. С. 146150. В настоящее время особенно активно происходит изменение роли компьютера в обучении из средств

Работа добавлена на сайт samzan.net:

Использование виртуальных лабораторий – фактор повышения качества и эффективности формирования профессиональных компетенций у студентов

Библиографическое описание: Сохатюк Ю. В. Использование виртуальных лабораторий – фактор повышения качества и эффективности формирования профессиональных компетенций у студентов [Текст] / Ю. В. Сохатюк // Педагогика: традиции и инновации: материалы междунар. заоч. науч. конф. (г. Челябинск, октябрь 2011 г.).Т. II. — Челябинск: Два комсомольца, 2011. — С. 146-150.

В настоящее время особенно активно происходит изменение роли компьютера в обучении: из средства, используемого лишь на занятиях по информатике, компьютер превращается в деятельного помощника преподавателя на лекциях и семинарах.

По мнению российских экспертов, информационные технологии обучения позволяют повысить эффективность практических и лабораторных занятий не менее, чем на 30%, а объективность контроля знаний студентов – на 20-25%. Успеваемость в группах, обучающихся с использованием компьютерных технологий обычно выше в среднем на 0,5 балла.

Использование компьютеров в преподавании различных дисциплин позволяет:

активизировать познавательную деятельность, выйти на более высокий уровень восприятия и усвоения материала. Восприятие необычной и яркой по качеству информации способствует формированию интереса к предмету, стремления к самообучению, создает основу для развития;
реализовать идеи индивидуального и дифференциального подхода в процессе обучения;
подготовить студентов к активной деятельности в современных условиях;
оказать помощь преподавателю в организации систематического контроля, обеспечив объективную оценку деятельности студентов;
создать условия для развития творческих способностей, логического мышления, памяти. Ведение диалога с компьютером требует от студентов умения анализировать, принимать самостоятельные решения, а также внимательности и аккуратности.

Формы применения информационных технологий в обучении зависят от специфики конкретной дисциплины, а также от уровня технической и программной поддержки курса.

Одним из видов программных средств. используемых при подготовке инженерных кадров по различным специальностям являются имитационно-моделирующие программные средства.

Под виртуальной лабораторией мы понимаем комплекс программ или программно-аппаратное средство, а также набор документации по их использованию, позволяющие проводить эксперимент полностью или частично на математической модели. [3]

Сочетание виртуальной и реальной действительности заставляет студентов широко применять справочную и научную литературу, приучает самостоятельно мыслить и принимать решения, стимулирует к самообразованию и позволяет раскрыть их творческие возможности. [1]

Моделирование электронных устройств в компьютерном классе или дома и визуализация результатов в виде осциллограмм, графиков, характеристик, показаний виртуальных приборов способствует лучшему пониманию принципов функционирования реальных схем управления и контроля технологическими процессами производства . Эксперименты на моделях дополняют и расширяют реальные физические эксперименты, т. к. позволяют исследовать аварийные режимы, недопустимые при натурных испытаниях устройств, замедлить или ускорить развитие электромагнитных процессов в электрических устройствах, что позволяет более глубоко усвоить их сущность. [2]

Следует отметить экономическую эффективность применения имитационно-моделирующих программных средств.

Работа в виртуальной лаборатории позволяет без больших материальных затрат довести до конца любые решения, выбрать оптимальный путь, а уж потом претворять его в жизнь.

Кроме того, смена поколений электронных компонентов происходит очень быстро и совершенствование физической базы лабораторий отстает от реальной жизни.

«Виртуальная лаборатория» позволяет следовать в русле быстро меняющейся элементной базы благодаря доступности через Интернет моделей электронных устройств, дает возможность применять в исследованиях самые современные изделия. [1]

В разрабатываемых ГОС СПО 3-го поколения подчеркивается необходимость приобретения студентами профессиональных умений и навыков и знание средств (современных измерительных комплексов, аппаратуры исследований и промышленного оборудования), с помощью которых они достигаются.

В настоящее время широкое распространение получили компьютерное моделирование и анализ схем электронных устройств с использованием таких программ, как Electronics Workbench, DesignLab, Aplac, P-Spice, Micro-Logic, LabVIEW, NI Multisim, Proteus и др.

На этапе начального освоения студентами моделирования электронных устройств наиболее приемлемым средством, по нашеу мнению, является программа Multisim, разработанная корпорацией National Instruments. Библиотеки этой программы включают более 16000 электронных компонентов, сопровождаемых аналитическими моделями, пригодными для быстрого моделирования. Программа предоставляет возможности пользователю редактировать имеющиеся компоненты и создавать новые. Кроме того, в сети Интернет в свободном доступе существует множество библиотек компонентов, включая и отечественные. В программе Multisim имеется комплект контрольно-измерительных приборов, по внешнему виду и характеристикам, приближенным к их промышленным аналогам.

На базе программы Multisim на кафедре «Электроника и информатика» «МАТИ» - РГТУ имени К.Э. Циолковского разработан лабораторный комплекс LabWorks. В состав комплекса входит описание лабораторных работ, включая цель работы, теоретические сведения, задания и указания к их выполнению, чертежи схем для исследования, тестовые задания, позволяющие проверить степень подготовки студента к выполнению лабораторной работы, электронная тетрадь студента - шаблоны отчетов по работе, электротехнический калькулятор. LabWorks обеспечивает проведение лабораторного практикума по электротехнике и электронике, как в компьютерных классах учебного заведения, так и дома на персональном компьютере. Использование этой среды позволяет студентам автоматизировать рутинные операции по оформлению отчетов по работам, больше внимания уделить анализу полученных данных и лучше подготовиться к защите работ за отведенное в учебной программе время.

Прежде чем приступить к моделированию в среде Multisim, студент должен самостоятельно проработать лекционный материал по теме работы, изучить основные теоретические положения и расчетные соотношения, приведенные в описании работы, выполнить расчет параметров для установки при моделировании схем устройств, инструкции работы со средами LabWorks и Multisim. Перейти к экспериментов студент сможет только после прохождения тестового «контроля на допуск» к моделированию.[2]

Однако, не смотря на несомненные достоинства, использование сред подобных LabWorks имеет и определенные недостатки. Разработка подобной среды достаточно трудоемкий и длительный процесс, для разработки такой среды требуется привлечение специалистов, т.к. большинство преподавателей предметников не обладают необходимыми знаниями и опытом. Внесение изменений в саму среду, адаптация ее под требования учебного заведения также требуют затрат времени и привлечения специалистов.

Как показывает многолетний опыт использования программ Electronics Workbench и Multisim в преподавании учебных дисциплин «Электронная техника» и «Цифровая схемотехника» можно их эффективно использовать и без дополнительной программной оболочки. Методические указания для выполнения работ оформляются преподавателями учебных дисциплин с использованием текстового процессора (навыком работы с этим классом программ обладают практически все преподаватели), отчеты оформляются студентами на основе ими же подготовленных шаблонов. Программы Electronics Workbench и Multisim используются в роли мощных универсальных инструментов для проведения исследований и экспериментов.

При этом система получает большую гибкость, не требуется привлечение дополнительных специалистов к разработке и использованию комплекса в учебном процессе.

Еще одно достоинство программы Multisim в том, что она позволяет представить 3D модель собранной схемы на макетной плате.

В течение долгого времени компания National Instruments поддерживает и развивает партнерские отношения с ведущими мировыми инженерными школами и университетами, помогая внедрять и изучать высокие технологии, ставшие стандартом в промышленности и науке. Более 130 учебных заведений в России используют программное и аппаратное обеспечение NI в учебных и научно-исследовательских лабораториях.

Платформа NI ELVIS II (Educational Laboratory Virtual Instrumentation Suite, учебная лабораторная станция виртуальных приборов) является базовым решением для разработки и создания лабораторных практикумов и учебных лабораторий в ВУЗах и колледжах. Платформа NI ELVIS II представляет собой настольную лабораторную станцию для подключения к ПК.

Студенты проектируют аналоговые и цифровые схемы, моделируют прототипы систем и устройств в среде визуального моделирования электронных схем и компонентов MultiSim 10.1, затем собирают прототип на реальной платформе и тестируют при помощи приборов, входящих в состав ELVIS II. Тем самым они получают уникальную возможность пройти весь цикл создания изделия на единой платформе - учебной лаборатории Multisim (Educational Laboratory Virtual Instrumentation Suite) от таблицы истинности до принципиальной электрической схемы на интегральных схемах ведущих мировых производителей. [4], [5]

Рис. 1. Лабораторная станция NI ELVIS II с интерфейсом USB

Кроме программы Multisim при изучении учебной дисциплины «Микропроцессоры и микропроцессорные системы» целесообразно использовать для проведения лабораторных работ и курсового проектирования программу Proteus разработанную фирмой Labcenter Electronics.

Proteus — программа-симулятор микроконтроллерных устройств. Proteus совместим с огромным количеством цифровых и аналоговых моделей устройств. Профессиональный Proteus поддерживает такие типы микроконтроллеров: PIC ARM7/LPC2000, AVR, 8051, HC11 и многие другие популярные процессоры. Также Proteus работает с ассемблерами и компиляторами. Кроме этого программа Proteus способна качественно эмулировать собранную аналоговую или цифровую схему. Главное достоинство программы — удобные средства для написания и отладки программы управления микропроцессорной системой.

На рисунках 2 и 3 приведем копии экранов программ Multisim и Proteus со схемой однополупериодного диодного выпрямителя.

Рис. 2 Схема однополупериодного диодного выпрямителя в программе Multisim

Рис. 3 Схема однополупериодного диодного выпрямителя в программе Proteus

Обе программы позволяют выполнять сквозное проектирование электронных устройств: от разработки электрической принципиальной схемы до проектирования печатных плат. Программы позволяют увидеть спроектированное устройство в виде 3D модели. На рисунке 4 приведена 3D модель микропроцессорного блока, выполненная в программе Proteus. Программа Proteus позволяет «одним движением мышки» увидеть спроектированную плату как с установленными компонентами так и лишь посадочные места для этих компонентов (см. рис 5).

Рис. 4. 3D модель микропроцессорного блока выполненная в программе Proteus

Использование программы Proteus на 3 и 4 курсах становится идеальным инструментом при выполнении студентами курсовых проектов по учебным дисциплинам «Микропроцессоры и микропроцессорные системы» и «Конструирование, производство и эксплуатация средств вычислительной техники», позволяя студентам выполнить сквозную разработку микропроцессорной системы: на 3 курсе разработать электрическую схему, написать и отладить программу управления, а на 4 курсе разработать конструкцию печатного узла микропроцессорной системы.

Рис. 5 Печатная плата с установленными компонентами и печатная плата без компонентов

Таким образом, использование программ Multisim и Proteus при изучении общепрофессиональных и профессиональных дисциплин обеспечивает повышение качества и эффективности формирования профессиональных компетенций у студентов, позволяет в полной мере реализовать требования образовательных стандартов 3 поколения.

Литература:

1. Методические особенности разработки и применения в учебном процессе электронно-инновационных средств обучения. Автор: Шаройкина Л.П.

2. Марченко А.Л., Освальд С.В. Лабораторный практикум по электротехнике и электронике в среде Multisim. Учебное пособие для вузов.- М.: ДМК Пресс, 2010. -448 с.: ил.

3. Разработка виртуальной лаборатории по электротехнике в среде MULTISIM. Удаленный электронный ресурс: http://lab-centre.ru/mess233.htm

4. Платформа NI ELVIS II. Удаленный электронный ресурс: http://digital.ni.com/worldwide/russia.nsf/web/all/8D7356C1C18B541686257505003EE98F

5. XXXIII ГАГАРИНСКИЕ ЧТЕНИЯ. Научные труды Международной молодежной научной конференции в 8 томах. Москва, 7-10 апреля 2009 г. М.: МАТИ, 2009. Т.4, 270 с. Имитационное моделирование цифровых систем в среде Multisim Демчук Д.В.

Автор: Сохатюк Юрий Владимирович

«Педагогика: традиции и инновации» (Челябинск, октябрь 2011 г.)

Поделиться…

Обсуждение

Оставить комментарий:

Начало формы

войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправить комментарий

Конец формы

Электронная почта: info@moluch.ru

Телефон: 8-800-555-1487 (звонок по России бесплатный)

Министерство транспорта Российской Федерации Федеральное агентство железнодорожного транспорта ГОУ ВПО «Дальневосточный государственный университет путей сообщения» Кафедра «Системы автоматизированного проектирования» В.Н. Гопкало А.И. Блох ПРОЕКТИРОВАНИЕ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ В ПРОГРАММНОЙ СРЕДЕ «PROTEUS» Методические указания по выполнению лабораторных работ по дисциплине «САПР устройств и систем связи» Хабаровск Издательство ДВГУПС 2010 2

УДК ББК Рецензенты: Гопкало, В.Н. Проектирование радиоэлектронных устройств в программной среде «Proteus»: Методические указания / В. Н. Гопкало, А.И. Блох. – Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2010. – 20 с.: ил. Методическое пособие соответствует ГОС ВПО направления подготовки дипломированных специалистов и магистров направления 210400 «Телекоммуникации» Рассмотрены вопросы построения электрических схем в системе автоматизированного проек-тирования, их симуляции, моделирования печатных плат, а также создания проектно-конструкторской документации. Предназначены для студентов 5 курса, обучающихся по направлению 210400 «Телекоммуни-кации» дневной формы обучения. © ГОУ ВПО «Дальневосточный государственный университет путей сообщения» (ДВГУПС), 2010 3

Содержание

Содержание ..................................................................................................... 3

Введение .......................................................................................................... 4

1 Лабораторная работа №1. Сборка электрической схемы в приложении «ISIS Professional» среды «PROTEUS» ................................ 5

1.1 Цель работы ........................................................................................... 5

1.2 Краткая теория ....................................................................................... 5

1.3 Порядок выполнения работы ............................................................... 6

1.4 Контрольные вопросы ........................................................................... 9

2 Лабораторная работа №2. Отладка работы и тестирование выбранной схемы в приложении «ISIS Professional» .............................. 10

2.1 Цель работы ......................................................................................... 10

2.2 Краткая теория ..................................................................................... 10

2.3 Порядок выполнения работы ............................................................. 15

2.4 Контрольные вопросы ......................................................................... 18

3 Лабораторная работа №3. Разводка печатной платы: компановка и трасировка радиоэлементов ..................................................................... 19

3.1 Цель работы ......................................................................................... 19

3.2 Краткая теория ..................................................................................... 19

3.3 Порядок выполнения работы ............................................................. 20

3.4 Контрольные вопросы ......................................................................... 24

Заключение .................................................................................................... 25

Библиографический список .......................................................................... 26 4

Введение

Возрастающая сложность объектов проектирования радиоэлектронной и электронно-вычислительной аппаратуры (РЭА и ЭВА), особенно систем автоматического управления, постоянное ужесточение требований к каче-ству проектно-конструкторской документации, чрезвычайно высокая цена ошибочных проектных решений входят в противоречие с традиционными инструментами и технологией проектирования. Поэтому появилась необ-ходимость разрабатывать, внедрять и развивать новый набор инструмен-тов – инструментарий проектировщика – системы автоматизированного проектирования (САПР). Дальнейшим развитием САПР стало появление интегрированных САПР, включающее автоматизированную систему научных исследований (АСНИ) для проведения предпроектных исследований и формирования технического задания (ТЗ); инженерный анализ; САПР конструирования и технологии; системы автоматизированного производства с применением станков с ЧПУ, гибких производственных систем (ГПС). Задачи изучения САПР: в результате изучения курса «Системы авто-матизированного проектирования устройств и систем связи» студенты должны овладеть знаниями общих основ построения и функционирования САПР РЭА и ЭВА с потребностями промышленного производства и прак-тическими навыками проектирования РЭА и ЭВА на базе САПР PCAD 2004, Proteus и анализа полученных результатов проектирования. Студенты должны знать: идеологию и архитектуру САПР РЭА и ЭВА, отдельные ее подсистемы и компоненты в применении к проектным про-цедурам и операциям на всех этапах проектирования РЭА и ЭВА – от вы-дачи ТЗ на проект до передачи технической документации изготовителю; автоматизацию системотехнического, схемотехнического, конструкторско-го, технологического проектирования и изготовления, математические мо-дели, методы и алгоритмы, которые положены в основу подсистем проек-тирования. Студенты должны уметь: провести настройку САПР PCAD 2004 и Proteus; владеть методикой автоматизированного проектирования элек-тронных принципиальных схем на ПЭВМ IBM PC с помощью САПР PCAD 2004 и Proteus; осуществлять коррекцию проекта; анализировать получен-ные данные и формулировать выводы, вытекающие из анализа данных; выдавать проектно-конструкторскую документацию с периферийных уст-ройств САПР; владеть навыками самостоятельного изучения материала по смежным вопросам; ориентироваться в современной литературе по проектированию РЭА и ЭВА; связывать теорию с практикой производства в процессе проектирования; разбираться в способах использования инст-рументов САПР с учетом эффективности. 5

1 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1. СБОРКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ В ПРИЛОЖЕНИИ «ISIS PROFESSIONAL» СРЕДЫ «PROTEUS»

1.1 Цель работы

Получить базовые навыки сборки радиоэлектронного устройства при помощи приложения ISIS Professional.

1.2 Краткая теория

Proteus – это коммерческий пакет программ класса САПР, объединяю-щий в себе две основных программы: ISIS – средство разработки и отлад-ки в режиме реального времени электронных схем и ARES – средство раз-работки печатных плат. В качестве автоматического трассировщика в по-следнем может использоваться вспомогательная программа «ELECTRA Autorouter». Отличие от аналогичных по назначению пакетов программ, например, Electronics Workbench Multisim, MicroCap, Tina и т.п. в развитой системе симуляции (интерактивной отладки в режиме реального времени и поша-говой) для различных семейств МК: 8051, PIC (Microchip), AVR (Atmel), и др. Программа «Proteus» имеет обширные библиотеки компонентов, в том числе и периферийных устройств: индикации, температурных датчиков, интерактивных элементов ввода-вывода: кнопок, переключателей, вирту-альных портов и виртуальных измерительных приборов, интерактивных графиков, которые не всегда присутствуют в других подобных программах. К программному пакету прилагается большое количество примеров распо-ложенных в папке Samples. Папка Schematic&PCBLayout – содержит примеры выполнения схем и печатных плат, т.е. почти каждый пример проекта в ISIS (.DSN) имеет од-ноименный пример проекта в ARES (.LYT). Наиболее интересны в этой папке следующие примеры проектов: – Features.DSN – пример возможностей схемотехники в ISIS Пример не симулируется, а просто показывает варианты построения схем в ISIS . Обратите внимание – стереоусилитель в правом верхнем углу содержит дочерние листы модулей каналов;

– PICDEM2.DSN – пример построения схемы с микропроцессором. Пример многолистовой, т.е. щелкнув правой лапкой мышки по свободному месту на листе можно выбрать один из трех листов во всплывающем меню внизу. Обратите внимание на грамотное построение – все интерактивные элементы (кнопки, индикация и т.п.) расположены на главном первом лис-те, сам микропроцессор на втором, блок питания на последнем. Наиболее впечатляет окружающих – 3D визуализация в ARES. Для этого 6

открыв любой проект из этой папки в ARES достаточно выбрать пункт 3D Visualization в закладке Output верхнего меню. Далее, удерживая нажатую левую кнопку мышки, вы можете вращать плату, перемещением, или уда-лять приближать «колесом». Папка Interactive Simulation – содержит примеры поддерживающие си-муляцию в реальном времени. Для начинающих наиболее интересна под-папка Animated Circuits с анимированными простыми схемами. А в ней все дизайны OSC – генераторы и TTLClock.DSN – действующие часы на TTL логике. Остальные подпапки содержат примеры применения виртуальных инструментов и портов. Graph Based Simulation – содержит примеры исследования схем с по-мощью графиков или графов. Tutorials – примеры создания собственных модулей и компонентов. Ряд папок начинающихся с VSM и далее характерный тип микроконтроллеров, примеры для которых помещены в одноименной папке. Наиболее полно представлены микропроцессоров (МК) PIC фирмы «MicroChip», поскольку корпорация «Labcenter» плодотворно и давно сотрудничает с этим произ-водителем. Программа «Proteus» включена в качестве отладочного инст-румента у производителя «MPLAB IDE» и в папке «VSM MPLAB Viewer» имеются примеры совместного использования этих двух программных продуктов. В папках с примерами по микроконтроллерам вы найдете мно-жество примеров применения, как правило, в названии подпапки с приме-ром можно понять что внутри: Clock – часы, Calculator – калькулятор, Chess – шахматы.

1.3 Порядок выполнения работы

1.3.1 Задание:

– построить принципиальную схему, выбранного вами радиоэлектрон-ного устройства при помощи приложения ISIS Professional; – произвести выбор элементной базы с помощью библиотек приложе-ния; – осуществить наладку и тестирование построенной схемы.

1.3.2 Ход работы

1) Сначала нужно запустить приложение для моделирования элек-тронных схем – ISIS Professional. При этом открывается окно, приведенное на рисунке 1:

Рисунок 1 – Основное рабочее пространство «ISIS»

2) Далее нажав кнопку «», на левой вертикальной панели инст-рументов, переходим в режим добавления компонентов (devices). Изна-чально список компонентов пуст. В него необходимо добавить компоненты из библиотеки, для этого нажимаем кнопку «» над списком компонен-тов. В результате откроется окно библиотеки «Pick Devices», изображен-ное на рисунке 2.

Рисунок 2 – Окно библиотеки «Pick Devices»

3) Вводя название компонента в поле «Keywords:» находим необхо-димый компонент. Пример нахождения элемента приведен на рисунке 3. В правой части окна приведены изображения предварительного просмотра выбранного компонента в схеме (окно «Sch Preview») и на печатной плате (окно «PCB Preview»). Далее нажимаем «ОК» и компонент добавляется в список компонентов.

Важно иметь в виду, что для полноценного проектирования, необходи-мо проследить за наличием изображения УГО элемента и изображения элемента на печатной плате.

Рисунок 3 – Нахождение элемента в библиотеке

В правой части окна приведены изображения компонента

4) Повторяя шаги 2 и 3, добавляем все необходимые компоненты. В результате формируется список используемых элементов, изображенный на рисунке 4.

Рисунок 4 – Режим добавления элементов после работы с «Pick Devices»

5) Далее добавляем нужное количество компонентов в рабочую об-ласть и соединяем их в нужной последовательности. Для добавления пи-тания и земли необходимо нажать кнопку «» и перейти в режим termin-als.

Рисунок 5 – Пример сборки электрической схемы с применением элементов «Земля» и «Питание»

1.4 Контрольные вопросы

1) Дайте определение термина проектирование.

2) Дайте определение термина проектная процедура.

3) Состав САПР.

4) Поясните содержание основных этапов проектирования — системо-технического, схемотехнического и конструкторского.

5) Поясните содержание основных уровней этапов системотехнического и схемотехнического проектирования.

6) Поясните задачи логического проектирования.

7) Какие вы знаете виды неисправностей?

8) Дайте классификацию тестов.

9) Перечислите основные методы синтеза тестов.

10) Перечислите задачи схемотехнического проектирования.

2 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2. ОТЛАДКА РАБОТЫ И ТЕСТИРОВАНИЕ ВЫБРАННОЙ СХЕМЫ В ПРИЛОЖЕНИИ «ISIS PROFESSIONAL»

2.1 Цель работы

Получить базовые знания и навыки по отладке и тестированию радио-электронного устройства при помощи приложения ISIS Professional.

2.2 Краткая теория

2.2.1 Наладка схемы

После сборки электрической схемы процесс проектирования предпола-гает тестирование собранного модуля на работоспособность, соответст-вие входных и выходных параметров техническому заданию, и отладку в целом схемы, либо отдельных ее модулей. Все вышеперечисленные опе-рации позволяет осуществить приложение «ISIS», в котором имеются вир-туальные тестеры различных параметров (например, амперметр, вольт-метр), осциллограф и другие виртуальные устройства. В процессе симу-ляции приложение может выдавать различные сообщения, призванные облегчить труд проектировщика в процессе отладки схемы. Обязательно обращайте внимание на сообщения в Simulation Log ря-дом с кнопкой СТОП симуляции. Окно Simulation Log доступно и после ос-танова при щелчке по нему левой кнопкой мыши. Здесь действует принцип светофора: зеленые – сообщения об успешной компиляции, желтые – предупреждения, красные – ошибка симуляции. Рассмотрим наиболее часто вылетающие сообщения в процессе симуляции в приложении с опи-санием возможных действий по их устранению. Ошибка симуляции: «No model specified for (обозначение элемента) Simulation FAILED due partition analysis error(s) ». При выборе модели эле-мента из библиотеки нужно обратить внимание на верхнее правое окно «Schematic Preview», где над схемным изображением элемента появляет-ся его характеристика. Если там имеется сообщение «No Simulator Model», не следует пытаться добавлять его в схему, которую впоследствии необ-ходимо отлаживать в приложении «ISIS». Эти элементы (кстати, к ним от-носятся почти все разъемы) предназначены для создания принципиальной схемы с передачей в другое приложение, входящее в пакет «Proteus» – «ARES», для последующей разработки печатной платы устройства. Все остальные модели, а это: Schematic Model, VSM DLL Model, SPICE Model, и различные Primitive предназначены для симуляции.

Ошибка симуляции: « (External) Model DLL (обозначение элемента) not found Simulation FAILED due partition analysis error(s) ». Наиболее часто встречается при попытке запустить симуляцию проекта созданного в бо-11

лее поздней версии программы «Proteus». К примеру, при открытии гото-вого проекта (из файла, скаченного со стороннего ресурса, например, Ин-тернет) появляется приведенное выше сообщение об ошибке. Это воз-можно по двум причинам; либо в вашей версии отсутствует библиотека для этого элемента, либо автор применил свой собственный (External) элемент и «забыл» приложить к нему библиотеку. Иными словами в свой-ствах элемента прописана библиотека DLL, но она отсутствует и в папке с проектом и в папке MODELS программы «Proteus», в которой хранятся библиотеки симулируемых элементов. Может быть и так, что в приложе-нии не прописан путь к библиотекам Proteus в закладке меню System=>Set Paths… Ошибка симуляции: «PROGRAM property not specified Real Time Simula-tion failed to start». При симуляции схемы, содержащей микроконтроллер, в его свойствах не указан (или неправильно указан) файл микропрограммы. В качестве такого файла могут использоваться бинарные с расширением .hex, а также файлы, создаваемые некоторыми компиляторами с языков высокого уровня с расширением .cof, .elf. Последний необходимо набрать непосредственно с клавиатуры, т.к. в окне выбора «Program File» в свойст-вах микроконтроллера он явно предлагаться не будет. Предупреждение симуляции: «Simulation is not running in real time due to excessive CPU load». При этом обычно внизу фигурирует «CPU load 100%». Симуляция не может выполняться в режиме реального времени из – за стопроцентной загрузки процессора компьютера. Обычно проявляется на схемах перегруженных аналоговыми компонентами. Типичная ошибка у начинающих – слепое копирование принципиальной схемы устройства и попытка "оживить" ее в симуляторе в реальном времени. Следует заду-маться: нужен ли, например, блокировочный конденсатор (типичный ана-логовый элемент) на шине питания вашей схемы, если далее будет произ-водиться отладка в симуляторе «ISIS», который не будет имитировать им-пульсные помехи по питанию. Если вам необходимо передавать схему в «ARES», он необходим для установки на печатную плату, но его можно добавить и после отладки схемы. Еще хуже обстоит дело с гасящими по-мехи RC цепями и индуктивными элементами. Чтобы приложение имити-ровало их работу в реальном времени необходим сверхмощный компью-тер.

Предупреждение симуляции: « [SPICE] TRAN: Timestep to small; time-step= (значение): trouble with node #значение#branch». Ключевым в данном сообщении является фраза: «Timestep to small». Обычно этому предупре-ждению предшествуют еще несколько предупреждений «Spice о DELMIN» и «GMIN». Причина возникновения ошибки в том, что шаг по времени дос-тиг минимальной величины. Если приложение не может найти решение, то происходит поиск заново все более мелкими шагами по времени, пока не будет достигнута минимальная разрешенная пользователем величина 12

«TMIN». Подобные проблемы сходимости решаются следующим образом. Зайдя в меню «System –>Set animation option –>Spice option –>Transient –TMIN=1E –25, NUMSTEPS=500», на вкладке количества итераций для по-иска решения «Iteration» начиная с третьего параметра увеличивать до-пустимое количество итераций в 10 раз, например: «SRCSTEPS=1200, GMINSTEPS=1200» и так далее. Если решение не будет сходиться, то можно разрешить приложению искать его еще большее количество шагов. Далее на вкладке tolerance можно ослаблять требование к точности вы-числения, например: «ABSTOL =1e –10, VNTOL=1e –5 CHGTOL=1E –10 GMIN=1E –10 RSHUNT=1e10 TRANSGMIN=1E –8» и так далее. Как отме-чают специалисты на Интернет-форумах, посвященной данной тематике, очень важный параметр «GMIN», если проводимость в какой-либо цепи меньше этой величины, то такая цепь считается разорванной. Как прави-ло, большинство проблем по сходимости решалось путем изменения па-раметра: «GMIN=1е –11». Предупреждение симуляции: «Logic contention(s) detected on net # (но-мер цепи) ». Типичная ошибка для начинающих. В цифровой цепи с номе-ром #(номер цепи) обнаружен конфликт сигналов. Если щелкнуть мышкой по номеру откроется список цепи, в которой обнаружен конфликт. Обычно, когда два или более выхода с различными состояниями 0 и 1 объединены в одну цепь в текущий момент времени. Часто вылетает, когда использу-ется интерактивная кнопка, замыкающая вывод на землю или шину пита-ния без дополнительного резистора, т.е. при симуляции вы ее замкнули, а в этот момент на выводе элемента появился противоположный сигнал. Еще одна причина в несогласованности по времени, например, двух мик-ропроцессоров связанных между собой. Предупреждение симуляции: Иногда однотипные желтые предупреж-дения симулятора идут сплошным потоком и забивают окно «Simulation Log», мешая творческому процессу отладки, хотя симуляция при этом идет успешно. В качестве примера можно привести популярный компилятор «CCS PICC». Для 14-разрядных МП (например: популярного у начинающих PIC16F84A) CCS PCM 14 bit использует при компиляции архаичную коман-ду «TRIS», которая некорректно воспринимается и он начинает каждый раз при изменении порта B выводит сообщения типа: TRISB instruction deprecated for PIC1684 (TRISB нежелательная инст-рукция для PIC1684), хотя программа выполняется правильно. Если про-ектировщик уверен в своей правоте, то можно отключить это сообщение, равно, как и другие сообщения диагностики, войдя во вкладку: Debug => (жучок) Configure Diagnostics... для выбранного элемента, установив фла-жок Disabled для данного типа сообщений. 13

2.2.2 Вопросы, касающиеся электропитания симулируемой схемы

Начинающим необходимо сразу усвоить, что по умолчанию в ISIS при создании New Design автоматически конфигурируются три шины питания: VCC/VDD с потенциалом +5V; GND – 0V и VEE – –5V. Второй важный мо-мент: для всех микросхем, имеющих скрытые (HIDE) выводы питания, а это все цифровые микросхемы, микроконтроллеры и ряд других при запус-ке симуляции, выводы питания которых автоматически подключены к упо-мянутым выше. Если в проекте необходимо установить другие значения напряжений VCC/VDD GND или VEE, необходимо изменить их значения во вкладке «Design => Configure Power Rails». Если необходимы дополнительные шины питания, или земляная шина, отдельная от существующей по умолчанию следует поступить следующим образом. На листе проекта добавляем необходимый элемент «POWER» или «GROUND», но в свойствах («Edit Properties») указываем конкретный потенциал обязательно таким образом: +12 или –0.5V или +0, т.е. начина-ется со знака и заканчивается цифрой или символом V. Тогда он будет ав-томатически добавлен в Configure Power Rails.… Если дать буквенное на-звание (например, VCC2), необходимо затем зайти в Configure Power Rails… и уже там создать (кнопкой «New») шину питания с данным назва-нием и необходимым потенциалом и добавить (кнопка «Add») к ней соз-данную ранее на листе цепь (она будет отображаться в окне «Unconnected Power Nets»). Если необходимо питать конкретную микросхему со скрытыми вывода-ми питания отличным от стандартного напряжением, нужно зайти в свой-ства («Edit Properties») и щелкнув по кнопке «Hidden Pins» вводим вместо «VDD» и «VSS» нужное нам питание и потенциал земли, как и выше. (Ри-сунок 6). Если необходим двухполюсник питания не связанный с землей, то ис-пользуется «BATTERY» или «VSOURCE» из библиотеки «Simulator Primi-tives => Sources» для источников постоянного или «ALTERNATOR», «VSINE», «V3PHASE» (трехфазный) для переменного напряжения. 14

Рисунок 6 – Пример подключения питания

2.2.3 Генерация напряжения сети и применение синусоидальных гене-раторов

Он плавно вытекает из упомянутых выше генераторов синусоидального напряжения. Здесь необходим ряд пояснений. Если используется генератор из левого вертикального меню «GENERATORS» (однополюсники), то генерация сигнала осуществляется относительно земли («GND»). Для аналоговых генераторов периодических колебаний («Sine») амплитудное значение напряжения в корень из 2 выше действующего. Это необходимо помнить при симуляции сети 220V (ампли-тудное значение устанавливаем 310V). Еще одна особенность рассматриваемой программы – лампочка (Lamp – Active Model) не производит свечение от синусоидальных генераторов кратных 10 Гц, (т.е. 10, 20, 30…50…100 и т.д.). А у трехфазного генератора это относится только к верхней фазе. Но достаточно установить частоту на 1 Гц отличающуюся от указанных (например: 49 или 51), и модель лам-почки имитирует свет. 15

Рисунок 7 – Пример подключения генератора

2.3 Порядок выполнения работы

2.3.1 Задание:

Снять основные электрические показания с проектируемой схемы, по-смотреть изменение проходящего сигнала в разных ее точках.

2.3.2 Ход работы

1) Для добавления входных сигналов используем кнопку «» и пере-ходим в режим «generators». К примеру, при добавлении элемента «pulse», который будет задавать тактовую частоту (Рисунок 8). 16

Рисунок 8 – Добавление элемента «Pulse»

2) Для настройки свойств элемента необходимо сделать по нему двойной щелчок. Например, подбор свойств элемента «pulse» приведен на рисунке 9.

Рисунок 9 – Окно настройки свойств элемента «Pulse»

3) Для наблюдения параметров работы схемы можно использовать пробники для определения напряжения и тока протекающего в ветви (кнопки «» и «»), а также различные стандартные приборы (ампер-метр, вольтметр, осциллограф и т.д.), для этого необходимо нажать кнопку «». На рисунке 10 показано подключение в собранную ранее схему ос-циллографа и двух пробников:

Рисунок 10 – Подключение осциллографа и пробников

4) Нажатием кнопки «» в левом нижнем углу окна запускается имитация процесса модуляции. Также можно перейти в режим пошаговой эмуляции – «», сделать паузу – «» и закончить эмуляцию – «». После нажатия кнопки запуска откроется окно осциллографа, появятся значения напряжения и тока на логических пробниках и около каждого вы-вода будет указано его логическое состояние (лог 1– красный квадратик, лог 0 – синий): 18

Рисунок 11 – Работа виртуального осциллографа

Цифровой осциллограф, изображенный на рисунке 11, имеет такие же органы управления, как и реальный (настройка синхронизации, уровень каждого канала, временная развертка и т.д.).

2.4 Контрольные вопросы

1) Какие вы знаете виды неисправностей?

2) Дайте классификацию тестов.

3) Перечислите основные методы синтеза тестов.

4) Перечислите задачи схемотехнического проектирования.

5) Перечислите основные задачи схемотехнического моделирования аналоговых устройств РЭА.

6) Перечислите основные задачи схемотехнического моделирования логических и цифровых устройств РЭА и ЭВА.

7) Перечислите основные задачи схемотехнического моделирования комбинированных аналого-цифровых устройств РЭА и ЭВА.

8) Перечислите основные этапы конструкторского проектирования.

9) Приведите примеры уровней конструкторского проектирования раз-личных конструкционных РЭА и ЭВА.

3 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3. РАЗВОДКА ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ: КОМПАНОВКА И ТРАСИРОВКА РАДИОЭЛЕМЕНТОВ

3.1 Цель работы

Ознакомится с основными возможностями приложения «ARES Profes-sional».

3.2 Краткая теория

После отладки схемы в приложении «ISIS» можно приступить к проек-тированию самой печатной платы (ПП) в другом приложении «ARES», па-кета программ «Proteus». Электрическая схема ПП будет соответствовать собранной в предыдущих работах схеме, однако, надо быть готовым к то-му, что рисунок печатной платы, как правило, визуально не имеет сходства с исходной схемой в силу существующих правил трассировки соединений на ПП. Также изображения элементов на схеме приобретают вид, прибли-женный к натуральным, отличным от УГО. Во второй работе предстоит произвести три основных операции: им-портирование схемы, компоновку элементов, трассировку соединений. Раскроем перечисленные понятия. Импортирование – процесс переноса всех элементов схемы с их свойствами, и электрических связей между элементами собранной, про-тестированной и отлаженной схемы. Компоновка элементов печатной платы подразумевается располо-жение компонентов печатной платы на поверхности самой печатной. При компоновке отрабатываются следующие вопросы:

− максимально близкое расположение групп компонентов друг от друга;

− печатная плата должна быть разработана с наименьшим количест-вом переходных отверстий и с минимально возможной длиной дорожек;

Трассировка соединений печатных плат – это пошаговый процесс создания печатных дорожек в одном из многочисленных САПР печатных плат. Существует два основных способа трассировки: ручной – человек самостоятельно с помощью определенных программных инструментов на-носит проводники на плату, и автоматический – программа наносит про-водники на печатную плату, используя ограничения, наложенные разра-ботчиком. На данный момент все современные системы проектирования имеют сложные и эффективные системы автоматической трассировки, а вместо ручной трассировки печатной платы предлагают разработчикам новый инструмент – интерактивная трассировка. В данном случае разра-ботчик сам наносит проводники на плату, но программа, используя задан-ные ранее ограничения, позволяет или не позволяет трассировку опреде-ленных зон и связей, а также соблюдаются заданные минимальные зазо-20

ры. Интерактивная трассировка печатных плат может использоваться как для полностью ручной трассировки, так и для доработок печатной платы после автоматической трассировки.

3.3 Порядок выполнения работы

3.3.1 Задание:

− развести симулированную ранее электрическую схему на печатную плату;

− произвести компоновку и трассировку радиоэлементов;

− ознакомится с основными принципами построения печатных плат.

3.3.2 Ход работы

1) Для разводки печатной платы необходимо модель перенести в при-ложении «ARES Professional». Для этого необходимо нажать кнопку «» на панели инструментов (Рисунок 12)

Рисунок 12 – Экспорт электрической схемы из приложения «ISIS» в приложение «ARES»

Далее открывается окно приложения «ARES Professional», где в списке «components» приведены все используемые компоненты (Рисунок 13).

Рисунок 13 – Рабочее окно приложения «ARES Professional»

Рассматриваемое приложение «ARES Professional» позволяет произ-водить автоматическую компоновку и трассировку соединений. 2) Для осуществления автоматической компоновки необходимо опре-делить область, в которой можно размещать элементы. Для этого нажи-маем кнопку «» выбирают внизу в выпадающем списке слой «Board Edge» и обозначаем размер платы в рабочей области. Далее запускается автокомпоновка нажатием кнопки «» на панели инструментов.

Рисунок 14 – Определение области размещения элементов

3) В результате открывается окно «Auto Placer», в котором настраива-ются параметры компоновки:

Рисунок 15 – Окно настройки свойств компоновки

Галочками отмечаются элементы, которые будут автоматически ском-понованы, в рамке Design Rulse устанавливаются параметры сетки рас-22

становки и минимального расстояния между элементами, а в рамке «Pre-ferred DIL Rotation» устанавливается расположение корпусов микросхем (горизонтальное / вертикальное). После установки параметров нажимаем кнопку «ОК», в результате производится автоматическая компоновка эле-ментов в соответствии схемы, изображенная на рисунке 16.

Рисунок 16 – Результат автоматической компоновки элементов

Приложение "ARES Professional" автоматически расставило выбранные элементы. 4) Далее следует произвести автоматическую трассировку соединений. Для этого нужно нажать кнопку «» на панели инструментов (Рисунок 17).

Рисунок 17 – Вызов команды «Автоматическая трассировка»

Открывается окно «Auto Router», в котором производится настройка опций автотрассировки (Рисунок 18) 23

Рисунок 18 – Окно свойств автотрассировки

После установки опций нажимаем кнопку «ОК», в результате приложе-ние произведет автоматическую трассировку соединений на печатной пла-те (Рисунок 19).

Рисунок 19 – Результат автоматической трассировки соединений

На рисунке 19 приведен пример, где автотрассировщик развел двух-стороннюю печатную плату. Результатом выполнения работы является проект ПП, который можно передать в производство для изготовления проектируемого модуля или ПП устройства. При формировании отчета следует привести следующие виды:

− ПП с отверстиями;

− ПП с расстановкой элементов;

− рисунок ПП сверху (верхний слой дорожек);

− рисунок ПП снизу (нижний слой дорожек).

3.4 Контрольные вопросы

1) Перечислите два вида компоновки РЭА и ЭВА. В чем их сущность?

2) Приведите алгоритмы компоновки РЭА и ЭВА и дайте их краткие характеристики.

3) Сформулируйте постановку задачи размещения модулей ЭВА.

4) Какие основные критерии используются при решении задачи раз-мещения элементов?

5) Дайте классификацию алгоритмов размещения элементов.

6) Сформулируйте постановку задачи трассировки.

7) Приведите классификацию алгоритмов трассировки.

8) Опишите принцип работы волнового алгоритма.

9) Опишите принцип работы двухлучевого алгоритма.

10) Опишите принцип работы канального алгоритма,

11) В чем сущность геометрического моделирования?

12) В чем сущность формирования геометрических фигур посредством команд объединения, пересечения, нахождения «разности»?

Заключение

Результатом процесса проектирования радиоэлектронной аппаратуры является документация, содержащая исчерпывающую информацию для производства. В ходе выполнения приведенных в данных указаниях работ получит навыки проектирования различных электронных устройств в про-фессиональных САПР радиоэлектронной аппаратуры. Студент научится грамотно проектировать электрические схемы радиоэлектронной уст-ройств, находить на начальном этапе несоответствие параметров схемы заданному техническому заданию, в случае необходимости производить отладку, проектировать ПП на основе проработанной электрической схе-мы, а также формировать пакет отчетной проектной документации. Программа «Proteus» позволяет, помимо создания проектной докумен-тации, смоделировать реальное трехмерное изображение спроектирован-ной ПП устройства, которое можно взять за основу при твердотельном мо-делировании корпуса устройства. 26

Библиографический список

1 Стешенко В.Б. P-CAD. Технология проектирования печатных плат. – СПб.: БХВ-Петербург, 2005. – 720с.: ил.

2 Разработка и оформление конструкторской документации РЭА. Под ред. Э.Т.Романычевой. – М.: Радио и связь,1989.

3 Гафуров X. Л. и др. Системы автоматизированного проектирова-ния: Учеб. пособие. – СПб.: Судостроение, 2000. — 320 с, ил.

4 Панченко А.А. Условные графические обозначения в электриче-ских схемах. – Хабаровск.: Изд-во ДВГУПС, 2000.

5 Николаев С.В. Основы САПР измерительных систем: Текст лек-ций. Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2002. 128 с.

6 Городецкий А.Я. Информационные системы. Вероятностные мо-дели и статистические решения. Учеб. пособие. СПб: Изд-во СПбГПУ, 2003. 326 c.

7 www.kazus.ru – ресурс о практике проектирования РЭА.

1. х частях Часть 1 Микроэкономика Кемерово 2008 УДК 330
2. Статья- Производство как основной признак человека
3. Петр Первый роман Толстого
4. по теме Электромагнетизм Пробный ЕГЭ 2009 В 5 С5 Горизонтально расположенный металлический стержень длино
5. Определение местного и транзитного грузооборота новой железной дороги с обоснованием категории норм ее проектирования
6. Дом с Умом это очень дорого Таков один из самых распространенных мифов
7. сайтах и поэтому со многими я уже знаком
8. Тема. Место телевидения в системе средств массовой коммуникации
9. Лабораторная работа 8 Тема- Создание электронных презентаций средствами Microsoft PowerPoint 4 часа Содержан
10. Болезни при работе на ПЭВМ
11. Реферат- Преодоление барьеров в обучении
12. коефіцієнт запасу міцності канату що дорівнює для легкого режиму роботи лебідки 5 для середнього 55 та важ
13. Тема 221 Общие сведения о конструкциях столярных и мебельных изделий 18 ч Содержание П
14. Міжнародна економіка галузь знань 0305 Економіка і підприємництво факультет міжнародної економіки і
15. Судебная экспертиза на примере рассмотрения гражданского дела об авторском праве
16. Действующие лица- Сергей Петрович Кайдалов известный писатель 45 лет
17. реферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата медичних наук Київ 2001
18. Классификация форм любви 2 2
19. темах Не используется в GnuPG Ключи- Открытый- npq p q большие простые числа e ~ взаимно простое с p1q1
20. то на Баффиновой Земле в Канаде процветала торговля изделиями из тюленьей кожи которой занимались арктиче

Материалы собраны группой SamZan и находятся в свободном доступе