý phần cứng và kỹ thuật ghép nối máy vi tính. Nhà xuất bản Giáo dục, Hà nội, 2002. 7. Hình thức tổ chức dạy học 7.1. Lịch trình chung: (Ghi tổng số giờ cho mỗi cột) Nội dung Hình thức tổ chức dạy học môn học Tổng Lên lớp Thực hành, thí nghiệm Tự học, tự nghiên cứu Lý thuyết Bài tập Thảo luận Phần lý thuyết 1: Hệ thống đo và điều khiển ghép nối máy tính 10 10 2: Quá trình vào/ra 2 2 3: Phần mềm phục vụ cho đo, xử lý và điều khiển hệ thống thực nghiệm vật lý 8 8 20 0 0 0 0 20 Phần thực hành 4 : Nhập môn MATLAB hoặc LABVIEW 5 5 : Thực hành các phương pháp nâng tỷ số tín hiệu trên can nhiễu S/N trong miền thời gian và miền tần số 5 6 : Xây dựng hệ đo điều khiển nhiệt độ bằng ghép nối máy tính. 5 5 7 : Xây dựng hệ đo năng lượng từ của một nam châm vĩnh cửu. 5 0 0 0 0 20 20 7.2. Lịch trình tổ chức dạy học cụ thể: • Nội dung 1, tuần 1-2: Hệ thống đo và điều khiển ghép nối máy tính Hình thức tổ chức dạy học Thời gian, địa điểm Nội dung chính Yêu cầu SV chuẩn bị Ghi chú Lí thuyết - 4,0 giờ - Giảng đường Thu thập và xử lý tín hiệu trong hệ thống vật lý (Đo các đại lượng không điện bằng phương pháp điện, Các cảm biến, Phần cứng ghép nối với máy vi tính, Chương trình cho hệ đo). - Đọc trước bài viết trong giáo trình. - Đọc lại các giáo trình kỹ thuật điện tử tương tự và kỹ thuật điện tử số, cấu trúc máy vi tính). • Nội dung 1, tuần 3-4: Hệ thống đo và điều khiển ghép nối máy tính Hình thức tổ chức dạy học Thời gian, địa điểm Nội dung chính Yêu cầu SV chuẩn bị Ghi chú Lí thuyết - 3,0 giờ - Giảng đường - Chuyển đổi số - tương tự và tương tự - số - Hệ thống xử lý số tín hiệu - Đọc trước bài viết trong giáo trình. • Nội dung 1, tuần 4-5: Hệ thống đo và điều khiển ghép nối máy tính Hình thức tổ chức dạy học Thời gian, địa điểm Nội dung chính Yêu cầu SV chuẩn bị Ghi chú Lí thuyết - 3,0 giờ - Giảng đường - Hệ thống điều khiển tự động - Đo và điều khiển theo thời gian thực - Đọc trước bài viết trong giáo trình. • Nội dung 2, tuần 6: Quá trình vào ra Hình thức tổ chức dạy học Thời gian, địa điểm Nội dung chính Yêu cầu SV chuẩn bị Ghi chú Lí thuyết - 2,0 giờ - Giảng đường Quá trình vào ra: - Thông tin có móc nối và không có móc nối. - Vào/ra theo chương trình (Phương pháp hỏi vòng, - Đọc trước bài viết trong giáo trình. 6 Phương pháp ngắt). - Vào/ra thâm nhập bộ nhớ trực tiếp DMA • Nội dung 3, tuần 7-8: Phần mềm cho đo, xử lý và điều khiển hệ thống TNVL Hình thức tổ chức dạy học Thời gian, địa điểm Nội dung chính Yêu cầu SV chuẩn bị Ghi chú Lí thuyết - 4,0 giờ - Giảng đường - Truy xuất thông tin trực tiếp giữa hệ đo vật lý và máy tính qua các cổng vào/ra: Cáccổng và địa chỉ cổng, các phép xử lý bit - Giao tiếp với các cổng qua hợp ngữ và ngôn ngữ bậc cao. - Các thủ tục vào/ra trên MATLAB và LABVIEW (Giao tiếp qua các cổng, giao tiếp qua thư viện liên kết động DLL) - Xử lý post-time và real- time - Đọc trước bài viết trong giáo trình. • Nội dung 3, tuần 9: Phần mềm cho đo, xử lý và điều khiển hệ thống TNVL Hình thức tổ chức dạy học Thời gian, địa điểm Nội dung chính Yêu cầu SV chuẩn bị Ghi chú Lí thuyết - 2,0 giờ - Giảng đường Các phương pháp xử lý số dùng MATLAB - Đọc trước bài viết trong giáo trình. - Đọc trước muc HELP trong MATLAB • Nội dung 3, tuần 10: Phần mềm cho đo, xử lý và điều khiển hệ thống TNVL Hình thức tổ chức dạy học Thời gian, địa điểm Nội dung chính Yêu cầu SV chuẩn bị Ghi chú Lí thuyết - 2,0 giờ - Giảng đường Mô hình hoá và mô phỏng bằng MATLAB và LABVIEW - Đọc trước bài viết trong giáo trình. - Đọc trước HELP trong MATLAB và LABVIEW • Nội dung 4, tuần 11-12: Thực hành bài 1 Hình thức tổ chức Thời gian, địa điểm Nội dung chính Yêu cầu SV chuẩn bị Ghi chú 7 dạy học Thực hành - 5,0 giờ - Phòng Thực hành Nhập môn MATLAB và LABVIEW - Đọc trước bài viết trong giáo trình. • Nội dung 5, tuần 12-13: Thực hành bài 2 Hình thức tổ chức dạy học Thời gian, địa điểm Nội dung chính Yêu cầu SV chuẩn bị Ghi chú Thực hành - 5,0 giờ - Phòng Thực hành Thực hành các phương pháp nâng tỷ số tín hiệu trên can nhiễu S/N trong miền thời gian và miền tần số - Đọc trước bài viết trong giáo trình. • Nội dung 6, tuần 13-14: Thực hành bài 3 Hình thức tổ chức dạy học Thời gian, địa điểm Nội dung chính Yêu cầu SV chuẩn bị Ghi chú Thực hành - 5,0 giờ - Phòng Thực hành Xây dựng hệ đo điều khiển nhiệt độ bằng ghép nối máy tính - Đọc trước bài viết trong giáo trình. • Nội dung 7, tuần 14-15: Thực hành bài 4 Hình thức tổ chức dạy học Thời gian, địa điểm Nội dung chính Yêu cầu SV chuẩn bị Ghi chú Thực hành - 5,0 giờ - Phòng Thực hành Xây dựng hệ đo năng lượng từ của một nam châm vĩnh cửu - Đọc trước bài viết trong giáo trình. 8. Chính sách đối với môn học và các yêu cầu khác của giảng viên (Yêu cầu và cách thức đánh giá, sự hiện diện trên lớp, mức độ tích cực tham gia các hoạt động trên lớp, các qui định về thời hạn, chất lượng các bài tập, bài kiểm tra .). - Chuẩn bị tốt các phần được giao tự học - Có mặt trên lớp học lý thuyết ít nhất 15 tiết. - Tham gia đủ 4 buổi thực hành. 9. Phương pháp, hình thức kiểm tra - đánh giá kết quả học tập môn học 9.1. Kiểm tra, đánh giá thường xuyên • Mục đích: Cho phép sinh viên nắm vững kiến thức về nguyên tắc hoạt động và tổ chức của hệ thống máy vi tính với các thành phần cụ thể. • Các mục tiêu: 1. Hiểu và nhớ được các khái niệm cơ bản liên quan đến hệ thống đo và điều khiển ghép nối máy tính với các thực nghiệm vật lý. 2. Nắm được các khái niệm hệ thống bus, cổng vào/ra, địa chỉ, . 8 3. Nắm chắc các kỹ thuật lập trình qua các cổng vào/ra: cách định địa chỉ, các phương pháp xử lý bit, áp dụng các kiến thức đo lường điện tử vào kỹ thuật ghép nối máy tính sử dụng phương pháp xử lý bằng các chương trình phần mềm. • Các kỹ thuật đánh giá: Kiểm tra thường xuyên lý thuyết và thực hành 15 phút trong các tuần. 9.2. Kiểm tra, đánh giá định kì Bao gồm các phần sau: STT Nội dung Trọng số (%) Ghi chú 1. Tham gia học tập trên lớp (đi học đầy đủ, chuẩn bị bài tốt và tích cực thảo luận, .) 10 2. Phần tự học, tự nghiên cứu (hoàn thành tốt nội dung, nhiệm vụ được giao /tuần; kết quả các bài thực hành; 10 3. Tổng điểm kiểm tra thường xuyên 10 4. Thi thực hành cuối kỳ 40 5. Thi lý thuyết cuối kì 30 9.3. Lịch thi, kiểm tra (kể cả thi lại) STT Nội dung thi, kiểm tra Lịch thi Lịch kiểm tra Ghi chú 1. Nội dụng 1, 2 15 phút đầu giờ học, tuần 5 2. Kiểm tra lý thuyết giữa kỳ 15 phút đầu giờ học, tuần 7 3. Nội dung 4 15 phút đầu giờ học, tuần 8 4. Nội dung 5 15 phút đầu giờ học, tuần 9 5. Nội dung 6 15 phút đầu giờ học, tuần 10 6. Toàn bộ nội dung lý thuyết từ 1 - 3 Thi lý thuyết cuối kỳ (thi viết, trắc nghiệm hoặc vấn đáp) 60 phút, tuần 11 7. Chọn 1 trong 4 bài thực hành Thi thực hành cuối kỳ: 1 buổi Theo lịch chung của Trường 8. Thi lại Theo lịch chung của Trường Duyệt Chủ nhiệm bộ môn Giảng viên (Thủ trưởng đơn vị đào tạo) (Ký tên) (Ký tên) Trần Quang Vinh Trần Quang Vinh . ĐỀ CƯƠNG MÔN HỌC TIN HỌC VẬT LÝ Đại học Quốc Gia Hà Nội Trường Đại học Công nghệ Khoa Vật lý kỹ thuật và Công nghệ nanô 1. Thông tin về. viên trường ĐHCN CN. Học viên Cao học trường ĐHCN 2. Thông tin chung về môn học - Tên môn học: Tin học Vật lý - Mã môn học: