Выполняйте только если преподаватель назначил это задание. Срок сдачи сообщит преподаватель.

Домашнее задание - Конструкция, подключение и инсталляция нестандартных периферийных устройств

Резервное дистанционное задание и комплексный протокол самостоятельной предзачетной подготовки по курсу «ОП.02 Архитектура аппаратных средств».

Внимание: Результаты работы сохраняются в вашем браузере (localStorage). Для отправки преподавателю используйте функцию «Экспорт в PDF / Печать» (Ctrl+P).

Фамилия и имя обучающегося:

Учебная группа:

1. Теоретический базис и эталонный разобранный пример

Инженерная задача: Расчет юстировки оптического энкодера с разрешением 1000 линий на оборот (LPR) в квадратурном режиме для промышленного манипулятора.

1. В квадратурном режиме считываются оба фронта сигналов каналов A и B (х4): Разрешение = 1000 * 4 = 4000 импульсов на оборот вала. 2. При передаточном отношении редуктора 1:10 и шаге зубчатого шкива 50 мм за оборот выходного вала: Импульсов на 1 мм линейного перемещения = (4000 * 10) / 50 = 800 имп/мм. 3. Опрос ведется аппаратным квадратурным таймером MCU (TIMx encoder mode), не загружая конвейер CPU. 4. Экран витой пары экранированного кабеля датчика заземлен в одной точке на шасси контроллера.

2. Практический кейс: Пусконаладка и калибровка нестандартного узла

Выберите тип нестандартного оборудования, назначенного преподавателем или соответствующего вашему интересу:

Выбранный тип оборудования:

Задание 2.1. Математический расчет аппаратных параметров:

Для 3D-принтера: расчет Steps/mm для двигателей 1.8° при микрошаге 1/16 и шкиве GT2-20, ходового винта Tr8x4.
Для DAQ: расчет напряжений на шунте 150 Ом и 12-битного кода АЦП при токах 4 мА, 12 мА и 20 мА ($V_{ref}=3.3\text{ В}$).
Для VR: расчет углового разрешения при частоте развертки луча 100 Гц и тактовой частоте таймера фотодиода 100 МГц.
Для GPIB: расчет максимальной скорости шины при емкости кабеля 50 пФ/м и длине 4 метра при задержке квитирования 200 нс.

Задание 2.2. Протокол юстировки, настройки нуля и предотвращения аварийных ситуаций:

Опишите пошаговый алгоритм калибровки нулевой точки (Z-offset, калибровка шунта или базовых станций), настройку обратной связи (PID, фильтрация помех 50 Гц) и защитные механизмы контроллера (распознавание обрыва линии, предотвращение врезания механических узлов).

3. Комплексная предзачетная тренировка (Темы 01–16)

Решите 4 фундаментальные задачи, аналогичные билетам дифференцированного зачета:

Задача 3.1 (Процессоры и шины): Пропускная способность слота PCIe 4.0 x8 и памяти DDR4-3200 (двухканал):

Рассчитайте теоретическую пропускную способность PCIe 4.0 x8 в одну сторону (с учетом кодирования 128b/130b) и сравните ее с пропускной способностью двухканальной подсистемы памяти DDR4-3200. Какой узел будет узким местом при обмене данными?

Задача 3.2 (Периферия и видеопотоки): Несжатый поток против DSC 1.2a:

Рассчитайте необходимую пропускную способность видеопотока с разрешением $3840 \times 2160$ при 120 Гц, глубине цвета 10 бит на канал RGB (30 bpp) и коэффициенте гашения 1.2. Пройдет ли сигнал по кабелю DisplayPort 1.4 (полезная полоса 25.92 Гбит/с) без компрессии? Какое сжатие необходимо?

Задача 3.3 (Архитектура ввода-вывода): Прямой доступ к памяти (DMA) и опрос прерываний:

Почему скоростной поток оцифровки аналоговых сигналов с частотой дискретизации 5 Мвыб/с 16 бит невозможно обрабатывать процессором в режиме программного опроса портов ввода-вывода (PIO)? Как режим Bus Mastering DMA решает эту проблему?

Задача 3.4 (Электромагнитная совместимость): Правило заземления экранов кабелей:

Почему экран кабеля промышленного интерфейса или датчика заземляется строго в одной точке? Опишите физические последствия (ток, напряжение, наводка) при заземлении экрана с обоих концов при разности потенциалов между корпусами 3 В и сопротивлении оплетки 0.05 Ом.