Структура спеціальності “Електроніка” обумовлена базовим принципом Інституту високих технологій (ІВТ) – наш випускник повинен володіти знаннями, уміннями і навичками, які забезпечать йому високу конкурентоздатність  на ринку праці України і за її межами. Вивчення пропозицій від державних та приватних підприємств свідчить про домінування на ринку електронної індустрії вакансій в галузі розробки і виробництва  цифрових електронних систем.

Всі електронні системи за типом оброблюваних сигналів  можна поділити на два сімейства – аналогові і цифрові. Поділ досить умовний, бо в основі обох сімейств лежать одні й ті ж базові компоненти, відрізняються лише режими їх функціонування. Тому, реальні електронні пристрої – завжди змішаного типу. Проте, при формуванні навчального плану зі спеціальності “Електроніка”, окрім вимог ринку, враховувались відмінності при підготовці спеціалістів у галузях аналогової і цифрової електроніки – а саме:

  • За повний термін навчання (бакалаврат + магістратура) складно підготувати магістра – універсала у всіх галузях електроніки;
  • За повний термін навчання складно підготувати магістра – професіонала у галузі аналогової електроніки (занадто вже складний аналоговий світ);
  • Проте за повний термін навчання можна підготувати кваліфікованого магістра у галузі цифрової електроніки;

З огляду на сказане, зрозумілою буде структурна схема підготовки фахівця зі спеціальності “Електроніка” в Інституті високих технологій КНУ імені Тараса Шевченка. Зокрема видно, що пріоритетними (виділено червоним кольором) будуть галузі розробки цифрових електронних систем і реалізації електронних проектів у вигляді друкованих плат.

Структурна схема підготовки фахівця зі спеціальності “Електроніка”

Цифрові електронні системи здебільшого реалізуються на основі дискретних елементів (силова частина), мікросхем цифрової логіки, програмованих логічних інтегральних схем (ПЛІС) і мікропроцесорів або мікроконтролерів (МК). Ми робимо акцент на вивченні електронних компонентів двох останніх категорій – мікроконтролерів і ПЛІС, бо:

  • на їх основі можна створювати надскладні, високопродуктивні і при цьому – досить компактні цифрові системи;
  • інтегровані програмні середовища для проектування систем на базі цих компонентів містять все необхідне для розробки, різнорівневої верифікації і реалізації проектів “на кристалі”.
  • цифрові системи на базі ПЛІС і МК є досить гнучкими, бо при жорстко фіксованому зовнішньому інтерфейсі, ми можемо удосконалювати внутрішню схему (ПЛІС), або програмний код (МК).
  • цифрові системи у даному випадку створюються шляхом програмування з використанням послідовних (МК) і паралельних (ПЛІС) мов.
  • перелічені особливості, прискорюючи процес розробки складних цифрових електронних систем у сотні разів, дозволяють суттєво знизити габарити і собівартість виробу.

 

  1. Мікроконтролери.

Протягом навчання в ІВТ студенти вивчать електронну структуру і принципи функціонування базових блоків та периферійних модулів до мікроконтролерів, основи цифрового керування, освоять програмні середовища і методику програмування та відлагодження проектів для сімейств мікроконтролерів з архітектурами:

  • AVR. Розробник Atmel (тепер Microchip);
  • PIC. Розробник Microchip;
  • ARM 7, ARM Cortex M3, ARM Cortex M4. Розробник ARM (Advanced RISC Machine);

  • C2000. Мікроконтролери реального часу. Розробник Texas Instruments;

При створенні програмного забезпечення домінуватиме низькорівневе програмування на мовах Assembler та С. Акцент на безпосередньому програмуванні регістрів процесора та периферійних блоків стимулюватиме студента до глибокого вивчення архітектури мікроконтролера і написання надшвидких алгоритмів з максимальним використанням ресурсів мікроконтролера. Лише на заключному етапі вивчатимуться додаткові можливості функціонування МК під управлінням операційної системи і освоєння методики написання відповідного програмного коду.

Симуляція мікроконтролерного проекту.

 

  1. Програмовані логічні інтегральні схеми.

Протягом навчання в ІВТ студенти вивчать електронну структуру і принципи функціонування базових блоків, освоять програмні середовища і методику програмування та відлагодження проектів з архітектурою FPGA (Field Programmable Gate Array) для сімейств ПЛІС фірми Xilinx:

  • Spartan-3A;
  • Spartan-6;
  • Artix-7.

Після закінчення курсу студенти знатимуть фізичні основи створення електронних кіл на базі апаратних ресурсів програмованих логічних інтегральних схем з архітектурою FPGA (Field Programmable Gate Array), володітимуть програмними середовищами для реалізації проектів у галузі цифрової електроніки (XILINX ISE Design Suite, XILINX Vivado Design Suite), умітимуть створювати схемотехнічні, описові (на мовах VHDL, Verilog, System Verilog) та змішані проекти різних за складністю цифрових пристроїв, володітимуть навичками пошуку помилок при їх віртуальній верифікації та апаратному відлагодженні.

Розробка проекту у середовищі XILINX ISE Design Suite.

 

Прив’язка вхідних/вихідних сигналів до ніжок мікросхеми.

Аналіз синтезованої схеми.

Аналіз розміщення синтезованої схеми у кристалі.

Симуляція функціонування схеми у кристалі.

 

Вимірювання реальних сигналів всередині мікросхеми Spartan-6.

 

  1. Сучасні технології проектування і конструювання електронних приладів та засоби їх реалізації.

Випускник магістратури Інституту високих технологій зі спеціальності “Електроніка” володітиме знаннями, уміннями і навичками, необхідними для створення реально діючих прототипів електронних пристроїв. Останнє означає, що він повинен володіти засобами втілення розробленого проекту у вигляді електричних кіл на друкованих платах. Задля цього у процесі підготовки студент оволодіє рядом методик:

– методикою створення графічних символів, корпусів і посадочних місць електронних компонентів;

– методикою створення і верифікації електронної схеми;

– методикою конструювання віртуальної багатошарової друкованої плати, розміщення на ній електронних компонентів і прокладання з’єднувальних провідних доріжок;

– методикою і засобами верифікації віртуальної багатошарової друкованої плати;

– методикою виготовлення технологічної документації за міжнародними стандартами для промислового виготовлення друкованої плати.

Усі зазначені методики будуть освоюватись на базі найдосконалішої системи автоматичного проектування (САПР) електронних систем – Xpedition® Enterprise фірми Mentor Graphics (тепер підрозділ Siemens).

 

Переваги вивчення електроніки в ІВТ КНУ.

  1. Високий рівень математичної підготовки з врахуванням потреб спеціальності.
  2. Високий рівень підготовки з фізики напівпровідників і напівпровідникових приладів.
  3. Високий рівень підготовки з комп’ютерних дисциплін з акцентом на програмування, бо цифрові системи на основі мікроконтролерів і ПЛІС створюються шляхом програмування з використанням послідовних (С, С++, Assembler) і паралельних (VHDL, VERILOG, System VERILOG) мов програмування.
  4. Більшість викладачів мають досвід практичної роботи у галузі предметів, які вони викладають.