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.