Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах и улицах «Добрая дорога детства» 2
Скачать 0.52 Mb.
|
| Кийко В. В. Обзор современных CAD/CAM-систем Быстрое развитие электроники и повышение сложности электронных устройств привели к необходимости сокращения сроков и повышения эффективности их проектирования. При традиционном инженерном проектировании электронных устройств использовались в основном два способа: расчет и экспериментальное исследование. При этом расчет производился на математических моделях (аналитических или графических), а экспериментальное исследование - на физической модели (макете) реального устройства. По результатам экспериментального исследования делалось заключение о соответствии макета требованиям технического задания к характеристикам электронного устройства. При их расхождении обычно производилась доработка макета. При этом зачастую не учитывались многие факторы: технологический разброс параметров элементов, влияние изменения климатических условий, возможные отказы элементов и др. Поскольку большинство электронных элементов являются нелинейными, то проектирование электронных устройств практически полностью исключало применение простых аналитических расчетов. Это существенно затрудняло задачи проектирования на этапе расчета и возлагало повышенные требования к экспериментальным исследованиям макета. Стоимость электронных компонентов, их дефицитность и бурное развитие вычислительной техники привели к тому, что разработчики электронной аппаратуры стали все чаще отказываться от экспериментальных исследований, для которых к тому же была нужна специальная дорогостоящая измерительная аппаратура. В таких условиях большое значение приобрели методы автоматизированного проектирования электронных устройств. Задачи структурного синтеза решаются с помощью узкоспециализированных программ, ориентированных на устройства определенного типа. Создано, например, большое количество программ синтеза согласующих цепей, аналоговых и цифровых фильтров. Наибольшие достижения в построении программ структурного синтеза и синтеза принципиальных схем имеются в области проектирования цифровых устройств, в частности устройств на базе программируемых логических матриц (ПЛМ). Для большинства аналоговых устройств их структура и принципиальная схема в существенной степени зависят от области применения и исходных данных на проектирование, что создает большие трудности при синтезе принципиальной схемы с помощью ЭВМ. В этом случае первоначальный вариант схемы составляется проектировщиком «вручную» с последующим моделированием и оптимизацией на ЭВМ. Поэтому разработчики программного обеспечения САПР сосредоточили в первую очередь усилия на создании универсальных моделирующих программ для анализа характеристик широкого класса радиоэлектронных устройств. При этом дальнейшие успехи автоматизации процесса проектирования радиоэлектронной аппаратуры ожидаются именно в области структурного и параметрического синтеза. Топология печатной платы синтезируется после завершения разработки принципиальной схемы. На этом этапе проектирования решается задача размещения элементов на печатной плате и трассировки соединений. Наиболее успешно она решается при проектировании цифровых устройств, где вмешательство человека в процесс синтеза топологии сравнительно невелико. Разработка аналоговых устройств требует гораздо большего участия человека в процессе проектирования, коррекции и при необходимости в частичной переделке результатов машинного проектирования. Основная сложность при разработке аналоговой аппаратуры заключается в автоматизации синтеза топологии и обеспечении взаимодействия программ моделирования схем и синтеза топологии. Заключительным этапом разработки печатной платы является верификация топологии. На нем проверяются соблюдение технологических норм, соответствие топологии печатной платы исходной принципиальной схеме, а также рассчитываются электрические характеристики схемы с учетом паразитных параметров, присущих конкретной конструкции печатной платы. Ниже приведен краткий обзор программных комплексов и отдельных программ автоматизированного проектирования РЭУ, которыми можно воспользоваться для выполнения курсового проектирования. 1 Моделирование структурных и функциональных схем Для выполнения проектных процедур на структурном и функциональном этапах проектирования в настоящее время используются как универсальны математические пакеты (MatLAB, Maple, MathCAD и др.), так и специализированные (SystemView, Complab Professional, HyperSignal Block Diagram и др.). В основу системы MatLAB (MATrix LABoratory – матричная лаборатория) положен принцип расширяемости, позволяющий адаптировать систему под задачи пользователя. В базовый набор MatLAB [1,2] входят арифметические, алгебраические, тригонометрические и некоторые специальные функции, функции быстрого прямого и обратного преобразования Фурье и цифровой фильтрации, векторные и матричные функции, операции с полиномами, средства для работы с комплексными числами, операции построения графиков в декартовой и полярной системах координат, изображения трехмерных поверхностей. MatLAB имеет средства для расчета и проектирования аналоговых и цифровых фильтров, построения их частотных, импульсных и переходных характеристик и таких же характеристик для линейных электрических цепей, средства для спектрального анализа и синтеза. Программа MatLAB компании MathSoft Inc в основном предназначена для численного моделирования систем, однако начиная с версии 5.0 уже содержит специализированный модуль MatLab Notebook,позволяющий использовать возможности Microsoft Word для оформления документов, а также приобретенный у компании Maple Waterloo модуль основной символьной библиотеки программы Maple v4.0 для выполнения некоторых аналитических преобразований. Для решения задач моделирования система MatLab дополнена пакетом SIMULINK с визуально-ориентированным программированием. Разработчики пакета Maple [3] называют его Symbolic Computation System (Система символьных вычислений) или Computer Algebra system (Система компьютерной алгебры). Maple V версий 5/6/7 – универсальный математический пакет, предназначенный для выполнения разнообразных математических вычислений, как точных (аналитических), так и приближенных (численных), а также и для построения двух- и трехмерных графиков. Основное преимущество системы – всесторонняя поддержка сложных символьных вычислений, мощные графические возможности и наличие многофункционального внутреннего языка программирования. Пакет Maple дает возможность пользователю полностью сосредоточиться на решении его конкретной проблемы, не тратя время на численные решения частных задач. Большое количество встроенных математических функций и детально разработанных примеров позволяют ученым, инженерам и исследователям решать сложные прикладные и теоретические задачи. Студентам и преподавателям пакет помогает глубже понять многие математические методы и проанализировать влияние различных параметров на найденное решение. Система MathCAD 8.0/2000/2001 [4] (компания MathSoft Inc.) имеет удобный интерфейс. Хорошо развитые средства помощи и обширную справочную базу. Система позволяет проводить численные расчеты и аналитические преобразования. Отличительной особенностью системы является использование в ней общепринятых в математике символов для обозначения операций интегрирования, дифференцирования, вычисления рядов и т.п. Возможность использования латинских, греческих букв, верхних и нижних индексов позволяет получать формулы в привычном виде. С помощью кириллицы можно делать комментарии на русском языке. Очень просты в реализации в MathCAD многие численные методы: решение линейных и нелинейных уравнений, вычисление определенных интегралов, оптимизация, решение дифференциальных уравнений, сплайн-интерполяция и т.д. Многие возникающие проблемы при работе с MathCAD снимаются благодаря наличию электронных учебников и возможности подключения к Internet. Через глобальную сеть пользователь получает доступ к серверу, на котором можно найти пример решения подобной задачи. Вход в глобальную сеть возможен прямо из математической системы. MathCAD является интегрирующей системой, позволяющей создавать проеты, в которых данные циркулируют по системе MATLAM-Excel-Axum (Axum –пакет научной графики). Программа SystemView [25], разработанная фирмой ELANIX, представляет собой великолепный конструктор, с помощью которого из стандартных “кубиков” строится функциональная схема. Слева от рабочего окна выбирается библиотека, щелчком по которой раскрывается ее содержание. Из каталога библиотеки выбирается нужный функциональный модуль, который “мышкой” переносится на схему. Параметры этого модуля и при необходимости синтез и измерение его характеристик производится после еще одного щелчка мышью. Приведем каталог библиотек функциональных модулей:
После соединения всех функциональных модулей и подключения измерительных устройств задаются системные параметры (длительность интервала наблюдения, частота дискретизации, параметры БПФ) и выполняется моделирование. Просмотр и обработка результатов выполняются в окне Analysis Window. Рассчитываются преобразования Фурье графиков, корреляционные и взаимно корреляционные функции, выполняются арифметические и тригонометрические операции, статистическая обработка данных и многое другое. В текстовых комментариях допускаются символы кириллицы. Демонстрационная версия SystemView свободно распространяется по электронной почте и обладает всеми свойствами рабочей за исключением возможности сохранить созданные функциональные схемы и воспользоваться макромоделями. 32-разрядная демоверсия не имеет ограничения срока действия, но запускается только после того, как в панели управления Windows выбран регион и язык English (Unated States). После оплаты стоимости программы сообщается регистрационный код, превращающий демоверсию в рабочую. Complab Professional – система структурного моделирования радиотехнических устройств, разработана в Нижегородском политехническом институте (НТФ «Мера»). В основу этой системы положено представление математической модели исследуемого объекта в виде структурной схемы, состоящей из набора определенным образом соединенных функциональных блоков. Основные блоки, из которых строятся функциональные схемы в системе Complab Professional, разделены на 5 групп: генераторы, фильтры, преобразователи, индикаторы и макро-блоки. Система Complab Professional может использоваться в том числе для моделирования нелинейных следящих систем. Система Complab Prof предназначена для работы на компьютерах типа IBM PC XT/AT и выше, минимальная конфигурация которых должна включать в себя: объем ОЗУ 512 кбайт, дисковая память 1 Мбайт, VGA монитор. Методические указания по использованию Complab Prof приведены в учебно-справочном пособии [21]. Система функционального моделирования HyperSignal Block Diagram 4.0, разработанная фирмой Huperception, имеет широкий набор функциональных узлов и индикаторов [25]. Система позволяет осуществлять функциональное проектирование радиоэлектронных схем с помощью блоков (блочных функций), внутри которых, производится генерирование, преобразование, суммирование и прочие действия совершаемые над электрическими сигналами. Связывая между собой эти блоки, и наблюдая за прохождением сигнала через них, (наблюдая сигналы на входе и на выходе блоков) с помощью специальных дисплеев, можно смоделировать любую структурную схему и наглядно посмотреть прохождение сигнала через неё в целом. Хорошая среда визуального конструирования обеспечивает диалоговое управление, и изменение разработки во времени выполнения, который допускает непрерывный тип анализа. С Hypersignal Block Diagram пользователь может быстро изменить параметры разработки, и немедленно наблюдать результаты с графическим текстом и осциллографическими дисплеями. Фактически все блоки имеют параметры, которые потребитель может модифицировать, чтобы достигнуть желаемой функции. Для того, чтобы регулировать эти параметры, пользователь просто нажимает на иконку blockТs и появляется меню. Параметры легко редактируются и модифицируются. Открытая программная архитектура позволяет создавать и использовать фактически безграничное число и тип новых блочных функций. 2 Схемотехническое проектирование В таблице 2.1 представлены наиболее известные универсальные программы схемотехнического моделирования РЭА. Таблица 2.1
Пакет программа PSpice (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis – программа моделирования интегральных электрических цепей для персонального компьютера) на платформе DOS является самым некритичным к вычислительным ресурсам компьютера, но требует наличия арифметического сопроцессора, занимает несколько мегабайт дисковой памяти. Входной язык программы достаточно прост [17-19]. Отдельные программы пакета можно использовать автономно или вызывать из программной оболочки PSpice Control Shell (за исключением Parts). Методические указания по изучению приемов моделирования электронных схем с использованием оболочки PSpice Control Shell в форме уроков приведены в [23], а по выполнению проектных процедур в [25]. Возможен и графический ввод моделируемой схемы с помощью программ Electronics Workbench, Micro-CAP, Aplac и др., с последующим экспортом в PSpice в текстовом формате. Несомненными достоинствами пакета программ PSpice в DOS версии являются малое время, требуемое на установку и приобретение навыков моделирования, возможность управлять вычислительным процессам благодаря “открытости” системы, широкий набор проектных процедур и возможность выполнять математические операции с рассчитанными сигналами. Основные недостатки программы – функционирование в среде DOS, несовременный пользовательский интерфейс и отсутствие связи с программами проектирования печатных плат. Программа Electronics Workbench [5] всех версий реализована на платформе Windows, обеспечивает графический ввод моделируемой схемы, имеет дружественный пользовательский интерфейс. Измерительные приборы изображены на экране видеомонитора с максимальным приближением к реальным. Вид анализа и диапазон измерений определяется подключенными к анализируемой схеме измерительными приборами и настройками их органов управления. Программы Electronics Workbench версий 4 и 5 являются простейшими системами моделирования, рассчитаны на неподготовленного пользователя, легко устанавливаются на ЭВМ любой конфигурации и требуют соответственно 5 и 16 Мбайт дисковой памяти. К недостаткам этих версий следует отнести: одновременно можно наблюдать не более двух осциллограмм и только напряжений; у осциллографа отсутствует режим отображения диаграммы разностного напряжения; органичен набор проектных процедур; используются усеченные spice-модели полупроводниковых приборов. В старших версиях Electronics Workbench, например Multisim 2001, отмеченные недостатки в основном устранены, но пакет требует 150 Мбайт дисковой памяти. |
Добавить документ в свой блог или на сайт
