Реферат: Проблемно-ориентированные пакеты прикладных программ в радиотехнике
МОСКОВСКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ
Кафедрарадиотехнических устройств
Контрольнаяработа № 1
«Проблемно-ориентированныепакеты прикладных программ в радиотехнике»
Москва2009
Номер вопроса выбираетсяпо последней цифре зачётной книжки: так как номер зачётной книжки РС-XXXX, тобыли выбраны первые вопросы из каждой темы.
Теоретические вопросы.
1. Какие программныесредства применяются при проектировании радиотехнических устройств?
2. Каковы основныетехнические возможности программы Microsoft Word?
3. Дайтесравнительные характеристики широко используемых программ математическихрасчётов.
4. Какие программымоделирования процессов в радиоэлектронных схемах вы знаете? Их краткаяхарактеристика.
5. Какие программысквозного проектирования радиотехнических устройств вы знаете?
6. Каково назначениеэлементов меню пиктограмм программы System View?
Практическое задание.
С помощью выбраннойстудентом прикладной программы нарисовать схему устройства, проектируемого подисциплине «Схемотехника».
1. Какие программныесредства применяются при проектировании радиотехнических устройств?
При проектированиирадиотехнических устройств применяются следующие программные средства:
— текстовыередакторыииздательскиесистемы: Microsoft Word, AdobePagemaker, Ms Publisher, Scientific Word, Ventura Publisher, Ami Pro и др.;
— переводчики исловари: Promt XT Office, Stilus, Lingvo и др.;
— табличныепроцессоры: Microsoft Excel, Quattro Pro, Lotus 1-2-3 и др.;
— графические редакторы и графические системы: PaintBrush, Adobe Photoshop, Corel Draw, AutoCAD, Компас-3D LT, Bcad, Micrografix Designer, Visio Pro, 3D Studio, Picture Publisher, Microstation CAD, Silver Screen и др.;
— математическиепрограммы: Mathcad, MathLab,Mathematica, Scientific Works Place, ASSO, MathPlot, Marple, Reduce,Statistica, Statgraphics Plus и др.;
— программымоделированияиоптимизациипроцессоввэлектронныхсхемах: PSpice, DesignCenter, Design Lab, B2 Spice A/D, Micro-Cap, LabView, Circuit Maker,Electronics Workbench, Multisim, Altera Max Plus, Microwawe Office и др.;
— программымоделирования и оптимизации процессов в радиотехнических системах: Dynamo, HyperSignal Block Diagram, SystemView и др.;
— САПР повыполнению схем и разводке печатных плат: P-CAD, Accel EDA, Orcad, TangoPro, MaxRoute, Visual Route, Specctra, Protel, Trax Maker и др.
Работапрограмм происходит в соответствии с определенными алгоритмами.
2. Каковыосновные технические возможности программы MicrosoftWord?
Дляработы с текстами на компьютере используются программные средства, называемыетекстовыми редакторами. Существует большое количество разнообразных текстовых редакторов,различающихся по своим возможностям.
Основноеназначение текстовых редакторов – создавать текстовые файлы, редактировать тексты,просматривать их на экране, изменять формат текстового документа, распечатыватьего на принтере.MS-DOS Editor и Блокнот предназначены для обработки несложныхтекстовых файлов. Современные программы предусматривают множестводополнительных функций, позволяющих готовить текстовую часть документа натипографском уровне:
· форматированиесимволов и абзацев,
· оформлениестраниц,
· построениеоглавлений и указателей,
· создание таблиц,проверка правописания и т. д.
Кроме того,современные программы позволяют включать в текст графические объекты: рисунки,диаграммы, фотографии.
Современныйтекстовый процессор Microsoft Word предназначен для создания, просмотра, модификации и печатитекстовых документов, предусматривает выполнение операций над текстовой играфической информацией. С помощью Word можно быстро и с высоким качествомподготовить любой документ — от простой записки до оригинал-макета сложногоиздания.
1. Word даетвозможность выполнять все без исключения традиционные операции над текстом,предусмотренные в современной компьютерной технологии:
2. — набор и модификация неформатированнойалфавитно-цифровой информации;
3. — форматирование символов с применениеммножества шрифтов TrueType разнообразных начертаний и размеров;
4. — форматирование страниц (включаяколонтитулы и сноски);
5. — форматирование документа в целом(автоматическое составление оглавления и разнообразных указателей);
6. — проверка правописания, подборсинонимов и автоматический перенос слов.
7. В процессоре Wordреализованы возможности новейшей технологии связывания и внедрения объектов,которая позволяет включать в документ текстовые фрагменты, таблицы,иллюстрации, подготовленные в других приложениях Windows.
8. MS Word — одна изпервых общедоступных программ, которая позволяет выполнять многие операцииверстки, свойственные профессиональным издательским системам, и готовитьполноценные оригинал-макеты для последующего тиражирования в типографии.
9. MS Word — этоуникальная коллекция оригинальных технологических решений, которые превращаютнудную и кропотливую работу по отделке текста иногда в увлекательное, а иногдадаже в успокаивающее занятие. Среди таких решений — система готовых шаблонов истилей оформления, изящные приемы создания и модификации таблиц, функции автотекстаи автозамены, копирование формата, пользовательские панели инструментов,макроязык и многие другие
Недостатки:
1. высокаятрудоемкость при вводе сложных математических выражений и химических формул
2. не предназначендля изготовления полиграфической продукции особо сложной структуры (атласов,альбомов, журнальных обложек), а также для редактирования высококачественныхиллюстраций.
3. Дайтесравнительные характеристики широко используемых программ математическихрасчётов.
В настоящее времяраспространены следующие математические программы: MathCad, Mathworks MathLab, Mathematica, Scientific Works Place, ASSO, MathPlot, Marple, Reduce,Statistica, Harvard Chart, Statgraphics Plus и др.Большинство из них имеет свой язык описания операций и сложен в освоении.Некоторые программы узко специализированы и имеют ограниченные областиприменения.В качестве программной среды для расчетов при проектировании радиотехническихсистем удобно пользоваться системой Mathcad.
Mathcad являетсяматематическим редактором, позволяющим проводить разнообразные научные и инженерныерасчеты, начиная от элементарной арифметики и заканчивая сложными реализациямичисленных методов. Пользователи Mathcad — это студенты, ученые, инженеры,разнообразные технические специалисты. Благодаря простоте применения,наглядности математических действий, обширной библиотеке встроенных функций ичисленных методов, возможности символьных вычислений, а также превосходномуаппарату представления результатов (графики самых разных типов, мощных средствподготовки печатных документов и Web-страниц), Mathcad стал наиболее популярнымматематическим приложением.
Mathcad 11, в отличие отбольшинства других современных математических приложений, построен всоответствии с принципом WYSIWYG («What You See Is What You Get» —«что Вы видите, то и получите»). Поэтому он очень прост виспользовании, в частности, из-за отсутствия необходимости сначала писатьпрограмму, реализующую те или иные математические расчеты, а потом запускать еена исполнение. Вместо этого достаточно просто вводить математические выраженияс помощью встроенного редактора формул, причем в виде, максимально приближенномк общепринятому, и тут же получать результат. Кроме того, можно изготовить напринтере печатную копию документа или создать страницу в Интернете именно в томвиде, который этот документ имеет на экране компьютера при работе с Mathcad/
Создатели Mathcad сделаливсе возможное, чтобы пользователь, не обладающий специальными знаниями впрограммировании (а таких большинство среди ученых и инженеров), мог в полноймере приобщиться к достижениям современной вычислительной науки и компьютерныхтехнологий.
Для эффективной работы средактором Mathcad достаточно базовых навыков пользователя. С другой стороны,профессиональные программисты (к которым относит себя и автор этих строк) могутизвлечь из Mathcad намного больше, создавая различные программные решения,существенно расширяющие возможности, непосредственно заложенные в Mathcad.
В соответствии спроблемами реальной жизни, математикам приходится решать одну или несколько изследующих задач:
· ввод накомпьютере разнообразных математических выражений (для дальнейших расчетов илисоздания документов, презентаций, Web-страниц);
· проведениематематических расчетов;
· подготовкаграфиков с результатами расчетов;
· ввод исходныхданных и вывод результатов в текстовые файлы или файлы с базами данных в другихформатах;
· подготовкаотчетов работы в виде печатных документов;
· подготовкаWeb-страниц и публикация результатов в Интернете;
· получениеразличной справочной информации из области математики.
Со всеми этими (атакже некоторыми другими) задачами с успехом справляется Mathcad:
· математическиевыражения и текст вводятся с помощью формульного редактора Mathcad, который повозможностям и простоте использования не уступает, к примеру, редактору формул,встроенному в Microsoft Word;
· математическиерасчеты производятся немедленно, в соответствии с введенными формулами;
· графики различныхтипов (по выбору пользователя) с богатыми возможностями форматированиявставляются непосредственно в документы;
· возможен ввод ивывод данных в файлы различных форматов;
· документы могутбыть распечатаны непосредственно в Mathcad в том виде, который пользовательвидит на экране компьютера, или сохранены в формате RTF для последующегоредактирования в более мощных текстовых редакторах (например Microsoft Word);
· возможнополноценное сохранение документов Mathcad 11 в формате Web-страниц (генерациявспомогательных графических файлов происходит автоматически);
· имеется опцияобъединения разрабатываемых Вами документов в электронные книги, которые, содной стороны, позволяют в удобном виде хранить математическую информацию, а сдругой — являются полноценными Mathcad-программами, способными осуществлять расчеты;
· символьныевычисления позволяют осуществлять аналитические преобразования, а такжемгновенно получать разнообразную справочную математическую информацию
Таким образом, следуетхорошо представлять себе, что в состав Mathcad входят несколько интегрированныхмежду собой компонентов — это мощный текстовый редактор для ввода иредактирования как текста, так и формул, вычислительный процессор — дляпроведения расчетов согласно введенным формулам и символьный процессор,являющийся, по сути, системой искусственного интеллекта Сочетание этихкомпонентов создает удобную вычислительную среду для разнообразныхматематических расчетов и, одновременно, документирования результатов работы
4. Какиепрограммы моделирования процессов в радиоэлектронных схемах вы знаете? Ихкраткая характеристика.
Среди программмоделирования процессов в радиоэлектронных схемах можно выделить две основные программы:
· Системасхемотехнического моделирования Electronics Workbench (Multisim);
· MicroCAP — универсальный пакет программсхемотехнического анализа.
Системасхемотехнического моделирования Electronics Workbench предназначена длямоделирования и анализа электрических схем.
ПрограммаElectronics Workbench позволяет моделировать аналоговые, цифровые ицифро-аналоговые схемы большой степени сложности. Имеющиеся в программе библиотекивключают в себя большой набор широко распространенных электронных компонентов.
· Есть возможностьподключения и создания новых библиотек компонентов.
· Параметрыкомпонентов можно изменять в широком диапазоне значений. Простые компонентыописываются набором параметров, значения которых можно изменять непосредственнос клавиатуры, активные элементы — моделью, представляющей собой совокупностьпараметров и описывающей конкретный элемент или его идеальное представление.
· Модель выбираетсяиз списка библиотек компонентов, параметры модели также могут быть измененыпользователем.
· Широкий наборприборов позволяет производить измерения различных величин, задавать входныевоздействия, строить графики.
· Все приборыизображаются в виде, максимально приближенном к реальному, поэтому работать сними просто и удобно.
· Результатымоделирования можно вывести на принтер или импортировать в текстовый илиграфический редактор для их дальнейшей обработки.
· ПрограммаElectronics Workbench совместима с программой P-SPICE, то есть предоставляетвозможность экспорта и импорта схем и результатов измерений в различные еёверсии.
Основныедостоинства программы
· Экономия времениРабота в реальной лаборатории требует больших временных затрат на подготовкуэксперимента. Теперь, с появлением Electronics Workbench, электроннаялаборатория всегда будет под рукой, что позволяет сделать изучениеэлектрических схем более доступным.
· Достоверностьизмерений В природе не существует двух совершенно одинаковых элементов, то естьвсе реальные элементы имеют большой разброс значений, что приводит кпогрешностям в ходе проведения эксперимента. В Electronics Workbench всеэлементы описываются строго установленными параметрам, поэтому каждый раз входе эксперимента будет повторяться результат, определяемый только параметрамиэлементов и алгоритмом расчета.
· Удобствопроведения измерений — Учеба невозможна без ошибок, а ошибки в реальнойлаборатории порой очень дорого обходятся экспериментатору. Работая сElectronics Workbench, экспериментатор застрахован от случайного поражениятоком, а приборы не выйдут из строя из-за неправильно собранной схемы.
· Благодаря этойпрограмме в распоряжении пользователя имеется такой широкий набор приборов,который вряд ли будет доступен в реальной жизни. Таким образом, у Вас всегдаимеется уникальная возможность для планирования и проведения широкого спектраисследований электронных схем при минимальных затратах времени.
· Графическиевозможности — сложные схемы занимают достаточно много места, изображение приэтом стараются сделать более плотным, что часто приводит к ошибкам вподключении проводников к элементам цепи. Electronics Workbench позволяетразместить схему таким образом, чтобы были чётко видны все соединения элементови одновременно вся схема целиком.
· Возможностьизменения цвета проводников позволяет сделать схему более удобной длявосприятия. Можно отображать различными цветами и графики, что очень удобно приодновременном исследовании нескольких зависимостей.
· Совместимость спрограммой Р-SPICE Программа Electronics Workbench базируется на стандартныхэлементах программы SPICE. Это позволяет экспортировать различные моделиэлементов и проводить обработку результатов, используя дополнительныевозможности различных версий программы P-SPICE.
Компоненты ипроведение экспериментов
· В библиотекикомпонентов программы входят пассивные элементы, транзисторы, управляемыеисточники, управляемые ключи, гибридные элементы, индикаторы, логическиеэлементы, триггерные устройства, цифровые и аналоговые элементы, специальныекомбинационные и последовательные схемы.
· Активные элементымогут быть представлены моделями как идеальных, так и реальных элементов.
· Возможно такжесоздание своих моделей элементов и добавление их в библиотеки элементов.
· В программеиспользуется большой набор приборов для проведения измерений: амперметр,вольтметр, осциллограф, мультиметр, Боде-плоттер (графопостроитель частотныххарактеристик схем), функциональный генератор, генератор слов, логическийанализатор и логический преобразователь.
· Анализ схемElectronics Workbench может проводить анализ схем на постоянном и переменномтоках. При анализе на постоянном токе определяется рабочая точка схемы вустановившемся режиме работы. Результаты этого анализа не отражаются наприборах, они используются для дальнейшего анализа схемы.
· Анализ напеременном токе использует результаты анализа на постоянном токе для получениялинеаризованных моделей нелинейных компонентов.
· Анализ схем врежиме АС может проводиться как во временной, так и в частотной областях.
· Программа такжепозволяет производить анализ цифро-аналоговых и цифровых схем.
· В ElectronicsWorkbench можно исследовать переходные процессы при воздействии на схемывходных сигналов различной формы.
Операции,выполняемые при анализе: Electronics Workbench позволяет строить схемыразличной степени сложности при помощи следующих операций:
· выбор элементов иприборов из библиотек,
· перемещениеэлементов и схем в любое место рабочего поля,
· поворот элементови групп элементов на углы, кратные 90 градусам,
· копирование,вставка или удаление элементов, групп элементов, фрагментов схем и целых схем,
· изменение цветапроводников,
· выделение цветомконтуров схем для более удобного восприятия,
· одновременноеподключение нескольких измерительных приборов и наблюдение их показаний наэкране монитора,
· присваиваниеэлементу условного обозначения,
· изменениепараметров элементов в широком диапазоне.
Все операциипроизводятся при помощи мыши и клавиатуры. Управление только с клавиатурыневозможно.
Путем настройкиприборов можно:
· изменять шкалыприборов в зависимости от диапазона измерений,
· задавать режимработы прибора,
· задавать видвходных воздействий на схему (постоянные и гармонические токи и напряжения,треугольные и прямоугольные импульсы).
Графическиевозможности программы позволяют:
· одновременнонаблюдать несколько кривых на графике,
· отображать кривыена графиках различными цветами,
· измерятькоординаты точек на графике,
· импортироватьданные в графический редактор, что позволяет произвести необходимыепреобразования рисунка и вывод его на принтер.
· ElectronicsWorkbench позволяет использовать результаты, полученные в программах P-SPICE,РСВ, а также передавать результаты из Electronics Workbench в эти программы.Можно вставить схему или её фрагмент в текстовый редактор и напечатать в немпояснения или замечания по работе схемы.
MicroCAP-8 — это универсальный пакет программ схемотехническогоанализа, предназначенный для решения широкого круга задач.
· Характернойособенностью этого пакета является наличие удобного и дружественногографического интерфейса, что делает его особенно привлекательным для непрофессиональной студенческойаудитории.
· Несмотря на достаточно скромные требования к программно-аппаратнымсредствам ПК, его возможности достаточно велики.
· С его помощью можно анализировать не только аналоговые, но и цифровые устройства.
· Возможно также исмешанное моделирования аналого-цифровых электронныхустройств, реализуемое в полной мере опытным пользователем пакета, способнымв нестандартной ситуации создавать собственные макромодели, облегчающие имитационноемоделирование без потери существенной информации о поведении системы.
Однакоавторы компетентно утверждают, что без использования дополнительной справочнойлитературы существенно снижаются области применения MicroCAP.
Следует отметить, по возможностям схемотехнического моделирования MicroCAP-8 достаточно близко приближается кинтегрированным пакетам DESIGNLAB, ORCAD, PCAD2002 — профессиональным средствам анализа ипроектирования электронных устройств, требующим больших компьютерных ресурсов идостаточно сложных в использовании, поэтому MicroCAP является весьмапривлекательным длямоделирования электронных устройств средней степени сложности. В случаенеобходимости дополнительные (и более подробные) сведения могут быть полученыиз встроенной подсказки системы (вызываетсяклавишей <F1> или через меню ПОМОЩЬ).
5. Какиепрограммы сквозного проектирования радиотехнических устройств вы знаете?
Однимииз важных средств современной организации труда являются системыавтоматизированного проектирования (САПР), ориентированные на подготовкучертежей, составление спецификаций, перечней элементов, схем, разводку печатныхплат, моделирование процессов в аналоговых и цифровых цепях и т.д. Как правило,САПР имеют развитые библиотеки данных, что практически исключает обращение клитературе и создает удобства пользователю.
Типоваярадиотехническая САПР обеспечивает возможности:
· визуализации ивывода изображения,
· графическогоредактирования,
· измерения наизображениях,
· текстовогоредактирования,
· работы с базамиданных объектов,
· работы сбиблиотеками графических объектов и текстов,
· подготовкитехнической документации,
· моделированияработы объектов,
· программированияфункций с помощью встроенного языка,
· использованиясистемных функций.
Указанные возможностиобеспечиваются программными средствами САПР и требуют от пользователя минимальныхнавыков работы на ПЭВМ.
Рассмотримосновные особенности этой наиболее распространенной программы САПР и порядокработы с ней применительно к деятельности радиоинженера.
Сведения о программе Orcad
Пакет программ Orcad фирмы Cadence обеспечивает полный цикл проектирования многослойныхпечатных плат с размещением элементов в интерактивном режиме и использованием сервисныхсредств.
Пакет программвключает в себя семь современных продуктов:
· Orcad Capture – редактор электронных схем с библиотеками элементов,
· Orcad Capture CIS Option – редактор электронных схем с доступом к информационнойсистеме по компонентам и средствами ведения баз данных;
· Pspice A/D — программамоделирования и верификации аналоговых и цифровых устройств с базовымкомплектом библиотек,
· Pspice Optimizer –параметрическая оптимизация аналого-цифровых устройств;
· PspiceAdvanced Analysis – углубленный анализсхем;
· Orcad Layout Plus — интегрированный пакет проектирования многослойныхпечатных плат,
· Specctra 6U – программа автоматизации проектирования печатных плат.
Редактор электронныхсхем OrcadCapture, который позволяет выполнять построение структурных,функциональных и электрических схем путем размещения и соединения пользователемусловных графических изображений элементов, хранящихся в соответствующихбиблиотеках. Программа поддерживает режимы работы со стандартными форматамилистов от A0 до А4.
Программа может работатьв любом из графических стандартов, используемых в IBM совместимых компьютерах. Предусмотрено размещение компонентов,их вращение, зеркальное отображение, соединение проводниками и шинами, нанесениепрерывистых линий, меток и текстовых обозначений, выделение отдельных частейсхем в виде блоков, передвижение их и элементов по экрану, копирование,удаление, изменение масштаба, поиск элементов по имени и т.д. Широкоиспользуется возможность работы с макросхемами, библиотечными файлами,принтером и графопостроителем, манипулятором типа «мышь». Возможно созданиеновых библиотечных описаний графических обозначений с помощью соответствующегоязыка.
Структура системы P-CAD
В настоящее время система P-CAD позволяет проводитьсквозное проектирование аналоговых, цифровыхи аналого-цифровых устройств. Она состоит из нескольких основных модулей и ряда вспомогательных программ.Заметим, что материал данной книги ориентирован на конструкторов, поэтому программа моделирования схем, такжевходящая в состав пакета, здесь нерассматривается, тем более что она представляет собой абсолютно автономный модуль.
Кратко рассмотрим назначение составных частейсистемы.
/>
Возможности системы P-CADприпроектировании печатных плат
Система P-CAD2004 выполняет полныйцикл проектирования печатных плат, а именно:
· графический ввод электрических схем;
· смешанноеаналого-цифровое моделирование на основе ядра SPICE3;
· упаковкусхемы на печатную плату;
· ручное и интерактивное размещение компонентов;
· ручную, интерактивную и автоматическую трассировкупроводников;
· контроль ошибок в схеме и печатной плате;
· выпускдокументации;
· анализ целостности сигналов и перекрестных искажений;
· подготовкуфайлов Gerber и NC Drill для производства печатных плат;
· подготовку библиотек символов, топологических посадочныхмест и моделей компонентов.
Система P-CADобладает при вводе схемыи проектировании печатной платы следующимивозможностями:
· 32-разряднаябаза данных;
· «горячая»связь между редактором плат и схемным редактором (DDE Hotlinks);
· возможность прямой и обратной коррекции схемы и платы(ЕСО).
Для схемы:
· минимальныйшаг сетки 0,1 мил в английской системе и 0,001 мм в метрической. Систему единиц можно изменить на любой фазе проекта;
· до 20000 компонентов в одной библиотеке;
· до 99открытых библиотек. Библиотеки можно открывать по мере необходимости;
· до 64000 цепей в проекте;
· до 10000 выводов в компоненте;
· до5000 секций в компоненте;
· до2000 символов в атрибуте и в текстовой строке;
· до 20символов в имени вывода, имени цепи, позиционном обозначении вывода (пробелы, знаки табуляции, точки и скобки недопускаются);
· до 30символов в имени типа компонента (пробелы и знаки табуляции не допускаются);
· до 30символов в позиционном обозначении компонента (символы кириллицы, пробелы, знаки табуляции, точка и точка сзапятой не допускаются);
· до999 страниц схем, максимальный размер листа 60x60 дюймов;
· дискретностьугла поворота компонента в схеме 90°.
Для платы: максимальный размерпроектируемой печатной платы 60x60 дюймов;
· до999 слоев на печатной плате, из них 11 слоев предварительно определены;
· неограниченное количество компонентов в проекте; не более 64 000 типовконтактных площадок в проекте; ширина трассы до 1 см (394 мил); минимальныйугол поворота объекта на плате 0,1°;
· контактныеплощадки 11 форм, возможность создавать контактные площадки произвольной полигональной формы;
· контроль соблюдения зазоров и полноты разводки ПП.
6. Каково назначениеэлементов меню пиктограмм программы System View?
Работа с программой SystemView происходит в основных двух окнах.
На рисунке показано окно формирования задания на анализрадиотехнической системы (в дальнейшем будем называть его системным окном). Дляэкономии места внутри рабочего окна дана расшифровка главных условныхобозначений операций (пиктограмм).
/>
Практическое задание.
С помощью выбраннойстудентом прикладной программы нарисовать схему устройства, проектируемого подисциплине «Схемотехника».
По дисциплине«Схемотехника» проектировался импульсный усилитель и источник питания. Длярисования электрической принципиальной схемы была использована программа SPlan.
/>
/>
Рисунок 1. Принципиальнаясхема импульсного усилителя:
/>
Рисунок 2. Принципиальнаясхема источника питания.