Реферат: Применение программных средств при проектировании радиотехнических устройств
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ГРАЖДАНСКОЙАВИАЦИИ
Кафедра радиотехнических устройств
Контрольная работа
по дисциплине «Проблемно-ориентированные пакеты прикладныхпрограмм в радиотехнике»
студента 3 курса заочногофакультета
Храпова Владимира Алексеевича
Специальность 160905
Шифр: РС — 071511
Москва 2009
Номер вопроса выбирается по последней цифре зачётной книжки:так как номер зачётной книжки РС-071511, то были выбраны первые вопросы изкаждой темы.
Теоретические вопросы.
Какие программные средства применяются при проектированиирадиотехнических устройств?
Каковы основные технические возможности программы Microsoft Word?
Дайте сравнительные характеристики широко используемыхпрограмм математических расчётов.
Какие программы моделирования процессов в радиоэлектронныхсхемах вы знаете? Их краткая характеристика.
Какие программы сквозного проектирования радиотехническихустройств вы знаете?
Каково назначение элементов меню пиктограмм программы System View?
Практическое задание.
С помощью выбранной студентом прикладной программынарисовать схему устройства, проектируемого по дисциплине «Схемотехника».
Какие программные средства применяются при проектировании радиотехническихустройств?
При проектировании радиотехнических устройствприменяются следующие программные средства:
текстовыередакторыииздательскиесистемы: Microsoft Word,Adobe Pagemaker, Ms Publisher, Scientific Word, Ventura Publisher, Ami Pro идр.;
переводчики и словари: Promt XT Office, Stilus, Lingvoи др.;
табличные процессоры: Microsoft Excel, Quattro Pro, Lotus1-2-3 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, Design Center, Design Lab, B2 SpiceA/D, Micro-Cap, LabView, Circuit Maker, Electronics Workbench, Multisim, AlteraMax Plus, Microwawe Office и др.;
программы моделирования и оптимизации процессов врадиотехнических системах: Dynamo, HyperSignal Block Diagram, SystemViewи др.;
САПР по выполнению схем и разводке печатныхплат: P-CAD, Accel EDA, Orcad, TangoPro, MaxRoute, Visual Route, Specctra,Protel, Trax Maker и др.
Работа программ происходит в соответствии с определеннымиалгоритмами.
Каковы основные технические возможности программы Microsoft Word?
Для работы с текстами на компьютере используютсяпрограммные средства, называемые текстовыми редакторами. Существуетбольшое количество разнообразных текстовых редакторов, различающихся по своимвозможностям. Основное назначение текстовых редакторов — создавать текстовые файлы, редактировать тексты, просматривать их на экране,изменять формат текстового документа, распечатывать его на принтере. MS-DOSEditor и Блокнот предназначены для обработки несложных текстовых файлов. Современныепрограммы предусматривают множество дополнительных функций, позволяющихготовить текстовую часть документа на типографском уровне:
форматирование символов и абзацев,
оформление страниц,
построение оглавлений и указателей,
создание таблиц, проверка правописания и т.д.
Кроме того, современные программы позволяют включать в текстграфические объекты: рисунки, диаграммы, фотографии.
Современный текстовый процессор Microsoft Wordпредназначен для создания, просмотра, модификации и печати текстовыхдокументов, предусматривает выполнение операций над текстовой и графическойинформацией. С помощью Word можно быстро и с высоким качеством подготовитьлюбой документ — от простой записки до оригинал-макета сложного издания.
Word дает возможность выполнять все без исключениятрадиционные операции над текстом, предусмотренные в современной компьютернойтехнологии:
набор и модификация неформатированной алфавитно-цифровойинформации;
форматирование символов с применением множества шрифтовTrueType разнообразных начертаний и размеров;
форматирование страниц (включая колонтитулы и сноски);
форматирование документа в целом (автоматическое составлениеоглавления и разнообразных указателей);
проверка правописания, подбор синонимов и автоматическийперенос слов.
В процессоре Word реализованы возможности новейшейтехнологии связывания и внедрения объектов, которая позволяет включать вдокумент текстовые фрагменты, таблицы, иллюстрации, подготовленные в другихприложениях Windows.
MS Word — одна из первых общедоступных программ, котораяпозволяет выполнять многие операции верстки, свойственные профессиональнымиздательским системам, и готовить полноценные оригинал-макеты для последующеготиражирования в типографии.
MS Word — это уникальная коллекция оригинальныхтехнологических решений, которые превращают нудную и кропотливую работу поотделке текста иногда в увлекательное, а иногда даже в успокаивающее занятие. Средитаких решений — система готовых шаблонов и стилей оформления, изящные приемысоздания и модификации таблиц, функции автотекста и автозамены, копированиеформата, пользовательские панели инструментов, макроязык и многие другие
Недостатки:
высокая трудоемкость при вводе сложных математическихвыражений и химических формул
не предназначен для изготовления полиграфической продукцииособо сложной структуры (атласов, альбомов, журнальных обложек), а также дляредактирования высококачественных иллюстраций.
Сравнительные характеристики широко используемых программ математическихрасчётов
В качестве программной среды для расчетов при проектированиирадиотехнических систем удобно пользоваться системой Mathcad.
Mathcad является математическим редактором,позволяющим проводить разнообразные научные и инженерные расчеты, начиная отэлементарной арифметики и заканчивая сложными реализациями численных методов. ПользователиMathcad — это студенты, ученые, инженеры, разнообразные технические специалисты.Благодаря простоте применения, наглядности математических действий, обширнойбиблиотеке встроенных функций и численных методов, возможности символьныхвычислений, а также превосходному аппарату представления результатов (графикисамых разных типов, мощных средств подготовки печатных документов и Web-страниц),Mathcad стал наиболее популярным математическим приложением.
Mathcad 11, в отличие от большинства других современныхматематических приложений, построен в соответствии с принципом WYSIWYG («WhatYou See Is What You Get» — «что Вы видите, то и получите»). Поэтомуон очень прост в использовании, в частности, из-за отсутствия необходимостисначала писать программу, реализующую те или иные математические расчеты, апотом запускать ее на исполнение. Вместо этого достаточно просто вводитьматематические выражения с помощью встроенного редактора формул, причем в виде,максимально приближенном к общепринятому, и тут же получать результат
Кроме того, можно изготовить на принтере печатную копиюдокумента или создать страницу в Интернете именно в том виде, который этотдокумент имеет на экране компьютера при работе с Mathcad/
Создатели Mathcad сделали все возможное, чтобы пользователь,не обладающий специальными знаниями в программировании (а таких большинствосреди ученых и инженеров), мог в полной мере приобщиться к достижениямсовременной вычислительной науки и компьютерных технологий.
Для эффективной работы с редактором Mathcad достаточнобазовых навыков пользователя. С другой стороны, профессиональные программисты (ккоторым относит себя и автор этих строк) могут извлечь из Mathcad намногобольше, создавая различные программные решения, существенно расширяющиевозможности, непосредственно заложенные в Mathcad.
В соответствии с проблемами реальной жизни,математикам приходится решать одну или несколько из следующих задач:
ввод на компьютере разнообразных математических выражений (длядальнейших расчетов или создания документов, презентаций, Web-страниц);
проведение математических расчетов;
подготовка графиков с результатами расчетов;
ввод исходных данных и вывод результатов в текстовые файлыили файлы с базами данных в других форматах;
подготовка отчетов работы в виде печатных документов;
подготовка Web-страниц и публикация результатов в Интернете;
получение различной справочной информации из областиматематики.
Со всеми этими (а также некоторыми другими) задачами суспехом справляется Mathcad:
математические выражения и текст вводятся с помощьюформульного редактора Mathcad, который по возможностям и простоте использованияне уступает, к примеру, редактору формул, встроенному в Microsoft Word;
математические расчеты производятся немедленно, всоответствии с введенными формулами;
графики различных типов (по выбору пользователя) с богатымивозможностями форматирования вставляются непосредственно в документы;
возможен ввод и вывод данных в файлы различных форматов;
документы могут быть распечатаны непосредственно в Mathcad втом виде, который пользователь видит на экране компьютера, или сохранены вформате RTF для последующего редактирования в более мощных текстовых редакторах(например Microsoft Word);
возможно полноценное сохранение документов Mathcad 11 вформате Web-страниц (генерация вспомогательных графических файлов происходитавтоматически);
имеется опция объединения разрабатываемых Вами документов вэлектронные книги, которые, с одной стороны, позволяют в удобном виде хранитьматематическую информацию, а с другой — являются полноценнымиMathcad-программами, способными осуществлять расчеты;
символьные вычисления позволяют осуществлять аналитическиепреобразования, а также мгновенно получать разнообразную справочнуюматематическую информацию
Таким образом, следует хорошо представлять себе, что всостав Mathcad входят несколько интегрированных между собой компонентов — этомощный текстовый редактор для ввода и редактирования как текста, так и формул,вычислительный процессор — для проведения расчетов согласно введенным формулами символьный процессор, являющийся, по сути, системой искусственного интеллектаСочетание этих компонентов создает удобную вычислительную среду дляразнообразных математических расчетов и, одновременно, документированиярезультатов работы.
Какие программы моделирования процессов в радиоэлектронных схемах вы знаете?Их краткая характеристика
Среди программ моделирования процессов врадиоэлектронных схемах можно выделить две основные программы:
Система схемотехнического моделирования ElectronicsWorkbench (Multisim);
MicroCAP — универсальный пакетпрограмм схемотехнического анализа.
Система схемотехнического моделирования ElectronicsWorkbench предназначена для моделирования и анализа электрических схем.
Программа Electronics Workbench позволяет моделироватьаналоговые, цифровые и цифро-аналоговые схемы большой степени сложности. Имеющиесяв программе библиотеки включают в себя большой набор широко распространенныхэлектронных компонентов.
Есть возможность подключения и создания новых библиотеккомпонентов.
Параметры компонентов можно изменять в широком диапазонезначений. Простые компоненты описываются набором параметров, значения которыхможно изменять непосредственно с клавиатуры, активные элементы — моделью,представляющей собой совокупность параметров и описывающей конкретный элементили его идеальное представление.
Модель выбирается из списка библиотек компонентов, параметрымодели также могут быть изменены пользователем.
Широкий набор приборов позволяет производить измеренияразличных величин, задавать входные воздействия, строить графики.
Все приборы изображаются в виде, максимально приближенном креальному, поэтому работать с ними просто и удобно.
Результаты моделирования можно вывести на принтер илиимпортировать в текстовый или графический редактор для их дальнейшей обработки.
Программа Electronics Workbench совместима с программойP-SPICE, то есть предоставляет возможность экспорта и импорта схем ирезультатов измерений в различные её версии.
Основные достоинства программы.
Экономия времени Работа в реальной лаборатории требуетбольших временных затрат на подготовку эксперимента. Теперь, с появлениемElectronics Workbench, электронная лаборатория всегда будет под рукой, чтопозволяет сделать изучение электрических схем более доступным.
Достоверность измерений В природе не существует двухсовершенно одинаковых элементов, то есть все реальные элементы имеют большойразброс значений, что приводит к погрешностям в ходе проведения эксперимента. ВElectronics Workbench все элементы описываются строго установленнымипараметрам, поэтому каждый раз в ходе эксперимента будет повторяться результат,определяемый только параметрами элементов и алгоритмом расчета.
Удобство проведения измерений — Учеба невозможна без ошибок,а ошибки в реальной лаборатории порой очень дорого обходятся экспериментатору. Работаяс Electronics Workbench, экспериментатор застрахован от случайного поражениятоком, а приборы не выйдут из строя из-за неправильно собранной схемы.
Благодаря этой программе в распоряжении пользователя имеетсятакой широкий набор приборов, который вряд ли будет доступен в реальной жизни. Такимобразом, у Вас всегда имеется уникальная возможность для планирования ипроведения широкого спектра исследований электронных схем при минимальныхзатратах времени.
Графические возможности — сложные схемы занимают достаточномного места, изображение при этом стараются сделать более плотным, что частоприводит к ошибкам в подключении проводников к элементам цепи. ElectronicsWorkbench позволяет разместить схему таким образом, чтобы были чётко видны всесоединения элементов и одновременно вся схема целиком.
Возможность изменения цвета проводников позволяет сделатьсхему более удобной для восприятия. Можно отображать различными цветами играфики, что очень удобно при одновременном исследовании несколькихзависимостей.
Совместимость с программой Р-SPICE Программа ElectronicsWorkbench базируется на стандартных элементах программы SPICE. Это позволяетэкспортировать различные модели элементов и проводить обработку результатов,используя дополнительные возможности различных версий программы P-SPICE.
Компоненты и проведение экспериментов.
В библиотеки компонентов программы входят пассивныеэлементы, транзисторы, управляемые источники, управляемые ключи, гибридныеэлементы, индикаторы, логические элементы, триггерные устройства, цифровые ианалоговые элементы, специальные комбинационные и последовательные схемы.
Активные элементы могут быть представлены моделями какидеальных, так и реальных элементов.
Возможно также создание своих моделей элементов и добавлениеих в библиотеки элементов.
В программе используется большой набор приборов дляпроведения измерений: амперметр, вольтметр, осциллограф, мультиметр,Боде-плоттер (графопостроитель частотных характеристик схем), функциональныйгенератор, генератор слов, логический анализатор и логический преобразователь.
Анализ схем Electronics Workbench может проводить анализсхем на постоянном и переменном токах. При анализе на постоянном токеопределяется рабочая точка схемы в установившемся режиме работы. Результатыэтого анализа не отражаются на приборах, они используются для дальнейшегоанализа схемы.
Анализ на переменном токе использует результаты анализа напостоянном токе для получения линеаризованных моделей нелинейных компонентов.
Анализ схем в режиме АС может проводиться как во временной,так и в частотной областях.
Программа также позволяет производить анализцифро-аналоговых и цифровых схем.
В Electronics Workbench можно исследовать переходныепроцессы при воздействии на схемы входных сигналов различной формы.
Операции, выполняемые при анализе: ElectronicsWorkbench позволяет строить схемы различной степени сложности при помощиследующих операций:
выбор элементов и приборов из библиотек,
перемещение элементов и схем в любое место рабочего поля,
поворот элементов и групп элементов на углы, кратные 90градусам,
копирование, вставка или удаление элементов, группэлементов, фрагментов схем и целых схем,
изменение цвета проводников,
выделение цветом контуров схем для более удобноговосприятия,
одновременное подключение нескольких измерительных приборови наблюдение их показаний на экране монитора,
присваивание элементу условного обозначения,
изменение параметров элементов в широком диапазоне.
Все операции производятся при помощи мыши и клавиатуры.Управление только с клавиатуры невозможно.
Путем настройки приборов можно:
изменять шкалы приборов в зависимости от диапазонаизмерений,
задавать режим работы прибора,
задавать вид входных воздействий на схему (постоянные игармонические токи и напряжения, треугольные и прямоугольные импульсы).
Графические возможности программы позволяют:
одновременно наблюдать несколько кривых на графике,
отображать кривые на графиках различными цветами,
измерять координаты точек на графике,
импортировать данные в графический редактор, что позволяетпроизвести необходимые преобразования рисунка и вывод его на принтер.
Electronics Workbench позволяет использовать результаты,полученные в программах P-SPICE, РСВ, а также передавать результаты изElectronics Workbench в эти программы. Можно вставить схему или её фрагмент втекстовый редактор и напечатать в нем пояснения или замечания по работе схемы.
MicroCAP-8 — это универсальныйпакет программ схемотехнического анализа, предназначенный для решения широкогокруга задач.
Характерной особенностью этого пакета является наличиеудобного и дружественного графического интерфейса, что делает его особеннопривлекательным для непрофессиональной студенческой аудитории.
Несмотря на достаточно скромные требования кпрограммно-аппаратным средствам ПК, его возможности достаточно велики.
С его помощью можно анализировать не только аналоговые, но ицифровые устройства.
Возможно также и смешанное моделирования аналого-цифровыхэлектронных устройств, реализуемое в полной мере опытным пользователем пакета,способным в нестандартной ситуации создавать собственные макромодели,облегчающие имитационное моделирование без потери существенной информации оповедении системы.
Однако авторы компетентно утверждают, что без использованиядополнительной справочной литературы существенно снижаются области применения MicroCAP.
Следует отметить, по возможностям схемотехническогомоделирования MicroCAP-8 достаточно близко приближаетсяк интегрированным пакетам DESIGNLAB, ORCAD,PCAD2002 — профессиональным средствам анализа ипроектирования электронных устройств, требующим больших компьютерных ресурсов идостаточно сложных в использовании, поэтому MicroCAPявляется весьма привлекательным для моделирования электронных устройств среднейстепени сложности. В случае необходимости дополнительные (и более подробные) сведениямогут быть получены из встроенной подсказки системы (вызывается клавишей <F1> или через меню ПОМОЩЬ).
Какие программы сквозного проектирования радиотехнических устройств вызнаете?Одними из важных средств современной организации трудаявляются системы автоматизированного проектирования (САПР), ориентированные наподготовку чертежей, составление спецификаций, перечней элементов, схем, разводкупечатных плат, моделирование процессов в аналоговых и цифровых цепях и т.д. Какправило, САПР имеют развитые библиотеки данных, что практически исключаетобращение к литературе и создает удобства пользователю.
Типовая радиотехническая САПР обеспечивает возможности:
визуализации и вывода изображения,
графического редактирования,
измерения на изображениях,
текстового редактирования,
работы с базами данных объектов,
работы с библиотеками графических объектов и текстов,
подготовки технической документации,
моделирования работы объектов,
программирования функций с помощью встроенного языка,
использования системных функций.
Указанные возможности обеспечиваются программными средствамиСАПР и требуют от пользователя минимальных навыков работы на ПЭВМ.
Рассмотрим основные особенности этой наиболеераспространенной программы САПР и порядок работы с ней применительно кдеятельности 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 программ включает в себя семь современныхпродуктов:
Orcad Capture — редактор электронных схем сбиблиотеками элементов,
Orcad Capture CIS Option — редактор электронных схем с доступом к информационной системе по компонентам исредствами ведения баз данных;
Pspice A/D — программа моделирования иверификации аналоговых и цифровых устройств с базовым комплектом библиотек,
Pspice Optimizer — параметрическая оптимизацияаналого-цифровых устройств;
Pspice Advanced Analysis — углубленныйанализ схем;
Orcad Layout Plus — интегрированный пакет проектирования многослойных печатных плат,
Specctra 6U — программа автоматизации проектирования печатных плат.
Редактор электронных схем Orcad Capture,который позволяет выполнять построение структурных, функциональных иэлектрических схем путем размещения и соединения пользователем условныхграфических изображений элементов, хранящихся в соответствующих библиотеках. Программаподдерживает режимы работы со стандартными форматами листов от A0 до А4.
Программа может работать в любом из графических стандартов,используемых в IBM совместимых компьютерах. Предусмотреноразмещение компонентов, их вращение, зеркальное отображение, соединениепроводниками и шинами, нанесение прерывистых линий, меток и текстовых обозначений,выделение отдельных частей схем в виде блоков, передвижение их и элементов поэкрану, копирование, удаление, изменение масштаба, поиск элементов по имени и т.д.Широко используется возможность работы с макросхемами, библиотечными файлами,принтером и графопостроителем, манипулятором типа «мышь». Возможносоздание новых библиотечных описаний графических обозначений с помощьюсоответствующего языка.
Структура системы P-CAD.
В настоящее время система P-CAD позволяет проводить сквозное проектирование аналоговых,цифровых и аналого-цифровых устройств. Она состоит из нескольких основныхмодулей и ряда вспомогательных программ. Заметим, что материал данной книгиориентирован на конструкторов, поэтому программа моделирования схем, такжевходящая в состав пакета, здесь не рассматривается, тем более что онапредставляет собой абсолютно автономный модуль.
Кратко рассмотрим назначение составных частей системы.
/>
Возможности системы P-CAD при проектировании печатных плат.
Система P-CAD 2004 выполняет полный цикл проектирования печатных плат,а именно:
графический ввод электрических схем;
смешанное аналого-цифровое моделирование на основе ядра SPICE3;
упаковку схемы на печатную плату;
ручное и интерактивное размещение компонентов;
ручную, интерактивную и автоматическую трассировкупроводников;
контроль ошибок в схеме и печатной плате;
выпуск документации;
анализ целостности сигналов и перекрестных искажений;
подготовку файлов Gerber и NC Drill дляпроизводства печатных плат;
подготовку библиотек символов, топологических посадочныхмест и моделей компонентов.
Система P-CAD обладает при вводе схемы и проектировании печатной платыследующими возможностями:
32-разрядная база данных;
«горячая» связь между редактором плат и схемнымредактором (DDE Hotlinks);
возможность прямой и обратной коррекции схемы и платы (ЕСО).
Для схемы:
минимальный шаг сетки 0,1 мил в английской системе и 0,001мм в метрической. Систему единиц можно изменить на любой фазе проекта;
до 20 000 компонентов в одной библиотеке;
до 99 открытых библиотек. Библиотеки можно открывать по меренеобходимости;
до 64 000 цепей в проекте;
до 10 000 выводов в компоненте;
до 5000 секций в компоненте;
до 2000 символов в атрибуте и в текстовой строке;
до 20 символов в имени вывода, имени цепи, позиционномобозначении вывода (пробелы, знаки табуляции, точки и скобки не допускаются);
до 30 символов в имени типа компонента (пробелы и знакитабуляции не допускаются);
до 30 символов в позиционном обозначении компонента (символыкириллицы, пробелы, знаки табуляции, точка и точка с запятой не допускаются);
до 999 страниц схем, максимальный размер листа 60x60 дюймов;
дискретность угла поворота компонента в схеме 90°.
Для платы:
максимальный размер проектируемой печатной платы 60x60дюймов;
до 999 слоев на печатной плате, из них 11 слоевпредварительно определены;
неограниченное количество компонентов в проекте; не более 64000 типов контактных площадок в проекте; ширина трассы до 1 см (394 мил); минимальныйугол поворота объекта на плате 0,1°;
контактные площадки 11 форм, возможность создаватьконтактные площадки произвольной полигональной формы;
контроль соблюдения зазоров и полноты разводки ПП.
Каково назначение элементов меню пиктограмм программы System View?Работа с программой SystemViewпроисходит 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 выбранной студентом прикладной программынарисовать схему устройства, проектируемого по дисциплине «Схемотехника».
По дисциплине «Схемотехника» проектировалсяимпульсный усилитель и источник питания.
Для рисования электрической принципиальной схемы былаиспользована программа SPlan.
/>
Рисунок 1. Принципиальная схема импульсного усилителя.
/>
Рисунок 2. Принципиальная схема источника питания.