Đề cương môn tin học vật lý

Trang 1

ĐỀ CƯƠNG MÔN HỌC

TIN H ỌC VẬT LÝ Đại học Quốc Gia Hà Nội

Tr ường Đại học Công nghệ

Khoa Vật lý kỹ thuật và Công nghệ nanô

1 Thông tin về giảng viên

1.1 Giảng viên:

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

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

Trang 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

Trang 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

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 X ây 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

Trang 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

3: Phần mềm phục vụ cho đo, xử lý

và điều khiển hệ thống thực nghiệm

vật lý

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

Trang 5

7 : Xây dựng hệ đo năng lượng từ của

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)

Hình thức

tổ chức

dạy học

Thời gian, địa điểm Nội dung chính Yêu cầu SV ch uẩn bị Ghi chú

- Giảng đường

- Chuyển đổi số - tương tự

và tương tự - số

- Hệ thống xử lý số tín hiệu

Hình thức

tổ chức

dạy học

- Giảng đường

- Hệ thống điều khiển tự động

- Đo và điều khiển theo thời gian thực

• Nội dung 2, tuần 6: Quá trình vào ra

Hình thức

tổ chức

dạy học

- 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,

Trang 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

- 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

• Nội dung 3, tuần 9: Phần mềm cho đo, xử lý và điều khiển hệ thống TNVL

Hình thức

tổ chức

dạy học

Th ời gian, địa điểm Nội dung chính Yêu cầu SV chuẩn bị Ghi chú

- 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

- Giảng đường Mô hình hoá và mô phỏng bằng MATLAB và

LABVIEW

- 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

Trang 7

dạy học

Thực

hành

- 5,0 giờ

- Phòng Thực

hành

Nhập môn MATLAB và LABVIEW

Hình thức

tổ chức

dạy học

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

Hình thức

tổ chức

dạy học

Thực

hành

- 5,0 giờ

- Phòng Thực

hành

Xây dựng hệ đo điều khiển nhiệt độ bằng ghép nối máy tính

Hình thức

tổ chức

dạy học

Thực

hành

- 5,0 giờ

- Phòng Thực

hành

Xây dựng hệ đo năng lượng

từ của một nam châm vĩnh cửu

8 Chính sách đối với môn học và các yêu cầu khác của giảng viên

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,

Trang 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:

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

9.3 Lịch thi, kiểm tra (kể cả thi lại)