Контрольная работа по теме:

Этапы проектирования электронных систем

Проектное решение - промежуточное описание проектируемого объекта, полученное на том или ином иерархическом уровне, как результат выполнения процедуры (соответствующего уровня).

Проектная процедура - составная часть процесса проектирования. Примерами проектных процедур служат синтез функциональной схемы проектируемого устройства, моделирование, верификация, трассировка межсоединений на печатной плате и т.д.

Проектирование ЭУ разделяется на этапы. Этап представляет собой определенную последовательность проектных процедур. Общая последовательность этапов проектирования представляется так:

·составление ТЗ;

·ввод проекта;

·проектирование архитектуры;

·функционольно-логическое проектирование;

·схемотехническое проектирование;

·топологическое проектирование;

·изготовление опытного образца;

·определение характеристик устройства.

Составление ТЗ. Определяются требования к проектируемому изделию, его характеристики и формируется техническое задание на проектирование.

Ввод проекта. Для каждого этапа проектирования характерны свои средства ввода, более того, во многих инструментальных системах предусматривают более чем один способ описания проекта.

Эффективными являются высокоуровневые графические и текстовые редакторы описания проекта современных систем проектирования. Такие редакторы дают разработчику возможность чертить блок - схему крупной системы, назначать модели для индивидуальных блоков и соединять последние посредством шин и трактов передачи сигналов. Редакторы, как правило, автоматически связывают текстовые описания блоков и соединений с соответствующими графическими изображениями, обеспечивая тем самым комплексное моделирование системы. Это позволяет инженерам системотехника не менять привычного стиля работы: можно по - прежнему думать, набрасывая блок-схему своего проекта как бы на листе бумаги, в то же время будет вводится и накапливаться точная информация о системе.

Логические уравнения или принципиальные электрические схемы зачастую очень удачно используются для описания базовой интерфейсной стыковочной логике.

Таблицы истинности целесообразные для описания дешифраторов или других простых логических блоков.

Языки описания аппаратуры, содержащие конструкции типа конечных автоматов, обычно гораздо эффективнее для представления более сложных логических функциональных блоков, например блоков управления.

Проектирование архитектуры. Представляет собой проектирование ЭУ до уровня передачи сигналов ЦП и ЗУ, ЗУ и КПДП. На этом этапе определяется состав устройства в целом, определяются его главные аппаратные и программные компоненты.

Т.е. проектирование целой системы с высокоуровневым ее представлением для проверки корректности архитектурных решений, делается, как правило, в тех случаях, когда разрабатывается принципиально новая система и необходимо тщательно проработать все архитектурные вопросы.

Во многих случаях полное системное проектирование требует включения в структуру и неэлектрических компонентов и эффектов, с целью проверки их в едином комплексе моделирования.

В качестве элементов этого уровня используются: процессор, память, контроллеры, шины. При построении моделей и моделировании системы здесь используются методы теории графов, теории множеств, теории Марковских процессов, теории массового обслуживания, а также логико-математические средства описания функционирования системы.

На практике предусматривается построение параметризированной системной архитектуры и выбор оптимальных параметров ее конфигурации. Следовательно и соответствующие модели должны быть параметизированны. Параметры конфигурации архитектурной модели определяют, какие функции будут реализовываться аппаратными, а какие программными средствами. В качестве некоторых параметров конфигурации для аппаратных средств можно назвать:

·число, разрядность и пропускную способность шин системы;

·время доступа к памяти;

·размер кэш-памяти;

·число процессоров, портов, регистровых блоков;

·емкость буферов передачи данных.

А к параметрам конфигурации программных средств относятся, например:

·параметры планировщика;

·приоритетность задач;

·интервал "удаления мусора";

·максимально допустимый интервал ЦП для программы;

·параметры подсистемы управления памятью (размер страницы, сегмента, а также распределение файлов по дисковым секторам;

Параметры конфигурации средств передачи данных:

·величина интервала тайм-аута;

·размер фрагмента;

·протокольные параметры для обнаружения и исправления ошибок.

Рис. 1 - Последовательность проектных процедур архитектурного этапа проектирования

При интерактивном проектировании на системном уровне вначале вводится функциональные спецификации системного уровня в виде диаграмм потоков данных, а также выбираются типы компонентов для реализации различных функций (рис. 1). Здесь главная задача заключается в том, что разработать такую системную архитектуру, которая будет удовлетворять заданным функциональным, скоростным и стоимостным требованиям. Ошибки на архитектурном уровне обходятся гораздо дороже, чем в решениях, принимаемых в процессе физической реализации.

Архитектурные модели имеют важное значение и отражают логику поведения системы и временные ее особенности, что позволяет выявлять функциональные проблемы. Они обладают четырьмя важными особенностями:

·они точно представляют функциональные возможности аппаратных и программных компонентов с использованием высокоуровневых абстракций данных в виде потоков данных;

·архитектурные модели абстрактно представляют технологию реализации в виде временных параметров. Конкретную технологию реализации определяют конкретные значения этих параметров;

·архитектурные модели содержат схемы, позволяющие многим функциональным блокам разделять (коллективно использовать) компоненты;

·эти модели должны допускать параметризацию, типизацию и повторное использование;

Моделирование на системном уровне позволяет разработчику оценить альтернативные варианты проектов системы с точки зрения соотношения их функциональных возможностей, показателей быстродействия и стоимости.

Инструментальная система нисходящего проектирования (ASIC Navigator, компании Compass Disign Automation) для ASIC (спец. ИС) и систем.

Попытка освободить инженеров от проектирование на вентильном уровне.

·Logic Assistant (ассистент по логике);

·Design Assistant;

·ASIC Synthesizez (синтезатор ASIC);

·Test Assistant;

Это унифицированная среда проектирования и анализа. Позволяет создать спецификацию ASIC, вводя графические и текстовые описания своих проектов. Пользователи могут описывать свои проекты при помощи большинства способов высокоуровневого ввода, в том числе блок-схем, булевых формул, диаграмм состояния, операторов языка VHDL и Verilog и т.д. Программные средства системы будут поддерживать эти способы ввода как основу всего последующего процесса проектирования ASIC-системы.

Общую архитектуру проектируемой ASIC можно представить в виде взаимосвязанных функциональных блоков без учета их физического разбиения. Эти блоки можно затем описывать способом, наиболее соответствующим особенностям каждой функции. Например, пользователь может описывать логику управления при помощи диаграмм состояния, арифметические функциональные блоки - при помощи схем трактов обработки данных, а алгоритмические функции на языке VHDL. Окончательное описание может быть комбинацией как текстовых, так и графических материалов и служит основой для анализа и реализации ASIC.

Подсистема Logic Assistant преобразует затеи полученную спецификацию в поведенческий код языка VHDL. Этот код может быть обработан при помощи системы моделирования на языке VHDL, разработанной третьей фирмой. Модифицирование спецификации на поведенческом уровне, дает возможность вносить изменения и производить отладку на начальных этапах проектирования.

Disign Assistant

После того, как спецификация проверена, ее можно отобразить на ASIC-приборе. Вначале, однако, пользователь должен решить, каким образом лучше всего реализовать такой высокоуровневый проект. Описание проекта можно отобразить на одну или несколько вентильных матриц или ИС на базе стандартных элементов.

Dising Assistant помогает пользователям оценивать разнообразные варианты, чтобы добиться оптимальной реализации. D.A. по указанию пользователя определяет оценочный размер кристалла, возможные способы корпусирования, мощность потребления и расчетное количество логических вентилей для каждого варианта декомпозиции и для каждого вида ASIC.

Пользователь может затем в интерактивном режиме производить анализ по принципу "что-если", исследовать альтернативные технические решения с разными вариантами декомпозиции проекта или компоновать и перемещать стандартные элементы для случая вентильных матриц. Таким образом пользователь может найти оптимальный подход, удовлетворяющий требованиям спецификации.

ASIC Synthesizer

После того, как конкретный вариант проекта выбран, его поведенческое описание необходимо преобразовать в представление уровня логических вентилей. Эта процедура является весьма трудоемкой.

На вентильном уровне в качестве структурных элементов могут быть выбраны: логические вентили, триггера, а в качестве средств описания - таблицы истинности, логические уравнения. При использовании регистрового уровня, структурными элементами будут: регистры, сумматоры, счетчики, мультиплексоры, а средства описания - таблицы истинности, языки микроопераций, таблицы переходов.

Большое распространение на функционально- логическом уровне получили так называемые логические имитационные модели или просто имитационные модели (ИМ). ИМ отражают только внешнюю логику и временные особенности функционирования проектируемого устройства. Как правило, в ИМ внутренние операции и внутренняя структура не должны быть похожи на те, которые существуют в реальном устройстве. Но моделируемые операции и временные особенности функционирования, в том виде как они внешне наблюдаются, в ИМ должны быть адекватны тем, которые существуют в реальном устройстве.

Модели этого этапа используются для проверки правильности реализации заданных алгоритмов функционирования функциональной или логической схемы, а также временных диаграмм устройства без конкретной аппаратной реализации и учета особенностей элементной базы.

Это осуществляется методами логического моделирования. Под логическим моделированием подразумевается имитация на ЭВМ работы функциональной схемы в смысле продвижения информации, представленной в виде логических значений "0" и "1" от входа схемы к ее выходу. Проверка функционирования логической схемы включает как проверку реализуемых схемой логических функций, так и проверку временных соотношений (наличие критических путей, рисков сбоя и состязания сигналов). Основные задачи, решаемые с помощью моделей этого уровня, - верификация функциональных и принципиальных схем, анализ диагностических тестов.

Схемотехническое проектирование - это процесс разработки принципиальных электрических схем, спецификаций в соответствии с требованиями технического задания. Проектируемые устройства могут быть: аналоговые (генераторы, усилители, фильтры, модуляторы т др.), цифровые (разнообразные логические схемы), смешанные (аналогово-цифровые).

На этапе схемотехнического проектирования электронные устройства представляются на схемном уровне. Элементами этого уровня являются активные и пассивные компоненты: резистор, конденсатор, катушка индуктивности, транзисторы, диоды и т.д. В качестве элемента схемного уровня может быть использован и типовой фрагмент схемы (вентиль, триггер и т.д.). Электронная схема проектируемого представляет собой соединение идеальных компонентов, достаточно точно отображающее структуру и элементный состав проектируемого изделия. Предполагается, что идеальные компоненты схемы допускают математическое описание с заданными параметрами и характеристиками. Математическая модель компонента электронной схемы представляет собой ОДУ относительно переменных: тока и напряжения. Математическая модель устройства представляются совокупностью алгебраических или дифференциальных уравнений, выражающих зависимости между токами и напряжениями в различных компонентах схемы. Математические модели типовых фрагментов схемы называют макромоделями.

Этап схемотехнического проектирования включает следующие проектные процедуры:

·структурный синтез- построение эквивалентной схемы проектируемого устройства

·расчет статических характеристик предполагает определение токов и напряжений в любом узле схемы; анализ вольтамперных характеристик и исследование влияния параметров компонентов на них.

·расчет динамических характеристик заключается в определении выходных параметров схемы в зависимости от изменения внутренних и внешних параметров (одновариантный анализ), а также в оценке чувствительности и степени разброса относительно номинальных значений выходных параметров в зависимости от входных и внешних параметров электронной схемы (многовариантный анализ).

·параметрическая оптимизация, определяющая такие значения внутренних параметров электронной схемы, которые оптимизируют выходные параметры.

Различают нисходящее (сверху вниз) и восходящее (снизу вверх) проектирование. При нисходящем проектировании выполняются прежде этапы использующие высокие уровни представления устройств, чем этапы использующие более низкие иерархические уровни. При восходящем проектировании последовательность противоположная.

При рассмотрении дерева проекта можно указать на две концепции проектирования: восходящее проектирование (снизу вверх) и нисходящее (сверху вниз). Здесь словом "верх" обозначается корень дерева, а слово "низ" относится к листьям. При нисходящем проектировании работу можно начинать уже тогда, когда разработчику уже известны только функции корня, - и он (или она) производит, прежде всего, разбиение корня на некоторое множество примитивов нижележащего уровня.

После этого разработчик переходит к работе с нижележащим уровнем и осуществляет разбиение примитивов данного уровня. Подобный процесс продолжается до тех пор, пока дело не дойдет до узлов-листьев проекта. Для характеристики нисходящего проектирования важно отметить то, что разбиение на каждом уровне оптимизируется согласно тому или иному объективному критерию. Здесь разбиение не связывается рамками того, "что уже имеется".

Термин "восходящее проектирование" не совсем правилен в том смысле, что процесс проектирования по прежнему начинается с определения корня дерева, однако в этом случае разбиение осуществляется с учетом того, какие компоненты уже имеются и могут использоваться в качестве примитивов; другими словами, разработчику при разбиении приходится исходить из того, какие составные части будут представляться в узлах-листьях. Эти самые "нижние" части будут проектироваться в первую очередь. Нисходящее проектирование кажется самым подходящим подходом, однако его слабость в том, что получаемые компоненты не являются "стандартными", вследствие чего стоимость проекта увеличивается. Поэтому наиболее рациональным представляется сочетание методов восходящего и нисходящего проектирования.

Согласно прогнозам подавляющее большинство инженеров-разработчиков средств электронной и вычислительной техники будут пользоваться нисходящей методологией. Они станут, по сути, инженерами-системотехниками, причем значительную часть своего времени будут затрачивать на проектирование изделий на поведенческом уровне.

В настоящее время проектирование электронных систем осуществляется по восходящей методологии, причем первым этапом процесса проектирования является обычно ввод описания схемы на структурном уровне (очевидно, на уровне ИС и дискретных компонентов). После определения структуры вводится описание поведения этой системы на том или ином языке описания этой аппаратуры и осуществляется модулирование. В этом случае электронная часть проекта выполняется вручную, то есть без применения инструментальных средств проектирования.

Усложнение проектируемых систем приводит к тому, что разработчики практически теряют возможность интуитивно анализировать проект, то есть оценивать качество и характеристики спецификации проекта системы. А моделирование на системном уровне с использованием архитектурных моделей (как первый этап процесса нисходящего проектирования) представляет такую возможность.

В случае нисходящего проектирования, описанные выше два этапа восходящего проектирования, выполняются в обратном порядке. При нисходящем проектировании основное внимание уделяется поведенческому представлению разрабатываемой системы, а не ее физическому или структурному представлению. Естественно, что конечный результат нисходящего проектирования также представляет собой структурное или схемное представление проекта.

Здесь дело в том, что для нисходящего проектирования необходимы системные архитектурные модели, а для восходящего - структурные модели.

Преимущества (для всех САПР):

1) Методология нисходящего проектирования служит предпосылкой для параллельного проектирования: координированной разработки аппаратных и программных подсистем.

2) Внедрению метода нисходящего проектирования способствуют средства логического синтеза. Эти средства обеспечивают преобразование логических формул в физически реализуемые описания уровня логических вентилей.

Благодаря этому:

·упрощается физическая реализация

·эффективно используется время проектирования

·эффективно используются технологические шаблоны

Однако для сложных проектов, масштабы которых выражаются несколькими сотнями тысяч логических вентилей, желательно иметь возможность глобальной оптимизации благодаря моделированию и анализу на системном уровне.

3) Методология нисходящего проектирования базируется на том, что автоматически создается спецификация проекта по исходным функциональным требованиям. Именно функциональные требования являются исходным компонентом при проектировании сложных систем. Благодаря этому подобный подход позволяет уменьшить вероятность неработоспособной системы. Во многих случаях неработоспособность проектируемой системы вызывается несоответствием между функциональными требованиями и спецификациями проекта.

4) Еще одним потенциальным преимуществом нисходящего проектирования является то, что оно позволяет разрабатывать эффективные тесты для верификации и аттестации проекта, а также тест-векторы для контроля изготовленных изделий.

5) Результаты моделирования на системном уровне могут послужить основой для количественной оценки проекта уже на начальных стадиях проектирования. На более поздних этапах для верификации и аттестации проекта необходимо моделирование на уровне логических вентилей. Однородная среда проектирования позволит сравнить результаты моделирования, получаемые на первых и на последующих этапах проектирования.

Похожие рефераты:

Исходные данные, общая структура и основные этапы проектирования системы технического зрения. Рассмотрение функций и его реализация на базе однокристального микропроцессора КР1810. Разработка аппаратных средств и расчет времени работы программы.

Характеристика пакетов прикладных программ САПР. Изучение особенностей работы SCADA-систем, которые позволяют значительно ускорить процесс создания ПО верхнего уровня. Анализ инструментальной среды разработки приложений сбора данных и управления Genie.

Изучение технических характеристик и состава элементной базы современной ЭВМ. Разработка распределителя тактовых импульсов. Синтез вариантов реализации узла на уровне функциональных схем с использованием формальных и эвристических приемов проектирования.

Анализ вариантов реализации комбинационной схемы для различных типов программируемых логических интегральных схем (ПЛИС). Возможности программных пакетов Decomposer и WebPACK ISE. Описание сумматора на языке VHDL, его синтез при помощи пакета Decomposer.

Типовая схема процесса автоматизированного проектирования РЭС. Классификация проектных задач решаемых в процессе проектирования РЭС. Структура САПР, математическое обеспечение, лингвистическое обеспечение. Языки диалогов их разновидности и типы.

Проектирование современных электронных средств и характеристика существующих методов их конструирования. Государственные стандарты оформления конструкторской документации, их учет и хранение в бюро технической документации. Виды носителей информации.

Методы и этапы конструирования радиоэлектронной аппаратуры. Роль языка программирования в автоматизированных системах машинного проектирования. Краткая характеристика вычислительных машин, используемых при решении задач автоматизации проектирования РЭА.

Проектирование устройства, выполняющего функцию восьмиразрядного синхронного реверсивного сдвигающего регистра и синхронной реверсивной пересчетной схемы. Проектирование и расчет триггерного устройства. Синтез структуры проектируемого устройства.

Изучение основных принципов построения баз данных - именованной совокупности данных, отражающей состояние объектов и их отношений в рассматриваемой предметной области. Система управления базами данных. Концепции их построения и этапы проектирования.

Программные средств для проектирования радиотехнических устройств. Основные технические возможности программы Microsoft Word. Сравнительные характеристики программ для математических расчётов. Программы моделирования процессов в радиоэлектронных схемах.

Принципы проектирования комплекса технических средств автоматизированных систем управления. Требования, предъявляемые к специализированным устройствам, и затраты на их реализацию. Устройства кодирования графической информации. Графопостроители и табло.

Cущность методики схемотехнического проектирования триггеров, этапы абстрактного и структурного синтеза. Характеристическая таблица функций возбуждения RS-триггера, проектирование печатной платы. Система P-CAD и условно-графическое обозначение элементов.

Развитие компьютерных коммуникаций. Требования к экономической информации. Особенности информационных процессов на предприятиях. Проблемы внедрения информационных технологий в гуманитарной сфере. Методика информационного обследования предприятием.

Алгоритмические методы широко используются для измерения и расчёта параметров математических моделей радиокомпонентов в системах автоматизированного проектирования электронных схем. Для их проектирования используются электронно-вычислительные машины.

Оптимизация управления в различных сферах человеческой деятельности. Классификация автоматизированных информационных систем управления. Методы проектирования и этапы разработки. Структурная схема, объем памяти, аппаратура вывода и отображения информации.

«Настоящий ресурс является частью электронного учебно-методического комплекса по дисциплине Основы проектирования электронных средств, включающего учебную программу, электронные учебные...»

-- [ Страница 1 ] --

УДК 621.396.6.001.63(042.3)

Рецензенты:

Красноярский краевой фонд науки;

Экспертная комиссия СФУ по подготовке учебно-методических комплексов

дисциплин

О-75 Основы проектирования электронных средств. Версия 1.0 [Электронный

ресурс] : конспект лекций / С. И. Трегубов, А. В. Сарафанов,

А. А. Левицкий, В. Ю. Божко. – Электрон. дан. (114 Мб). – Красноярск: ИПК СФУ,

2008. – (Основы проектирования электронных средств: УМКД № 9-2007 / рук. творч.

коллектива С. И. Трегубов). – 1 электрон. опт. диск (DVD). – Систем. требования: Intel Pentium (или аналогичный процессор других производителей) 1 ГГц; 256 Мб оперативной памяти; 120 Мб свободного дискового пространства; привод DVD ;

Adobe Reader 7.0 (или аналогичный продукт для чтения файлов формата pdf).

ISBN 978-5-7638-….-.

Номер гос. регистрации в НТЦ «Информрегистр» 032070… Настоящий ресурс является частью электронного учебно-методического комплекса по дисциплине «Основы проектирования электронных средств», включающего учебную программу, электронные учебные пособия «Проектирование аппаратуры на печатных платах», «Техническое задание: формирование и анализ», «Формализация конструкторско-технологических решений», а также организационно-методические указания, методические указания по лабораторным работам, курсовому проектированию и самостоятельной работе студентов, контрольно-измерительные и электронные презентационные материалы.

Рассмотрены основные аспекты проектирования электронных средств: организация проектирования, компоновка и несущие конструкции, проектирование линий связи, обеспечение передачи информации и надежной работы, а также автоматизированное проектирование печатных плат и создание конструкторской документации. Приведены практические рекомендации по разработке различных устройств электронных средств.

Сопровождается банком контрольно-измерительных материалов, разбитых по темам и реализованных на базе унифицированной системы компьютерной проверки знаний тестированием UniTest 2.0.

Предназначен для студентов укрупненной группы направления подготовки специалистов 210000 – «Электронная техника, радиотехника и связь», направления подготовки бакалавров 210200.62 – «Проектирование и технология электронных средств» (спец. 210201.65, 210202.65).

Электронный учебно-методический комплекс по дисциплине «Основы проектирования электронных средств» подготовлен в рамках выполнения инновационной образовательной программы «Структурная перестройка научно-образовательного центра «Радиоэлектроника», реализуемой в ФГОУ ВПО СФУ в 2007 г.

УДК 621.396.6.001.63(042.3) ББК 32. © Сибирский федеральный ISBN 978-5-7638-0752- ISBN 978-5-7638-….-. университет, Содержимое ресурса охраняется законом об авторском праве. Несанкционированное копирование и использование данного продукта запрещается. Встречающиеся названия программного обеспечения, изделий, устройств или систем могут являться зарегистрированными товарными знаками тех или иных фирм.

Подп. к использованию 28.05. Объем 114 Мб Красноярск: СФУ, 660041, Красноярск, пр. Свободный,

ВВЕДЕНИЕ

1. ПРЕДМЕТ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ

СРЕДСТВ

1.1. Понятие конструкции

1.2. Структура и связи

1.3. Конструктивная реализация ЭС

1.4. Составные части процесса конструирования

1.5. Жизненный цикл ЭС

1.6. Конструкторское проектирование

1.7. История конструирования ЭС

Контрольные вопросы

2. ОГРАНИЧЕНИЯ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ........... Лекция 3

2.1. Структура и взаимосвязь ограничений

2.2. Ограничения на метод проектирования

2.2.1. Сроки проектирования

2.2.2. Требования комплексной микроминиатюризации

2.2.3. Уровень знаний

2.2.4. Влияние вычислительной техники

2.2.5. Лабораторное оборудование

2.3. Требования к выполнению ограничений

2.4. Исходные данные для проектирования

2.5. Техническое задание – этап проектирования ЭС

2.6. Основная структура ТЗ на проектирование

2.7. Классификация ЭС

2.8. Условия эксплуатации

2.9. Нормирование условий эксплуатации

Контрольные вопросы

Основы проектирования электронных средств: конспект лекций -3ОГЛАВЛЕНИЕ

3. СТАНДАРТИЗАЦИЯ В ПРОЕКТИРОВАНИИ

ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ

3.1. Цели и формы стандартизации

3.2. Уровни стандартов

3.3. Системы стандартов

3.4. Основные положения ЕСКД

Контрольные вопросы

4. КОМПОНОВКА ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ.......... Лекция 8

4.1. Задачи компоновки

4.2. Общая методология проектирования

4.3. Конструктивная иерархия

4.4. Методы выполнения компоновочных работ

4.4.1. Аналитическая компоновка

4.4.2. Модельная компоновка

4.4.3. Графическая компоновка

4.5. Выполнение компоновочных работ в зависимости от стадии проектирования

4.6. Виды компоновки ЭС

4.7. Вопросы эргономики при проектировании ЭС

4.8. Сенсорный вход оператора и его параметры

4.9. Особенности визуального восприятия информации

4.9.1. Пространственные характеристики зрительного анализатора.... Лекция 11

4.9.2. Энергетические характеристики зрительного анализатора......... 4.9.3. Информационные характеристики зрительного анализатора..... Лекция 12

4.10. Особенности слухового восприятия информации

4.11. Характеристика условий работы человека-оператора............ 4.12. Требования к уровню шума и вибрации в помещениях с электронной аппаратурой

4.13. Требования к микроклимату в помещениях с электронной аппаратурой

4.14. Требования к рабочему месту оператора

4.15. Техническая эстетика в проектировании ЭС

4.16. Компоновка передних панелей ЭС

4.17. Выбор цветофактурных решений

4.18. Кодирование визуальной информации

4.18.1. Алфавитно-цифровая маркировка

4.18.2. Символьная маркировка

4.18.3. Цветокодовая маркировка

4.19. Построение систем кодирования зрительной информации... Контрольные вопросы

5. НЕСУЩИЕ КОНСТРУКЦИИ ЭС

5.1. Иерархия несущих конструкций

5.2. Компоновка блоков

5.3. Конструкции блоков

5.4. Зарубежные несущие конструкции ЭС

5.5. Характеристика защиты от внешних воздействий корпусом.... Лекция 17

5.6. Основные конструкционные материалы

5.6.1. Черные металлы и сплавы

5.6.2. Алюминий и его сплавы

5.6.3. Медь и ее сплавы

5.6.4. Пластмассы

Контрольные вопросы

6. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОБЪЕМНОГО МОНТАЖА.. Лекция 18

6.1. Виды электрического монтажа

6.2. Объемный электрический монтаж

6.3. Основные требования, предъявляемые к электрическому монтажу

6.4. Классификация электрических линий связи

6.5. Правила проектирования объемного монтажа

6.6. Материалы для объемного монтажа

6.7. Электромонтажные соединения

Контрольные вопросы

7. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПЕЧАТНОГО МОНТАЖА.... Лекция 20

7.1. Основные принципы проектирования печатного монтажа....... 7.2. Классификация печатных плат

7.3. Факторы, влияющие на качество проектирования печатных плат

7.4. Порядок проектирования печатных плат

7.5. Анализ технического задания на плату

7.6. Выбор класса точности и шага координатной сетки.................. 7.7. Выбор типа, габаритов и материала основания ПП

7.8. Расчет элементов печатного рисунка

7.9. Расчет диаметров отверстий

7.10. Выбор формы и размеров контактных площадок

7.11. Расчет параметров проводников

7.12. Расчет расстояния между элементами печатного рисунка..... Лекция 23

7.13. Размещение электрорадиоэлементов

7.14. Трассировка печатных элементов

Контрольные вопросы

8. ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ

ИНФОРМАЦИИ

8.1. Области применения и основные характеристики волоконнооптических линий связи

8.2. Компоненты волоконно-оптических систем передачи.............. 8.3. Оптические кабели

8.3.1. Классификация оптических кабелей

8.3.2. Основные конструктивные элементы оптических кабелей........ 8.3.3. Технические требования к оптическим кабелям

8.4. Оптические волокна

8.4.1. Распространение сигнала в ОВ

8.4.2. Типы оптических волокон

8.4.3. Характеристики оптических волокон

8.4.4. Материалы для изготовления ОВ и ОК

Контрольные вопросы

9. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ НАДЕЖНОСТИ

ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ

9.1. Определение понятия «надежность ЭС»

9.2. Показатели надежности ЭС

9.3. Пути обеспечения надежности ЭС

9.4. Методы резервирования

Контрольные вопросы

10. ОСНОВЫ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ ОТ

ВОЗДЕЙСТВИЙ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ............... Лекция 29

10.1. Характеристика вида защищенности ЭС

10.2. Герметизация ЭС

10.3. Классификация покрытий

10.3.1. Свойства металлических покрытий

10.3.2. Свойства окисных покрытий

10.3.3. Свойства диффузионных покрытий

10.4. Лакокрасочные покрытия

10.4.1. Структура обозначения лакокрасочных покрытий

10.4.2. Характеристика лакокрасочных покрытий

Контрольные вопросы

11. ОСНОВЫ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ ОТ

ТЕПЛОВЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

11.1. Характеристика видов теплопередачи

11.2. Конвективный теплообмен

11.3. Лучистый теплообмен

11.4. Теплопроводность

11.5. Системы охлаждения электронных средств

11.6. Радиаторы

11.7. Тепловые трубы

Контрольные вопросы

12. ОСНОВЫ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ ОТ

МЕХАНИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

12.1. Характеристика механических воздействий

12.2. Виды и источники эксплуатационных механических воздействий

12.3. Динамические характеристики, виды отказов и нарушения функционирования электронных средств при механических воздействиях

12.4. Классификация и эффективность существующих методов защиты от механических воздействий

Контрольные вопросы

13. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ И

ЗАЩИТА ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ ОТ ПОМЕХ... Лекция 36

13.1. Понятие «электромагнитная совместимость»

13.2. Источники и приемники наводок

13.3. Защита от электрических полей

13.4. Магнитостатическое экранирование

13.5. Экранирование электромагнитного поля излучения................ 13.6. Фильтрация

Контрольные вопросы

14. ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ

ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ

14.1. Классификация опасных факторов

14.2. Область применения требований по безопасности................. 14.3. Классы аппаратуры по электробезопасности

14.4. Маркировка ЭС

14.4.1. Общие требования

14.4.2. Требования к маркировке соединителей и клемм

14.5. Обеспечение защиты от поражения электрическим током..... 14.5.1. Требования к конструкции

14.5.2. Требования к изоляции

14.5.3. Обеспечение защитного заземления

14.5.4. Зазоры и пути утечек

14.5.5. Требования к клеммам и соединителям

14.5.6. Требования к компонентам

14.6. Обеспечение механической прочности, теплостойкости и огнестой-кости.

14.6.1. Обеспечение механической прочности

14.6.2. Обеспечение требований по теплостойкости

14.6.3. Обеспечение требований по огнестойкости

Контрольные вопросы

15. ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ РАЗЛИЧНОГО

НАЗНАЧЕНИЯ

15.1. Особенности конструкций наземных стационарных ЭС......... 15.2. Особенности конструкций наземных транспортируемых ЭС. 15.3. Особенности конструкций наземных переносных ЭС............. 15.4. Особенности конструкций наземных носимых ЭС

15.5. Особенности конструкций бортовых ЭС

Контрольные вопросы

Заключение

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Приложение краткий ТЕРМИНОЛОГИЧЕСКИЙ СЛОВАРЬ

Дисциплина «Основы проектирования электронных средств» является одной из завершающих в системе подготовки бакалавров по направлению 210200.62 «Проектирование и технология электронных средств».

Целями изучения дисциплины являются:

освоение основ проектирования жизнеспособных электронных средств (ЭС) и систем с применением современных методов построения конструкций ЭС;

освоение современных методик проектирования эффективных ЭС, обеспечивающих высокий уровень технических и эксплуатационных характеристик и технологичности ЭС.

Модуль 1. Организация проектирования ЭС Модуль 2. Компоновка и несущие конструкции ЭС Модуль 3. Обеспечение передачи информации. Проектирование линий Тема 8. Волоконно-оптические линии передачи информации Модуль 4. Обеспечение надежной работы ЭС Тема 10. Основы защиты ЭС от воздействий окружающей среды Тема 13. Электромагнитная совместимость и защита ЭС от помех Тема 15. Особенности проектирования ЭС различного назначения. Перспективы развития конструкций ЭС Материал, рассматриваемый в теоретическом курсе, структурирован по 15 темам, которые объединены в четыре модуля (табл. В.1).

Общее количество лекций – 42. В конце каждого модуля приведены контрольные вопросы для самоаттестации.

Основы проектирования электронных средств: конспект лекций -10ПРЕДМЕТ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ

СРЕДСТВ

1.1. Понятие конструкции.

1.2. Структура и связи.

1.3. Конструктивная реализация ЭС.

1.4. Составные части процесса конструирования.

Как и при изобретении первого радиоаппарата А. С. Попова (1895), сегодня при изготовлении современных радиоэлектронных устройств решается вопрос создания той или иной конструкции. Если пригодность для эксплуатации первых радиоустройств определялась фактически только качеством передаваемого сигнала, то современные устройства должны не только хорошо работать, но и быть ремонтопригодными, легко настраиваемыми, иметь эстетичный внешний вид и т. д. Разумеется, что для каждого конкретного вида аппаратуры перечисленные требования имеют разную значимость (рис. 1.1).

Большинство этих требований, например, такие как простота обслуживания, ремонтопригодность, электрическая, магнитная и тепловая совместимость, работоспособность в специальных условиях эксплуатации обеспечиваются конструкцией изделия.

Так что же такое конструкция?

обеспечивать модернизацию (апгрейд).

Основы проектирования электронных средств: конспект лекций -11ПРЕДМЕТ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ Конструкция – это сложный объект, в котором могут быть выделены составные части, или элементы, и связь, или взаимодействие, между элементами и между элементами и внешней средой.

Согласно приведенному определению понятия «конструкция» связи делятся на две группы: внутренние и внешние (рис. 1.2).

Внутренние связи – это связи между элементами внутри конструкции.

К ним обычно относятся геометрические, магнитные, электрические, оптические и др.

Внешние связи показывают взаимоотношение между конструкцией или ее элементами и внешней средой. В эту группу связей входят связи с объектом, на котором устанавливается ЭС, связь с человеком-оператором и пр.

Дополнительно последнюю группу связей можно разделить на непосредственные и опосредованные – телеконтроль, телеуправление и пр.

Связи в конструкциях определяют их сущность, их свойства, т. е. меру различия или сходства конструкций.

ИНТЕРНЕТ

установки

ПОЛЬЗОВАТЕЛЬ

Связи это не абстрагированные понятия, а реальность, например: механические связи через крепежные соединения, магнитные связи между индуктивностями, гальванические связи по проводам, химические связи между средой и объектом и, как результат, возникновение коррозии. Таким образом, Основы проектирования электронных средств: конспект лекций -12ПРЕДМЕТ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ конструкция есть материальное тело с многообразием элементов и связей, определяющих ее свойства.

Характерной особенностью конструкции ЭС является возможность преобразования электрических, электромагнитных, магнитных и, в ряде случаев, оптических связей.

Связи (группа связей) определяют свойства конструкции. Например, такое свойство, как ремонтопригодность, обеспечивается определенными механическими и геометрическими связями, иначе говоря, определенным расположением элементов конструкции и их закреплением.

Количественно свойства определяются параметрами, численно характеризующими свойства конструкции. Например, свойство «надежность изделия» задается такими параметрами, как наработка на отказ, среднее время безотказной работы, выраженными конкретными значениями.

Качественно свойства конструкции отображаются структурами.

Так, применяя различную структуру из трех типов элементов – транзисторы, резисторы, конденсаторы, можно получить различные по функциональному назначению устройства, даже не изменяя номиналов и типов элементов.

Итак, конструкция электронного средства – это искусственно созданная человеком совокупность физических тел и веществ, с определенной структурой и параметрами, предназначенная для выполнения заданных функций, главным образом для преобразования электрических сигналов.

Любую радиотехническую конструкцию, любое радиотехническое устройство можно представить как систему.

Под системой понимается:

Регулярное или упорядоченное устройство, состоящее из элементов, или частей, взаимосвязанных и действующих как единое целое;

совокупность, или группа элементов, необходимых для выполнения некоторых операций.

Под термином «радиоэлектронная система» мы будем понимать такую совокупность взаимосвязанных узлов и блоков, которые могут принимать большое число состояний, обеспечивающих выполнение возложенных на систему функций по передаче, хранению и преобразованию информации.

В систему входят радиоэлектронные устройства различной сложности, например приборы, блоки, узлы, детали и т. д.

Дадим определения основных изделий ЭС.

Комплекс – два или более изделия, не соединенные на предприятииизготовителе сборочными операциями и предназначенные для выполнения одной цели (см. рис. 1.2).

Основы проектирования электронных средств: конспект лекций -13ПРЕДМЕТ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ Комплект – два или более изделия, не соединенные на предприятииизготовителе сборочными операциями и предназначенные для вспомогательных целей. Например, комплект ЗИП (запасное имущество приборов), комплект инструментов.

Сборочная единица – изделие, состоящее из двух или более частей с обязательным применением сборочных операций, позволяющих объединить составные элементы в единое целое (рис. 1.3).

Деталь – изделие, выполненное из однородного по марке и наименованию материала без применения сборочных операций. Допускается применение местной пайки, сварки, склейки (рис. 1.4).

В сборочных единицах по конструктивной иерархии можно выделить три уровня: приборы, блоки и узлы.

Прибор – сборочная единица, предназначенная для самостоятельного эксплуатационного применения (рис. 1.5).

Блок – конструктивно и функционально законченная сборочная единица, состоящая из субблоков, кассет и электрорадиоэлементов (ЭРЭ), не имеющая самостоятельного эксплуатационного назначения (рис. 1.6).

Основы проектирования электронных средств: конспект лекций -14ПРЕДМЕТ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ Рис. 1.7. Узел: а – печатный узел; б – измеряемый субмодуль Узел – сборочная единица, состоящая из ограниченного числа деталей и имеющая конструктивную автономию (рис. 1.7, а). Конструктивную и функциональную автономию имеет функциональный узел – устройство, предназначенное для выполнения одной или ограниченного числа функций (рис. 1.7, б).

Блоки, субблоки, функциональные узлы конструктивно могут быть выполнены в виде кассеты – функционально и конструктивно законченной сборочной единицы, состоящей из ограниченного количества субблоков, расположенных в одной или нескольких плоскостях, заключенных в рамочную конструкцию, на задней стенке которой имеется разъем врубного типа (рис. 1.8).

В терминологии Единой системы конструкторской документации (ЕСКД) все изделия классифицированы только как комплекс, комплект, сборочная единица и деталь.

1.4. Составные части процесса конструирования Как отмечалось, качественно свойства конструкции отображаются структурами, которые определяются как устойчивая связь между элементами конструкции. Иными словами, каждая структура обусловливает определенную группу свойств, и в этом отношении можно наблюдать однозначность между структурой и свойствами. Эта зависимость делает возможной повтоОсновы проектирования электронных средств: конспект лекций -15ПРЕДМЕТ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ 1.4. Составные части процесса конструирования ряемость изделия, ибо одинаковые конструкции будут обладать одинаковыми свойствами (рис. 1.9).

Однако обратное – однозначность свойств и структуры конструкции в общем случае не имеет места, что предопределяет творческий характер конструирования. Конечно, имеется некая формализация полученных результатов, привлечение САПР, но это не снижает творческого участия разработчика, поскольку в итоге все решения принимает человек.

То обстоятельство, что разные структуры обладают одинаковыми свойствами, позволяет оптимизировать конструкции. Здесь следует сделать оговорку. Так как конструкция обладает множеством свойств М, то в общем случае для разных конструкций М1 = М2 = М3... и т. д.

Структуры и параметры конструкции находятся в функциональной связи друг с другом, и, следовательно, свойства конструкции ЭС отображаются параметрами. Однако знание только структур и параметров не позволяет решить вопрос об эксплуатационных возможностях данной конструкции, о величинах и характере тех воздействий на конструкцию, при которых она может выполнять свои функции. Отсюда следует, что конструкцию характеризуют не только структуры и параметры, но и воздействия на нее. Эти воздействия суть характеристика связей конструкции со средой, объектом, человеком-оператором, и они могут быть выведены из общего многообразия связей конструкции.

Конструкция К Конструкция Любая конструкция характеризуется многими структурами (S), многими параметрами (F) и многими воздействиями (Х). Таким образом, с одной стороны, конструкцию можно представить как совокупность элементов в определенных связях, с другой стороны, любая конструкция является совокупностью множества структур и параметров, причем поставленных в соответствие множеству воздействий. Математически это можно записать как где S = f(X), F = f(X).

Процесс разработки ЭС представлен на рис. 1.10. При разработке конструкции в техническом задании (вход) оговаривается часть множества структур (Э1, Э2, Э3 и т. д.), параметров (основные параметры) и воздействий (условия эксплуатации). Задача конструктора – выявить и отразить в документации (выход) множество структур и параметров в такой мере, чтобы изготовление конструкции в производстве возможно было однозначно, причем такой конструкции, которая бы соответствовала исходным данным.

Основы проектирования электронных средств: конспект лекций -16ПРЕДМЕТ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ 1.4. Составные части процесса конструирования Таким образом, конструирование ЭС – это процесс, выходом которого является часть множества структур и параметров, поставленных в соответствие множеству воздействий и отраженных в конструкторской документации.

На основе исходных данных решается вопрос выбора и, в случае необходимости, разработки элементов конструкции и входящих компонентов.

Чрезвычайно важным моментом является выбор элементной базы. Если изменение структуры системы в процессе конструирования может быть осуществлено с относительно небольшими потерями времени и средств, то изменение системы элементов на последующих этапах проектирования в большинстве случаев связано со значительной перестройкой производства.

При выборе системы элементов обычно ориентируются на возможность реализации заданных функций, быстродействия, надежности, массы, габаритов, энергопотребления, помехозащищенности, технологичности изготовления и применения.

Выбор системы элементов, наряду со структурными методами, в значительной степени предопределяет надежностные характеристики проектируемой системы.

В настоящее время существует тенденция к широкому использованию в конструкции ЭС микросхем и микросборок, в частности микропроцессоров.

Аппаратура на микросхемах и микросборках характеризуется следующими особенностями:

возможность выполнения сложной ЭС в виде одноблочных устройств;

Основы проектирования электронных средств: конспект лекций -17ПРЕДМЕТ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ 1.4. Составные части процесса конструирования обеспечение высокой надежности;

возможность увеличения тепловых напряженностей в 3–5 раз;

Значительное увеличение вибро- и ударопрочности и устойчивости конструкций благодаря отсутствию или малому количеству крупногабаритных, массивных деталей;

обеспечение повышенной устойчивости к внешним воздействиям из-за увеличения числа герметичных изделий.

Формирование технического задания (ТЗ) исходные структуры, параметры, воздействия и выбор элементной базы позволяют перейти к следующей стадии в процессе конструирования ЭС – выявлению и организации структур и параметров конструкции. Этот этап включает в себя выбор, анализ и аналитическое определение структур и параметров, их моделирование, а в ряде случаев и согласование различных по типу структур и параметров, учет внешних воздействий. Задачи данной стадии решаются с применением различных методов конструирования ЭС. В результате определяются множества структур и параметров конструкции, которые соответствуют исходным данным, включая внешние воздействия.

Последняя стадия процесса конструирования ЭС – оформление документации, отражение в ней множеств структур и параметров, иными словами, формализация полученной в процессе конструирования информации, необходимой для изготовления и эксплуатации конструкции, с учетом определенных ограничений.

Ограничения задаются, как правило, в виде ТЗ на конструирование и содержат тактико-технические данные (ТТД) на изделие в определенных условиях эксплуатации. Кроме этого налагаются определенные ограничения технологичностью конструкции: чем технологичнее изделие, тем легче его изготовить, тем меньше затрат на изготовление изделия. С требованиями технологичности связаны ограничения стандартизации. Для упрощения подготовки производства стандартизованы, например, крепежные изделия. СтанОсновы проектирования электронных средств: конспект лекций -18ПРЕДМЕТ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ 1.4. Составные части процесса конструирования дартизованы или, по крайней мере, унифицированы типы и номиналы активных и пассивных элементов. Для упрощения и однозначности формализации информации об устройстве введены единые правила построения программной, конструкторской и технологической документации. Кроме того, в связи с постоянным взаимодействием ЭС с человеком-оператором (пользователем) готовое изделие должно отвечать требованиям эстетики и эргономики.

Независимо от назначения ЭС при их проектировании следует учитывать следующие основные свойства и связи (рис. 1.11).

1. Необходимые связи, обусловленные выполнением заданных функций:

электрические (определяют выбор монтажных соединений);

геометрические (определяют компоновку изделия);

механические (определяют выбор материалов и варианты крепления).

2. Свойства, определяющие совместимость ЭС:

совместимость с объектом установки:

возможность размещения;

возможность закрепления;

возможность подключения;

исключение наводок на другие ЭС;

тепловая совместимость;

Электрохимическая совместимость (выбор материалов и покрытий, работающих друг с другом без возникновения коррозии);

электромагнитная совместимость;

совместимость с человеком-оператором, удовлетворяющая требованиям технической эстетики и эргономики.

3. Связи, обеспечивающие надежность работы изделия при заданных условиях эксплуатации. Надежность определяется такими свойствами, как сохраняемость (обеспечивается защитой при хранении и транспортировании), безотказность и долговечность (обеспечиваются в первую очередь защитой от внешних воздействий), ремонтопригодность (обеспечивается компоновкой и видом крепления).

4. Технологичность – свойство конструкции, учитывающее условия производства (осваиваемость, время и стоимость изготовления).

5. Патентность (патентная чистота – наличие у объекта свойств в отношении определенных стран не попадать под действие охранных документов, выданных в этих странах; патентная способность – наличие у технического решения всех признаков изобретения).

Основы проектирования электронных средств: конспект лекций -19ПРЕДМЕТ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ 1.4. Составные части процесса конструирования 1.5. Жизненный цикл ЭС.

1.6. Конструкторское проектирование.

1.7. История конструирования ЭС.

Контрольные вопросы.

Изготовлению конструкции всегда предшествует ее разработка, т. е.

процесс всестороннего исследования, в итоге которого получаются нужные результаты. Для радиоэлектронной аппаратуры, например, производится разработка основных тактико-технических показателей, разработка структурных, функциональных и других схем, разрабатывается геометрическая форма и размеры с учетом пространственных, силовых, электромагнитных связей.

В общем случае основные этапы жизненного цикла (ЖЦ) ЭС представлены на рис. 1.12.

Замысел Реклама Основы проектирования электронных средств: конспект лекций -20ПРЕДМЕТ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ Любая конструкция или система начинается с абстрактного представления мысленного плана, созданного воображением проектировщика. Это представление новой системы никогда не возникает в законченном и отработанном виде.

Для материализации абстрактной модели новой ЭС, она должна быть спроектирована, т. е. после замысла начинается разработка, которую можно условно разбить на два этапа (рис. 1.13).

В процессе научно-исследовательской работы (НИР) производится системный анализ, т. е. определение целей, нахождение основных путей и выбор методов решения поставленной задачи, нахождение принципов реализации устройств и составление технического задания (ТЗ).

В процессе опытно-конструкторской разработки (ОКР) производится:

изготовление комплекта конструкторской документации (КД);

изготовление опытного образца;

испытание опытного образца;

изготовление КД серийного образца.

По ЕСКД этапы разработки могут быть представлены в виде следующих проектов (рис. 1.14):

аванпроект (техническое предложение);

эскизный проект (ЭП);

технический проект (ТП);

рабочий проект (РП).

Примерный состав работ, выполняемых на этапе НИР, приведен на рис. 1.16, примерный состав работ, выполняемых на этапе ОКР, – на рис. 1.17.

Одновременно с разработкой КД для серийного образца производится разработка технологии производства: прежде чем приступить к серийному производству, необходимо иметь чертежи и инструкции, производственную площадь, оборудование и методику испытаний, а также испытательную аппаратуру.

Основы проектирования электронных средств: конспект лекций -21ПРЕДМЕТ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ Основанием для проведения работ на каждом этапе проектирования является техническое задание (ТЗ).

В производстве первоначально изготавливаются узлы и блоки, затем выполняется сборка приборов, шкафов и стоек и, наконец, сборка всей ЭС.

Некоторые системы ЭС создаются всего в одном или нескольких экземплярах, число других составляет миллионы. Время производства одних устройств исчисляется неделями, а для некоторых радиотехнических систем (РТС) составляет десятки лет. Для будущего обеспечения технического обслуживания и ремонта изготавливается также запасное имущество приборов (ЗИП).

Изготовленные устройства транспортируются к месту установки и эксплуатации. Многие системы ЭС перевозятся к месту эксплуатации в разобранном виде и собираются либо на месте эксплуатации, либо неподалеку от него.

Сроки службы многих сложных систем измеряются десятилетиями.

Снятию с производства изделия подлежат в случаях:

Освоения производства нового изделия, имеющего более высокие технические характеристики и/или технико-экономические показатели;

отсутствия заказа в течение трех и более лет по причине отсутствия спроса;

Выявления при эксплуатации свойств, отрицательно сказывающихся на здоровье людей и состоянии окружающей среды.

При снятии изделия с производства подлинники конструкторской и технологической документации хранит предприятие-держатель подлинников для возможности выпуска ЗИП и проведения ремонтных работ, причем за все время хранения документации в нее вносятся изменения.

В целях воспроизводства изделия в течение его жизненного цикла сохраняется и специальная технологическая оснастка.

Снятие с эксплуатации последнего образца означает конец всего поколения данной системы.

Этапы «Реклама» и «Сбыт» могут охватывать большой период существования системы. В частности, системы ЭС, предназначенные для эксплуатации в военных целях, могут быть проданы еще до того, как началось проектирование системы. Как правило, рекламирование изделия начинают с запуска его массового производства.

Мероприятия по сбыту могут быть различными. Например, скупка у населения старой техники повышает спрос на новые марки изделий ЭС.

К мероприятиям по сбыту можно отнести и оформление изделия в специфичных формах конструкции. Например, особенности психологического восприятия человека таковы, что взгляд сначала останавливается на одушевленных объектах, и в первую очередь на лице человека. Поэтому композиционное оформление передних панелей ЭС, стилизованное под человеческое лицо (рис. 1.15), часто приводит к увеличению продаж таких изделий.

Основы проектирования электронных средств: конспект лекций -22ПРЕДМЕТ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ Рис. 1.15. Оформление передних панелей персональных компьютеров:

Этапы ЖЦ изделия, представленные на рис. 1.12, могут быть упорядочены во времени не полностью, а частично. Некоторые этапы должны предшествовать другим и, соответственно, должны быть упорядочены во времени. Например, аппаратура должна быть изготовлена прежде, чем пущена в эксплуатацию.

Для некоторых этапов упорядочение во времени не играет роли. Так, одни узлы и блоки аппаратуры могут быть спроектированы до или после готовности других узлов. И наконец, этапы могут перекрываться во времени.

Различные варианты расстановки этапов ЖЦ зависят от конкретного ЭС. Иногда можно приступить к производству еще до окончания проектирования. Если запуск пройдет успешно, то первый комплект будет изготовлен быстрее, чем это можно было ожидать. Но в случае возникновения непредвиденных трудностей в процессе проектирования такая поспешность может привести к значительным потерям времени и средств.

Радиоэлектроника, а вместе с ней и конструирование в своем развитии пережили немало скачков, вызванных освоением новых диапазонов волн, новых методов генерирования сигналов и т. д. Однако методы разработки ЭС менялись мало. Традиционными стали три уровня разработки. На первом уровне, считающемся наиболее высоким, происходит определение функциональных задач ЭС, рассматриваются технические принципы их решения и определяются такие характеристики аппаратуры, как мощность и длина волны, способы излучения и приема сигналов.

Первый уровень завершается разработкой структурной схемы ЭС и определением функциональных требований к его блокам.

На втором уровне проектирования осуществляется разработка принципиальных электрических схем блоков на основе требований, определенных на первом уровне проектирования.

Основы проектирования электронных средств: конспект лекций -23ПРЕДМЕТ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ И, наконец, на третьем уровне происходит конструирование аппаратуры и разрабатываются технологические процессы ее производства. Этот уровень традиционно находился в «тисках» решений, принятых на первом и втором уровнях проектирования, что для творческой деятельности инженера-конструктора оставляло очень мало простора.

Алгоритм проведения работ на первом и втором уровнях разработки, т.е. проектирования, представлен на рис. 1.16.

Проектирование есть разработка основных показателей радиотехнической системы и путей их практического осуществления. Результатом проектирования является совокупность данных, которая может лечь в основу разработки технических документов, необходимых для изготовления и эксплуатации устройства.

Определение Формулирование характеристик систем исследования Формулировка Формулировка Процесс рождения новых идей Рис. 1.16. Примерный состав работ на этапе проектирования Третий этап разработки традиционно называется конструированием.

Состав работ, проводимых на данном этапе, в общем виде представлен на рис. 1.17.

Конструирование – это процесс выбора структуры, пространственных и энергетических взаимосвязей и связей с окружающей средой и объектами физических тел, их материалов и обработки, установление количественных величин, пользуясь которыми можно изготовить изделие, отвечающее заданным требованиям.

Основы проектирования электронных средств: конспект лекций -24ПРЕДМЕТ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ Конечным результатом процесса конструирования является комплект технических документов, отображающих всю совокупность задаваемых норм на вновь разрабатываемое изделие.

Таким образом, конструирование есть составная часть процесса разработки ЭС.

В настоящее время отмечается тенденция повышения роли конструктора не только на втором, но и на первом уровне разработки ЭС. Это обусловлено следующим:

появление микроэлектроники и развитие физики твердого тела привели к тому, что для разработки принципиальных схем и определения принципов создания новой ЭС стало необходимым привлечение опытных конструкторов, способных оценить те или иные варианты построения РТС с точки зрения создания высокоэффективной аппаратуры, применение которой экономически целесообразно;

при разработке аппаратуры стоечного и кассетного вида конструктор принимает участие на всех уровнях проектирования. На основе качественно новых конструкций аппаратуры возникают и качественно новые возможности их использования. Для создания таких конструкций инженер-конструктор должен обладать фундаментальными знаниями в области физики твердого тела и радиоэлектроники.

Сегодня участие инженера-конструктора на всех этапах разработки ЭС является решающим фактором научно-технического прогресса в данной области.

Основы проектирования электронных средств: конспект лекций -25ПРЕДМЕТ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ Разработка ТЗ определение требований к конструкции на конструкцию определение требований к компоновке проектируемого Компоновка выбор формы (конфигурации) Разработка уточнение габаритных соотношений конструкции выбор методов закрепления составных частей Разработка электрического монта- Разработка деталей и узлов Рис. 1.17. Примерный состав работ на этапе конструирования На рис. 1.18 условно показан вклад инженера-схемотехника и инженера-конструктора при проектировании ЭС различных иерархических уровней для разных поколений ЭС.

Таким образом, можно «увязать» процесс конструирования с другими стадиями разработки ЭС, как показано на рис. 1.19.

Основной задачей проектирования является получение эффективного ЭС (рис. 1.20).

Основы проектирования электронных средств: конспект лекций -26ПРЕДМЕТ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ 1.6. Конструкторское проектирование Рис. 1.18. Вклад инженера-схемотехника и инженера-конструктора

КОНСТРУИРОВАНИЕ

Рис. 1.19. Связь процесса конструированияс другими стадиями разработки ЭС целесообразность Минимизация затрат на эксплуатацию на разработку Технологичность и стандартизация Рис. 1.20. Основные требования к процессу создания эффективной ЭС Основы проектирования электронных средств: конспект лекций -27ПРЕДМЕТ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ Эффективность электронной аппаратуры во многом определяется решениями, принятыми на этапах НИР и ОКР.

Конструирование радиоаппаратуры началось в конце XIX в. одновременно с развитием радиотехники. Для первых конструкций основой служил деревянный ящик, на стенках которого размещались необходимые детали.

Так как в первых радиоустройствах число каскадов было невелико, то экранировались только катушки индуктивности. По мере возрастания числа каскадов и увеличения коэффициента усиления возникла необходимость в межкаскадной экранировке.

В конце 1920-х гг. появилось металлическое шасси, на котором располагались элементы, что позволило уменьшить нежелательные связи по электромагнитному полю. В то же время появились этажерочные конструкции изделий, т. е. сложная система разбивалась на блоки, расположенные один над другим.

С середины 50-х гг. прошлого века резко возрастает уровень сложности РЭС. Большое тепловое излучение ламп создавало принципиальные трудности в конструировании РЭС из-за повышения внутреннего нагрева устройств.

Проблема была решена благодаря применению транзисторов, освоенных в то время уже серийно.

Появление ЭВМ, состоящих из большого числа одинаковых каскадов, привело к созданию однотипных конструктивных узлов-модулей.

Результатом поисков методов изготовления, позволяющих повысить производительность труда путем автоматизации, стало применение с начала 1950-х гг. печатного монтажа, а к середине 1960-х гг. с появлением микроэлектроники – групповых методов производства.

За прошедшее столетие произошла смена пяти поколений ЭС. Основным отличительным признаком поколения считается элементная база и метод конструирования (табл. 1.1):

в первом поколении ЭС применялись электронные лампы, крупногабаритные навесные ЭРЭ, блочный метод;

во втором – транзисторы, миниатюрные ЭРЭ, модульный метод;

в третьем – интегральные схемы (ИС) с небольшой степенью интеграции (100–1000 эл./корп.), функционально-узловой метод;

Основы проектирования электронных средств: конспект лекций -28ПРЕДМЕТ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ в четвертом – большие интегральные схемы (БИС) и сверхбольшие интегральные схемы (СБИС), функциональные компоненты, функциональноузловой метод;

пятое поколение ЭС (настоящее время) характеризуется применением микропроцессорных устройств, увеличением сервиса, использованием функционально-узлового метода.

Кроме отмеченных признаков, при развитии конструкций ЭС менялись используемые материалы и дизайн ЭС.

В 30-е гг. прошлого века был осуществлен переход от несовершенной техники прямого усиления (радиоприемники БЧ, ЭЧС, ЭКЛ и др.) к супергетеродинам. Последние работали на металлических лампах и обеспечивали параметры, достаточные для уверенного приема мощных радиостанций всего мира на наружную антенну. Среди таковых назовем 6Н1 и СВД различных модификаций, ставшие массовыми радиоприемниками для городских радиослушателей. Существовали также батарейные приемники (РПК, БИ-234 и др.) для местностей, не имевших сетей переменного тока. Выпускались в те годы и детекторные приемники (рис. 1.21).

«Радиолина». Первый отечественный 4НБС-6 (четырехламповый нарадиоприемник. Модель 1924 г. Трест стольный батарейный). Модель 1939 г.

заводов слабого тока. (Экспонат Воронежский завод «Электросигнал»

Политехнического музея в г. Москве) Основы проектирования электронных средств: конспект лекций -29ПРЕДМЕТ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ Приемник с фиксированной настройкой Радиола «Октава». Модель 1957 г.

Радиола «Ригонда-стерео». Модель 1964 г. Первая советская стереофоническая радиола.

Основы проектирования электронных средств: конспект лекций -30ПРЕДМЕТ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ К 1946 г. в СССР была разработана большая серия радиоприемников, которые затем выпускались различными заводами и отличались большим разнообразием принципиальных и дизайнерских решений. Среди них как массовые малоламповые модели («Москвич», «Рекорд»), так и дорогие сложные приемники («Маршал», «Ленинград»). Качество работы приемников и их оформление значительно улучшились. Многоламповые приемники тех лет до сих пор способны удовлетворить своей работой искушенных радиослушателей (рис. 1.22).

1950-е гг. стали «золотым веком» советского лампового радио. Именно тогда было достигнуто оптимальное соотношение цены и качества бытового радиоприемника. Широкое применение к концу десятилетия пальчиковых радиоламп позволило улучшить и массогабаритные характеристики. Однако приемник «Мир» модели 1952 г., собранный на «старых добрых» октальных лампах, остается, по мнению многих специалистов и радиолюбителей, лучшим по качеству и устойчивости приема среди аппаратов того времени. Заводы соревновались в разработке разнообразных схем и ящиков, которые и сейчас радуют глаз красивой фанеровкой (рис. 1.23).

1960-е годы ознаменовались универсализацией как схемно-конструктивных, так и дизайнерских решений радиоприемников. Основой тому стало внедрение в производство экономичных технологий печатного монтажа и удешевление электронных компонентов при массовом производстве. Из «облика» приемников начал исчезать «аромат эпохи», столь характерный для добротных приемников ручной сборки прежних лет. Даже появление УКВдиапазона не позволило забыть «бархатный» звук старых «монстров». Самой массовой стала схема приемника II класса, разработанная в конце 1950-х гг. и растиражированная во многих моделях «обезличенного» дизайна. Качественные показатели были принесены в жертву удешевлению. Из приемников того времени интересен «Фестиваль», который имел дистанционное управление громкостью, настройкой и диапазонами с пульта ДУ с проводом в палец толщиной. Эти годы стали временем заката «музыкальных шкафов» – наступало время транзисторов (рис. 1.24).

В настоящее время стальные элементы несущих конструкций сменили алюминиевые, пластмасса вытеснила дерево и, в ряде случаев, металлы.

1. Что понимают под термином «конструкция»? Какова ее сущность?

2. Какие бывают конструкции ЭС?

3. Перечислите свойства, которые наиболее полно характеризуют любую конструкцию ЭС.

4. Какие основные свойства и связи, независимо от назначения, необходимо учитывать при проектировании ЭС?

5. Назовите основные этапы жизненного цикла ЭС.

6. Перечислите примерный состав работ, выполняемых на этапе НИР.

Основы проектирования электронных средств: конспект лекций -31ПРЕДМЕТ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ 7. Дайте определения понятиям «проектирование» и «конструирование».

Чем характеризуются эти процессы?

8. В каких случаях изделия подлежат снятию с производства?

9. Что является основной задачей проектирования?

10. Охарактеризуйте основные этапы истории развития конструирования ЭС.

Основы проектирования электронных средств: конспект лекций -32ОГРАНИЧЕНИЯ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ 2.1. Структура и взаимосвязь ограничений.

2.2. Ограничения на метод проектирования.

2.2.1. Сроки проектирования.

2.2.2. Требования комплексной микроминиатюризации.

2.2.4. Влияние вычислительной техники.

2.2.5. Лабораторное оборудование.

2.3. Требования к выполнению ограничений.

2.1. Структура и взаимосвязь ограничений Как говорилось ранее, знание только структур и параметров системы не позволяет решить вопрос об эксплуатационных характеристиках данной конструкции, т. е. конструкцию характеризуют не только структуры и параметры, но и воздействия, при которых она может работать.

Условия эксплуатации – это определяющие ограничения, накладываемые на конструкцию ЭС.

Кроме этого при разработке конструкции сталкиваются с ограничениями, связанными с несовершенством, а во многих случаях и с отсутствием методик выбора тех или иных конструктивно-технологических решений. Если в первые годы научно-технической революции можно было пользоваться опытом создания предыдущих конструкций, то в настоящее время часто этого опыта нет, так как создание новых систем ЭС базируется на совершенно иных принципах реализации изделий. Поэтому механическое следование разработанным методикам ведет к созданию ЭС нестойкой к моральному старению.

Как отмечалось в предыдущей лекции, при переходе от одного поколения ЭС к другому происходит увеличение вклада инженера-конструктора в проектирование изделий любого уровня – от системы до компонентов. Это обстоятельство привело к замене термина «конструирование» на термин «инженерное проектирование», отражающий перераспределение ролей разработчиков ЭС в общем цикле проектно-конструкторских работ.

Задачей инженерного проектирования является разработка систем при некоторых ограничениях, обусловленных способом решения, обеспечивающая оптимальное выполнение поставленной задачи при некоторых ограничениях, накладываемых на решение.

Основы проектирования электронных средств: конспект лекций -33ОГРАНИЧЕНИЯ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ Требования комплексной микроминиатюризации вычислительной техники Рис. 2.1. Состав ограничений при проектировании Если первая группа ограничений относится к методу проектирования и на результат влияет опосредованно, то вторая относится непосредственно к результату проектирования, т. е. к конструкции ЭС (рис. 2.1).

Ограничения по возможности применения того или иного метода проектирования, включая моделирование протекающих в ЭС процессов, определяет предприятие-разработчик исходя из своего ресурсного потенциала. Заказчик, как правило, не влияет на определение таких ограничений. Для последнего важен только результат – конкретная аппаратура, прибор, вычислительная система и т. д., поэтому он формулирует требования только к результату проектирования, которые отражаются в техническом задании (ТЗ) вместе со сроками проектирования.

Ограничения на результат проектирования будут рассмотрены отдельно. В данной лекции мы рассмотрим только ограничения, налагаемые на метод проектирования ЭС.

Основы проектирования электронных средств: конспект лекций -34ОГРАНИЧЕНИЯ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ 2.2. Ограничения на метод проектирования При современных, все ускоряющихся темпах научно-технического прогресса предельное сокращение сроков проектирования становится одним из главных требований к процессу проектирования. Действительно, при увеличении сроков проектирования новизна и оригинальность решений, используемых в проекте, теряется. Еще не будучи осуществленным, проект может морально устареть и потерять смысл. Поэтому одной из главных характеристик процесса проектирования становится его быстротечность.

От начала проектирования до выпуска серийного образца проходит определенный период времени, и тем больший, чем сложнее изделие. Этот период в общем случае состоит из следующих этапов:

проектирование;

изготовление;

заводская отладка и доводка опытного образца;

промышленные испытания;

внесение изменений по результатам испытаний;

государственные испытания и приемка опытного образца;

изготовление технической документации головной серии;

изготовление головной серии:

промышленные испытания;

разработка документации для серийного запуска;

подготовка производства к серии;

серийный выпуск.

Для сложных изделий этот процесс в лучшем случае длится полторадва года. Иногда длительность его доходит до трех-четырех лет. Однако при малых сроках проектирования трудно получить прибор, обладающий высокими показателями качества, ибо разработка есть не что иное, как постепенная оптимизация исходного варианта изделия. При больших сроках проектирования появляется вероятность выпуска морально устаревшего изделия (рис. 2.2).

Процесс формирования технических требований (ТТ) к разрабатываемому изделию, включая сроки проектирования, по своей сути носит конфликтный характер. Разработчик стремится заложить ТТ (Zр), достигнутые при разработке предыдущего изделия: для него это гарантия выполнения проекта. Однако в большинстве случаев эти требования ниже мирового уровня (Zм). Заказчик, наоборот, стремится получить изделие с ТТ (Zз), превышающими мировой уровень. При утверждении ТЗ с ТТ, превышающими мировой уровень, ситуация может развиваться по трем сценариям, поскольку технический прогресс не стоит на месте и за время проектирования мировой уровень качества изделий растет.

Основы проектирования электронных средств: конспект лекций -35ОГРАНИЧЕНИЯ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ Рис. 2.2. Зависимость технического уровня (Z) от сроков проектирования (t):

Zз – технический уровень, первоначально выдвинутый заказчиком; Zм – мировой уровень на момент окончания проектирования; Zр – технический уровень, достигнутый разработчиком при проектировании предыдущего изделия;

Вариант 1: за время проектирования мировой уровень не превысил требований, установленных в ТЗ, и, следовательно, в заданные сроки изделие с требуемым качеством разработать не удалось.

Вариант 2: разработчик может удовлетворить требования заказчика.

Вариант 3: отсутствие гарантии достижения мирового уровня разработчиком и проигрыш заказчика, поскольку разработанное изделие имеет качество ниже достигнутого на мировом уровне.

2.2.2. Требования комплексной микроминиатюризации Проблема комплексной микроминиатюризации вызвана высокой сложностью современных ЭС. Маломощные каскады, в зависимости от сложности изделий, составляют 20–30 % от их общего объема и веса. Следовательно, в ЭС применение микросхем и микросборок в одних только маломощных каскадах не достаточно эффективно для снижения массы и габаритов аппаратуры.

Имеется шесть условий осуществления комплексной микроминиатюризации:

Построение функциональной схемы ЭС с наибольшим использованием дискретных цифровых принципов, с заменой электромеханизмов на электронные каскады;

Перевод электрической схемы ЭС на микроэлектронный компонентный базис (микросхемы общего применения и микросборки) и построение остальной части электронных каскадов на микросхемах частного применения, а также широкое применение элементов функциональной электроники;

интенсификация теплоотвода, связанная в первую очередь с применением твердотельных микроохладителей;

Основы проектирования электронных средств: конспект лекций -36ОГРАНИЧЕНИЯ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ применение новых принципов формирования мощного электромагнитного излучения, позволяющих исключить крупногабаритные генераторные лампы, например применение фазированных антенных решеток (ФАР);

Использование в диапазоне сверхвысоких частот (СВЧ) интегральных схем частного применения, микрополосковых линий (МПЛ), генераторов Ганна и т. д.;

целенаправленная (для комплексной микроминиатюризации) разработка компонентов.

Уровень квалификации разработчика оказывает влияние, во-первых, на сроки проектирования и, во-вторых, на качество изделия. На предприятиях проектировщики, конструкторы аппаратуры, в зависимости от опыта, уровня подготовки, занимают различные должности. Например, в конструкторских отделах имеются следующие штаты: техник-конструктор, инженер, инженерконструктор 3, 2 и 1-й категории, ведущий инженер и др. В зависимости от сроков разработки и сложности задачи решение проблемы поручается тому или иному исполнителю.

Влияние программных средств проявляется в наличии (или отсутствии) программного обеспечения, позволяющего автоматизировать процесс разработки ЭС и проводить моделирование протекающих в ЭС физических процессов с целью сокращения сроков натурных испытаний. К такому программному обеспечению относят: программы чертежной графики (AutoCAD, «Компас-График», Visio и др.), программы автоматизированной разработки печатных плат (P-CAD, AccelEDA), программы расчета тепловых режимов ЭС, программы расчета электрической и электромагнитной совместимости и др.

Внедрение CALS-технологии как технологии сопровождения изделия на протяжении всего его жизненного цикла требует специальных программ.

Аппаратные средства оказывают влияние на быстродействие программного обеспечения и, следовательно, на производительность конструктора-разработчика. Так, на работу с программами трехмерной графики и обработки изображений может уходить значительное время (иногда до десятков минут). Решение проблемы достигается либо дальнейшим наращиванием объема оперативной памяти, частоты процессора и системной шины, либо включением поддержки необходимых функций на уровне «железа» (например, поддержка графических приложений в компьютерах фирмы Apple).

Внедрение машинного проектирования позволило резко сократить сроки проектирования, особенно сложных систем. С помощью ЭВМ в настоящее время производится не только проектирование электрических схем, расчет их Основы проектирования электронных средств: конспект лекций -37ОГРАНИЧЕНИЯ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ по постоянному и переменному току, но и разработка печатного монтажа, топологии интегральных схем, а также выпуск КД различного назначения.

Вычислительная техника не только позволяет снизить сроки проектирования ЭС, но и улучшить их качество. Например, при коэффициенте заполнения печатной платы по площади более 0,7 машина справляется с компоновкой печатной платы лучше и быстрее человека, однако почти всегда требуется корректировка печатных проводников, и тем больше, чем больше коэффициент заполнения.

Возможности имеющегося лабораторного оборудования влияют в основном на сроки проектирования. При отсутствии необходимого оборудования качество разработанных схем получается довольно низким и изделия в дальнейшем требуют длительной отработки после проведения испытаний.

При разработке требований к результату процесса проектирования следует учитывать, какие требования должны выполняться всегда, а какие в большей или меньшей степени (табл. 2.1).

Основные требования к результату проектирования Технические В физико-техническом отношении Технически возможно Прочие Удобно, надежно в эксплуатации Безопасно, не требует Безусловно должны выполняться технические требования, обеспечивающие изготовление и функционирование изделия, а также требования по безопасности. Остальные же требования могут выполняться в большей или меньшей степени. Они необходимы для сравнения изделий, принятия решений и выбора лучшего варианта.

Основы проектирования электронных средств: конспект лекций -38ОГРАНИЧЕНИЯ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ 2.4. Исходные данные для проектирования.

2.5. Техническое задание – этап проектирования ЭС.

2.6. Основная структура ТЗ на проектирование.

2.7. Классификация ЭС.

2.4. Исходные данные для проектирования Исходными данными для разработки ЭС может быть следующая информация:

ТЗ, выдаваемое планируемой организацией или заказчиком и определяющее параметры изделия, область и условия его применения;

Техническое предложение, выдвигаемое в инициативном порядке проектной организацией или группой инженеров;

научно-исследовательская работа или созданный на ее основе опытный образец;

изобретение или созданный на его основе экспериментальный образец;

образец зарубежной машины или созданный на его основе опытный образец.

Первый случай наиболее общий, так как независимо от того, что явилось исходными данными для разработки на этапе ОКР (на этапе конструирования), составление ТЗ необходимо.

Таким образом, техническое задание является основным исходным документом для разработки изделия.

2.5. Техническое задание – этап проектирования ЭС Согласно ГОСТ 2.103 составление технического задания является первой стадией разработки ЭС.

Техническое задание может быть составлено как на все изделие, так и на его составные части и содержит необходимые ограничения, связанные с условиями эксплуатации (климатические, механические, биологические воздействия), обслуживания (эргономические и другие факторы), производства ЭС (серийность выпуска, показатели технологичности), принципами функционирования (требования безопасности и помехозащищенности), а также сроки проектирования.

Обычно ТЗ в первоначальном виде составляется заказчиком и выдается для согласования разработчику изделия, который подвергает ТЗ тщательному Основы проектирования электронных средств: конспект лекций -39ОГРАНИЧЕНИЯ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ 2.5. Техническое задание – этап проектирования ЭС анализу как с позиции преемственности конструкции, так и с точки зрения единства стилевого решения всех приборов системы.

Конструктивная преемственность – это использование при проектировании предшествующего опыта радиоаппаратостроения и смежных отраслей введением в проектируемое устройство всего полезного, что есть в существующих конструкциях.

При анализе ТЗ основное внимание уделяется трем группам вопросов:

Возможность выполнения заданных требований к системе и проектирования без проведения фундаментальных научно-исследовательских работ;

уточнение и согласование требований к проектируемой системе с заказчиком;

Оценка трудоемкости и сроков выполнения проектных работ и их согласованности с условиями проектирования и изготовления.

После проведения анализа ТЗ последнее уточняется, согласовывается с разработчиком и утверждается заказчиком. После утверждения ТЗ является основным документом разработчика.

Процесс согласования ТЗ содержит в своей основе конфликтную ситуацию, ибо заказчик стремится, чтобы в ТЗ были обозначены наилучшие характеристики проектируемой системы и возможно более короткие сроки разработки. Разработчик же, опираясь на имеющийся опыт, более объективно оценивает возможность реализации проекта в заданные сроки. Согласование ТЗ, как правило, достигается не сразу, а в результате нахождения компромиссных решений.

Объем исходных данных, содержащихся в ТЗ, зависит в первую очередь от назначения и сложности проектируемого изделия. Кроме того, состав ТЗ определяется квалификацией его разработчика, и в данном случае возможны три варианта:

если проектировщику предлагается задание, проработанное до мелочей, включая готовые технические решения, то им пользоваться, с одной стороны, легко, как неким «сводом предписаний»;

с другой стороны, поскольку требования системотехников, схемотехников, технологов, эксплуатационщиков обычно противоречивы, то их очень тяжело «увязать» в конкретное конструкторское решение;

при слабо проработанных ТЗ, при недостатке исходной информации, исходных ограничений ситуацию можно охарактеризовать как «пойди туда, не знаю куда, принеси то, не знаю что». В этом случае либо долго длится этап анализа ТЗ, либо много времени тратится на проработку большого числа вариантов конструктивного исполнения.

Исходя из сказанного, можно сделать вывод, что ТЗ должно быть проработано только до такой степени детализации, чтобы было понятно, для чего служит разрабатываемое изделие, какие потребности должно удовлетворять, как и кем эксплуатироваться, с какими приборами должно сопрягаться и т. д. В этом случае, несмотря на вероятность некоторых жестких ограничений, всегда найдется возможность для творчества конструктора.

Основы проектирования электронных средств: конспект лекций -40ОГРАНИЧЕНИЯ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ 2.5. Техническое задание – этап проектирования ЭС Напомним, что техническое задание может быть составлено как на все изделие, так и на его составные части. В последнем случае этот документ называют частным техническим заданием (ЧТЗ). В нем могут содержаться конкретные технические решения, обусловленные конструктивной реализацией вышестоящего иерархического уровня. Например, ЧТЗ на печатные узлы (ПУ) может содержать конкретные технические решения, определяющие форму печатной платы (ПП), варианты крепления в блоке, способ электрических сопряжений и пр. Наличие таких ограничений обусловливает унификацию, что в конечном итоге повышает технологичность изделия и снижает затраты на его изготовление.

В техническом задании, независимо от сложности изделия, указываются:

сроки проектирования;

назначение системы;

условия эксплуатации;

технические (конструктивные) требования;

условия производства;

требования по безопасности.

2.6. Основная структура ТЗ на проектирование ГОСТ 15.005 регламентирует следующую основную структуру ТЗ на проектирование ЭС:

1. Общие сведения о разработке:

1.1. Документы, на основании которых проводится проектирование.

1.2. Характеристика области применения устройства.

1.3. Название устройства и его условное обозначение.

1.4. Общая характеристика объекта установки.

2. Сведения о мировом уровне данного вида продукции:

2.1. Технические характеристики мирового уровня проектируемого изделия.

2.2. Стоимость аналогичной продукции на мировом рынке.

2.3. Документы и литература, содержащие сведения о разрабатываемом изделии или его аналогах.

3. Технические требования:

3.1. Общие требования.

3.2. Требования к конструкции.

3.3. Требования к электрическим параметрам и режимам.

3.4. Требования к устойчивости к внешним воздействиям.

3.5. Требования по надежности.

3.6. Требования по маркировке (указывается содержание основных маркировок).

3.7. Требования к составным частям, сырью, исходным и эксплуатационным материалам.

3.8. Требования по эргономике и технической эстетике.

Основы проектирования электронных средств: конспект лекций -41ОГРАНИЧЕНИЯ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ 3.9. Требования к радиоэлектронной и электрозащите.

3.10. Показатели назначения.

3.11. Требования к безопасности.

4. Экономические требования:

4.1. Контингент потребителей разрабатываемого изделия.

4.2. Новизна разрабатываемого изделия.

4.3. Конкурентоспособность разрабатываемого изделия.

5. Требования к разработке:

5.1. График выполнения работ.

5.2. Перечень конструкторской документации, подлежащей разработке.

5.3. Соответствие КД требованиям, изложенным в ЕСКД и других стандартах.

6. Требования к изготовлению:

6.1. Серийность выпуска.

6.2. Конкретное предприятие-изготовитель, технологическое оборудование которого может наложить ограничения на выбор конструктивнотехнологических решений при проектировании изделия и его составных частей.

7. Требования к монтажу:

7.1. Ограничения к монтажу изделия, обусловленные объектом установки.

7.2. Ограничения к монтажу изделия, обусловленные квалификацией персонала, выполняющего монтаж изделия.

8. Требования к техническому обслуживанию и ремонту:

8.1. Субъективные условия эксплуатации.

8.2. Квалификация обслуживающего персонала.

8.3. Вид ремонтных мастерских.

Конкретные требования к изделию ЭС, как учитываемые при составлении ТЗ, так и подлежащие выполнению при разработке, определяются нормативно-технической документацией – ГОСТами, техническими условиями и т. п. Например, при составлении ТЗ на проектирование бытовых радиоприемников необходимо руководствоваться ГОСТ 5651 «Аппаратура радиоприемная бытовая. Общие технические условия», а при составлении ЧТЗ на проектирование отсчетных устройств – ГОСТ 5365 «Приборы электроизмерительные. Циферблаты и шкалы. Общие технические требования».

Требования к конструкции того или иного изделия ЭС определяются в первую очередь назначением изделия (например, для медицинской и контрольно-измерительной аппаратуры условия эксплуатации определяются не только разными климатическими воздействиями, но и разным контингентом пользователей и т. д.). Поэтому попробуем разобраться, как можно классиОсновы проектирования электронных средств: конспект лекций -42ОГРАНИЧЕНИЯ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ фицировать ЭС и какие требования к конструкции определяются ее назначением.

Возможно классифицирование ЭС по следующим группам:

уровень подготовки пользователя:

бытовые и аналогичные им приборы;

профессиональные ЭС;

частотный диапазон:

низкочастотные (НЧ) 3 Гц – 3 кГц;

высокочастотные (ВЧ) 3 кГц – 300 МГц;

сверхвысокочастотные (СВЧ) 300 МГц – 3000 ГГц;

функция назначения (рис. 2.3):

вычислительные;

радиолокационные;

электротехнические;

контрольно-измерительные;

телевизионные.

При проектировании бытовых и аналогичных приборов, в отличие от профессиональных ЭС, основное внимание уделяется простоте эксплуатации, поскольку с ними работает неподготовленный пользователь. Кроме этого требования по безопасности эксплуатации наиболее жестки для бытовых ЭС.

Частотный диапазон влияет в первую очередь на выбор линий связи, а также на выбор методов экранирования.

Назначение ЭС влияет на выбор типа несущих конструкций (например, контрольно-измерительная аппаратура должна агрегатироваться на рабочем месте регулировщика или настройщика ЭС). Поскольку назначение ЭС определяет специфику его использования, это накладывает отпечаток на применение тех или иных символов при маркировании изделий.

В настоящее время ЭС используется для связи, управления, навигации, различных научных исследований и в производстве. Суть и определяющие факторы ее работы следующие.

Основы проектирования электронных средств: конспект лекций -43ОГРАНИЧЕНИЯ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ Рис. 2.3. Классификация ЭС по функции назначения Оптическая, проводная и радиосвязь – передача радиосигналов от одного абонента к другому по радиооптическим или проводным линиям связи.

Должна обеспечивать многоканальность, беспоисковое вхождение в связь, помехозащищенность от атмосферных и искусственных помех. При наличии промежуточных приемопередающих устройств получают радиорелейные линии связи.

Радиовещание и телевидение – передача речевых, музыкальных и визуальных ознакомительных или развлекательных сообщений большим группам людей. Должны обеспечивать достаточную дальность действия, число каналов и высокое качество воспроизведения сигналов (моно-, стерео- или квадрофоническое для акустических, черно-белое, цветное и объемное для визуальных). Могут использоваться для специальных целей в условиях работы промышленных, зрелищных, медицинских и других организаций (диспетчерские устройства связи, промышленное и медицинское телевидение, специальные звуковые эффекты и т. п.).

Радиоуправление – управление по эфиру или проводам с помощью радиосигналов промышленными, научными или военными объектами. Должно обеспечивать простоту, точность и скрытность управления.

Радиотелеметрия – получение информации о работе и состоянии объектов и людей с помощью специальных промежуточных преобразователей и Основы проектирования электронных средств: конспект лекций -44ОГРАНИЧЕНИЯ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ линий связи. Аппаратура должна обеспечивать точность, быстродействие и быть (особенно для малогабаритных объектов) малогабаритной и экономичной.

Радиометеорология – получение информации в основном с помощью специально оснащенных искусственных спутников Земли (например, «Метеор», «Нимбус») и наземных комплексов об облачности, температуре, различных образованиях и других факторах на поверхности Земли, определяющих погоду. Должна обеспечивать точность и своевременность получения метеоинформации.

Радиолокация – определение координат и характеристик объекта активными (источники импульсного или непрерывного излучения в составе радиолокационных станций РЛС) или пассивными (источник радио- или теплоизлучения сам объект) методами. Должна обеспечивать точность и достоверность работы, особенно в условиях пассивных или активных помех.

Радионавигация – особо точное определение координат объекта с помощью специальных источников радиоизлучения с точно известными координатами (например, береговые радиовещательные или специальные станции). Обеспечивает бльшую точность (особенно на больших расстояниях) по сравнению с радиолокацией.

Радиоастрономия – получение информации о космических объектах с помощью приема и анализа их радиоизлучения. Так как ширина «радиоокна»

в атмосфере намного больше оптического, то и количество информации тоже намного больше. Должна обеспечивать наивысшую чувствительность и широкополосность системы (ими определяется количество получаемой информации).

Медицинская радиоэлектроника – использование методов и средств радиоэлектроники в биомедицинских исследованиях, в качестве электронных стимуляторов деятельности отдельных органов человека, в создании протезов и диагностических систем. Должна обеспечивать высокую эффективность при минимальном нежелательном воздействии на организм и простом обслуживании.

Радиоизмерения – создание и использование специальных устройств для измерения или имитации различных сигналов, преимущественно электромагнитной природы. Должны обеспечивать требуемую точность, стабильность, уровень и быстродействие во всех научных исследованиях, для которых предназначены измерительные приборы или комплексы, включая, в частности, наручные электронные часы, средства комплексного контроля и другие подобные устройства. Должны проводиться с минимальным влиянием на параметры контролируемой цепи.

Пермский государственный технический университет Кафедра Информационных технологий и автоматизированных систем Щемелева Т.К. Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине Микропроцессорные системы Тема: Разработка МП – системы. Пермь-2006 681.3 М Щемелева Т.К. Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине Микропроцессорные системы для студентов специальности 220100 – ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ, КОМПЛЕКСЫ, СИСТЕМЫ И СЕТИ. Составитель: Щемелева Т.К. Пермь, Перм....»

«Естественные и технические науки Ольховатов, А.Ю. Тунгусский феномен 1908 года / А.Ю. Ольховатов. - М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2008. - 422 с. Книга посвящена одному из самых знаменитых и загадочных природных явлений – Тунгусскому феномену 1908 г., также известному как Тунгусский метеорит. Автор анализирует версию о падении космического тела и находит ее противоречащей существующим фактам. В качестве альтернативы рассматривается версия о том, что мы имеем дело с малоизученным природным...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ УХТИНСКИЙ ГОСУДАРСТЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Н.Р. Шоль Л.М. Лихачева О.Н. Туманова В.Н. Лихачев ИНФОРМАТИКА Учебное пособие для студентов безотрывной формы обучения Издание 2-ое, исправленное и переработанное Ухта 2000 УДК 674.023 Ш78 ББК 32.973-01 Шоль Н. Р., Лихачева Л. М., Лихачев В. Н., Туманова О. Н. Информатика: Учебное пособие. Изд. 2-е, перераб. и доп. – Ухта: УГТН, 2000. – 156 с.: ил. ISBN 5-88179-1176-2 Учебное пособие представляет...»

«Электронная библиотека “Либрус” (http://librus.ru) Научно-техническая библиотека электронных книг. Первоначально задуманная как хранилище компьютерной литературы, в настоящий момент библиотека содержит книжные издания по различным областям знания (медицинские науки, техника, гуманитарные науки, домашнее хозяйство, учебная литература и т.д.). Серьезность научно-технических e-book"ов разбавляет раздел развлекательной литературы (эротика, комиксы, задачи и головоломки). Основной целью проекта...»

«ПРОЕКТИРОВАНИЕ АДМИНИСТРАТИВНО-БЫТОВЫХ ЗДАНИЙ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ Издательство ТГТУ Министерство образования Российской Федерации Тамбовский государственный технический университет ПРОЕКТИРОВАНИЕ АДМИНИСТРАТИВНО-БЫТОВЫХ ЗДАНИЙ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ Методические указания по курсовому проектированию для студентов дневного и заочного отделений специальности 290300 Тамбов Издательство ТГТУ УДК 725.4.054(075) ББК Н727я73- П Утверждено редакционно-издательским советом университета Рецензент...»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Утверждаю Декан ХТФ /В.М. Погребенков/ _2009 г. Теплотехнические расчеты Методические указания к самостоятельной работе и курсовому проектированию по дисциплинам Теплотехника и Тепловые процессы и агрегаты в технологии тугоплавких неметаллических и силикатных материалов для студентов очной и заочной формы обучения направления 240100 Химическая...»

« учреждения высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С. М. Кирова Кафедра Автомобили и автомобильное хозяйство ТЕХНОЛОГИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ Учебно-методический комплекс по дисциплине для студентов специальности 110301 Механизация сельского хозяйства всех форм...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования АМУРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ ЭКОНОМЕТРИКА для направления подготовки 080300.62 – Коммерция Составитель: Н.Н. Двоерядкина, к.п.н., доцент Благовещенск, 2012 Содержание 1. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА 1.1 Цели и задачи освоения дисциплины 1.2 Место дисциплины в структуре ООП ВПО 1.3 Требования к уровню...»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ САМА Р СКИЙ ГО СУДА РСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧ ЕСКИЙ УНИ ВЕ РСИТЕТ Ф и л и ал в г. Сызрани ОСНОВЫ РАБОТЫ С КРИПТОГРАФИЧЕСКОЙ ПРОГРАММОЙ PGP Методические указания к лабораторной работе Самара 2005 Составители В.И. БУДИН, С.Н. МАЙОРОВА УДК 681.3 Основы работы с криптографической программой PGP: Метод. указ. к лаб. работе / Самар. гос. техн. ун-т; Сост. В.И. Будин, С.Н. Майорова. Самара,...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ Учреждение образования БРЕСТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра бухгалтерского учета, анализа и аудита МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ по выполнению курсовых работ по курсу Анализ хозяйственной деятельности для студентов специальности Бухгалтерский учёт, анализ и аудит, Экономика и управление на предприятии дневной и заочной форм обучения БРЕСТ 2010 1 УДК 338.24.42. В методических указаниях представлен порядок написания и оформления курсовых...»

« учреждения высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова (СЛИ) Кафедра Машины и оборудование лесного комплекса БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ Учебно-методический комплекс по дисциплине для студентов направления бакалавриата 220200.62 Автоматизация и управление и...»

«2 3 Оглавление АННОТАЦИЯ ТРЕБОВАНИЯ К ДИСЦИПЛИНЕ 2. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ. 3. ОРГАНИЗАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ ДИСЦИПЛИНЫ 4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 4.1. СТРУКТУРА ДИСЦИПЛИНЫ 4.2. ТРУДОЁМКОСТЬ МОДУЛЕЙ И МОДУЛЬНЫХ ЕДИНИЦ ДИСЦИПЛИНЫ СОДЕРЖАНИЕ МОДУЛЕЙ ДИСЦИПЛИНЫ 4.3. 4.4. ЛАБОРАТОРНЫЕ/ПРАКТИЧЕСКИЕ/СЕМИНАРСКИЕ ЗАНЯТИЯ Перечень вопросов для самостоятельного изучения 4.5.1. 6. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ. 17 6.2. ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА МЕТОДИЧЕСКИЕ...»

«УДК 57.022(075.8) ББК 68.9я73 МИНОБРНАУКИ РОССИИ У 91 ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ПОВОЛЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СЕРВИСА (ФГБОУ ВПО ПВГУС) Кафедра Общепрофессиональные технические дисциплины Рецензент к.т.н., доц. Маршанская О. В. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ по дисциплине Безопасность жизнедеятельности для студентов направлений 230200.62 Информационные системы и 210400.62 Телекоммуникации Учебно-методическое...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФГБОУ Уральский государственный экономический университет ТОВАРОВЕДЕНИЕ И ЭКСПЕРТИЗА ТОВАРОВ: СРЕДСТВА ПРОИЗВОДСТВА Рабочая программа и методические указания по самостоятельной работе для студентов специальности Маркетинг УТВЕРЖДАЮ Проректор по учебной работе _ _20г Екатеринбург 201 Рабочая программа дисциплины Товароведение и экспертиза товаров: средства производства составлена в соответствии с требованиями (федеральный компонент) к...»

«УДК 65.01(075.8) ББК 65.290-2я73 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ У 91 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ПОВОЛЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СЕРВИСА (ПВГУС) Кафедра Менеджмент Рецензент к.э.н., доц. Корнеева Е. Н. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ по выпускной квалификационной работе для студентов направления 080200.68 Менеджмент Учебно-методическое пособие по выпускной квалификаУ 91 ционной работе / сост. Г. М. Кулапина, О. В....»

«А.З. Галлямова МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОДГОТОВКЕ И ЗАЩИТЕ ВЫПУСКНОЙ КВАЛИФИКАЦИОННОЙ РАБОТЫ По специальности 080110 Банковское дело Москва 2012 УДК 378.02:372.8 ББК 65:74.58 Галлямова А.З. Методические рекомендации по подготовке и защите выпускной квалификационной работы. – М.: ЧОУ ВПО МБИ, 2012. – 36 с. Методическое пособие разработано в целях обеспечения единства требований к качеству и оформлению выпускных квалификационных работ и оказания помощи студентам по специальности Банковское...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ БРЕСТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА МЕНЕДЖМЕНТА И МАРКЕТИНГА МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ по проведению практических занятий и выполнению курсовой работы по дисциплине Ценовая политика в сфере производства и услуг для студентов специальности Э.02.02 Маркетинг дневной и заочной форм обучения. БРЕСТ 2000 УДК 338.534 Методические указания разработаны в соответствии с учебным планом специальности Э.02.02 Маркетинг. Составитель: Д.А....»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО МОРСКОГО И РЕЧНОГО ТРАНСПОРТА ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ Морской государственный университет им. адм. Г.И. Невельского Кафедра технологии материалов МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ. ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ Программа, методические указания и контрольные задания для студентов заочной формы обучения Составили: С. А. Горчакова, В. В. Тарасов Владивосток 2008 Позиция № в плане издания учебной литературы МГУ на...»

«МИНИСТЕРСТВО ВНУТРЕННИХ ДЕЛ СССР ГОРЬКОВСКАЯ ВЫСШАЯ ШКОЛА В. Т. ТОМИН ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СРЕДСТВ МАССОВОЙ ИНФОРМАЦИИ В БОРЬБЕ С ПРЕСТУПНОСТЬЮ Учебное пособие ГОРЬКИЙ - 1976 Томин В. Т. Использование средств массовой информации в борьбе с преступностью. Учебное пособие. Горький, Горьковская высшая школа МВД СССР, 197Ь. 96 с. Настоящее учебное пособие посвящено проблемам взаимодействия органов внутренних дел с телевидением, печатью, радио. Основываясь н.а материалах передового опыта и теоретической...»

Контрольная работа по теме:

Этапы проектирования электронных систем

Проектное решение - промежуточное описание проектируемого объекта, полученное на том или ином иерархическом уровне, как результат выполнения процедуры (соответствующего уровня).

Проектная процедура - составная часть процесса проектирования. Примерами проектных процедур служат синтез функциональной схемы проектируемого устройства, моделирование, верификация, трассировка межсоединений на печатной плате и т.д.

Проектирование ЭУ разделяется на этапы. Этап представляет собой определенную последовательность проектных процедур. Общая последовательность этапов проектирования представляется так:

составление ТЗ;

ввод проекта;

проектирование архитектуры;

функционольно-логическое проектирование;

схемотехническое проектирование;

топологическое проектирование;

изготовление опытного образца;

определение характеристик устройства.

Составление ТЗ. Определяются требования к проектируемому изделию, его характеристики и формируется техническое задание на проектирование.

Ввод проекта. Для каждого этапа проектирования характерны свои средства ввода, более того, во многих инструментальных системах предусматривают более чем один способ описания проекта.

Эффективными являются высокоуровневые графические и текстовые редакторы описания проекта современных систем проектирования. Такие редакторы дают разработчику возможность чертить блок - схему крупной системы, назначать модели для индивидуальных блоков и соединять последние посредством шин и трактов передачи сигналов. Редакторы, как правило, автоматически связывают текстовые описания блоков и соединений с соответствующими графическими изображениями, обеспечивая тем самым комплексное моделирование системы. Это позволяет инженерам системотехника не менять привычного стиля работы: можно по - прежнему думать, набрасывая блок-схему своего проекта как бы на листе бумаги, в то же время будет вводится и накапливаться точная информация о системе.

Логические уравнения или принципиальные электрические схемы зачастую очень удачно используются для описания базовой интерфейсной стыковочной логике.

Таблицы истинности целесообразные для описания дешифраторов или других простых логических блоков.

Языки описания аппаратуры, содержащие конструкции типа конечных автоматов, обычно гораздо эффективнее для представления более сложных логических функциональных блоков, например блоков управления.

Проектирование архитектуры. Представляет собой проектирование ЭУ до уровня передачи сигналов ЦП и ЗУ, ЗУ и КПДП. На этом этапе определяется состав устройства в целом, определяются его главные аппаратные и программные компоненты.

Т.е. проектирование целой системы с высокоуровневым ее представлением для проверки корректности архитектурных решений, делается, как правило, в тех случаях, когда разрабатывается принципиально новая система и необходимо тщательно проработать все архитектурные вопросы.

Во многих случаях полное системное проектирование требует включения в структуру и неэлектрических компонентов и эффектов, с целью проверки их в едином комплексе моделирования.

В качестве элементов этого уровня используются: процессор, память, контроллеры, шины. При построении моделей и моделировании системы здесь используются методы теории графов, теории множеств, теории Марковских процессов, теории массового обслуживания, а также логико-математические средства описания функционирования системы.

На практике предусматривается построение параметризированной системной архитектуры и выбор оптимальных параметров ее конфигурации. Следовательно и соответствующие модели должны быть параметизированны. Параметры конфигурации архитектурной модели определяют, какие функции будут реализовываться аппаратными, а какие программными средствами. В качестве некоторых параметров конфигурации для аппаратных средств можно назвать:

число, разрядность и пропускную способность шин системы;

время доступа к памяти;

размер кэш-памяти;

число процессоров, портов, регистровых блоков;

емкость буферов передачи данных.

А к параметрам конфигурации программных средств относятся, например:

параметры планировщика;

приоритетность задач;

интервал "удаления мусора";

максимально допустимый интервал ЦП для программы;

параметры подсистемы управления памятью (размер страницы, сегмента, а также распределение файлов по дисковым секторам;

Параметры конфигурации средств передачи данных:

величина интервала тайм-аута;

размер фрагмента;

протокольные параметры для обнаружения и исправления ошибок.

Рис. 1 - Последовательность проектных процедур архитектурного этапа проектирования

При интерактивном проектировании на системном уровне вначале вводится функциональные спецификации системного уровня в виде диаграмм потоков данных, а также выбираются типы компонентов для реализации различных функций (рис. 1). Здесь главная задача заключается в том, что разработать такую системную архитектуру, которая будет удовлетворять заданным функциональным, скоростным и стоимостным требованиям. Ошибки на архитектурном уровне обходятся гораздо дороже, чем в решениях, принимаемых в процессе физической реализации.

Архитектурные модели имеют важное значение и отражают логику поведения системы и временные ее особенности, что позволяет выявлять функциональные проблемы. Они обладают четырьмя важными особенностями:

они точно представляют функциональные возможности аппаратных и программных компонентов с использованием высокоуровневых абстракций данных в виде потоков данных;

архитектурные модели абстрактно представляют технологию реализации в виде временных параметров. Конкретную технологию реализации определяют конкретные значения этих параметров;

архитектурные модели содержат схемы, позволяющие многим функциональным блокам разделять (коллективно использовать) компоненты;

эти модели должны допускать параметризацию, типизацию и повторное использование;

Моделирование на системном уровне позволяет разработчику оценить альтернативные варианты проектов системы с точки зрения соотношения их функциональных возможностей, показателей быстродействия и стоимости.

Инструментальная система нисходящего проектирования (ASIC Navigator, компании Compass Disign Automation) для ASIC (спец. ИС) и систем.

Попытка освободить инженеров от проектирование на вентильном уровне.

Logic Assistant (ассистент по логике);

Design Assistant;

ASIC Synthesizez (синтезатор ASIC);

Это унифицированная среда проектирования и анализа. Позволяет создать спецификацию ASIC, вводя графические и текстовые описания своих проектов. Пользователи могут описывать свои проекты при помощи большинства способов высокоуровневого ввода, в том числе блок-схем, булевых формул, диаграмм состояния, операторов языка VHDL и Verilog и т.д. Программные средства системы будут поддерживать эти способы ввода как основу всего последующего процесса проектирования ASIC-системы.

Общую архитектуру проектируемой ASIC можно представить в виде взаимосвязанных функциональных блоков без учета их физического разбиения. Эти блоки можно затем описывать способом, наиболее соответствующим особенностям каждой функции. Например, пользователь может описывать логику управления при помощи диаграмм состояния, арифметические функциональные блоки - при помощи схем трактов обработки данных, а алгоритмические функции на языке VHDL. Окончательное описание может быть комбинацией как текстовых, так и графических материалов и служит основой для анализа и реализации ASIC.

Подсистема Logic Assistant преобразует затеи полученную спецификацию в поведенческий код языка VHDL. Этот код может быть обработан при помощи системы моделирования на языке VHDL, разработанной третьей фирмой. Модифицирование спецификации на поведенческом уровне, дает возможность вносить изменения и производить отладку на начальных этапах проектирования.

Disign Assistant

После того, как спецификация проверена, ее можно отобразить на ASIC-приборе. Вначале, однако, пользователь должен решить, каким образом лучше всего реализовать такой высокоуровневый проект. Описание проекта можно отобразить на одну или несколько вентильных матриц или ИС на базе стандартных элементов.

Dising Assistant помогает пользователям оценивать разнообразные варианты, чтобы добиться оптимальной реализации. D.A. по указанию пользователя определяет оценочный размер кристалла, возможные способы корпусирования, мощность потребления и расчетное количество логических вентилей для каждого варианта декомпозиции и для каждого вида ASIC.

Пользователь может затем в интерактивном режиме производить анализ по принципу "что-если", исследовать альтернативные технические решения с разными вариантами декомпозиции проекта или компоновать и перемещать стандартные элементы для случая вентильных матриц. Таким образом пользователь может найти оптимальный подход, удовлетворяющий требованиям спецификации.

ASIC Synthesizer

После того, как конкретный вариант проекта выбран, его поведенческое описание необходимо преобразовать в представление уровня логических вентилей. Эта процедура является весьма трудоемкой.

На вентильном уровне в качестве структурных элементов могут быть выбраны: логические вентили, триггера, а в качестве средств описания - таблицы истинности, логические уравнения. При использовании регистрового уровня, структурными элементами будут: регистры, сумматоры, счетчики, мультиплексоры, а средства описания - таблицы истинности, языки микроопераций, таблицы переходов.

Большое распространение на функционально- логическом уровне получили так называемые логические имитационные модели или просто имитационные модели (ИМ). ИМ отражают только внешнюю логику и временные особенности функционирования проектируемого устройства. Как правило, в ИМ внутренние операции и внутренняя структура не должны быть похожи на те, которые существуют в реальном устройстве. Но моделируемые операции и временные особенности функционирования, в том виде как они внешне наблюдаются, в ИМ должны быть адекватны тем, которые существуют в реальном устройстве.

Часть 1. Общие сведения о САПР

Сведения о проектировании технических объектов

Общие сведения

Проектирование новых видов и образцов машин, оборудования, устройств, аппаратов, приборов и других изделий представляет сложный и длительный процесс, включающий в себя разработку исходных данных, чертежей, технической документации, необходимых для изготовления опытных образцов и последующего производства и эксплуатации объектов проектирования.

Это комплекс работ с целью получения описаний нового или модернизируемого технического объекта, достаточных для реализации или изготовления объекта в заданных условиях. В процессе проектирования возникает необходимость создания описания, необходимого для построения еще не существующего объекта. Получаемые при проектировании описания бывают окончательными или промежуточными. Окончательные описания представляют собой комплект конструкторско-технологической документации в виде чертежей, спецификаций, программ для ЭВМ и автоматизированных комплексов и т.д.

Процесс проектирования, осуществляемый полностью человеком, называют неавтоматизированным . В настоящее время наибольшее распространение при проектировании сложных объектов получило проектирование, при котором происходит взаимодействие человека и ЭВМ. Такое проектирование называют автоматизированным . - это организационно-техническая система, состоящая из комплекса средств автоматизации проектирования, взаимодействующего с подразделениями проектной организации и выполняющая автоматизированное проектирование. Представления о сложных технических объектах в процессе их проектирования разделяются на аспекты и иерархические уровни. Аспекты характеризуют ту или иную группу родственных свойств объекта. Типичными аспектами в описаниях технических объектов являются: функциональный, конструкторский и технологический. Функциональный аспект отражает физические и информационные процессы, протекающие в объекте при его функционировании. Конструкторский аспект характеризует структуру, расположение в пространстве и форму составных частей объекта. Технологический аспект определяет технологичность, возможности и способы изготовления объекта в заданных условиях.

Разделение описаний проектируемых объектов на иерархические уровни по степени подробности отражения свойств объектов составляет сущность блочно-иерархического подхода к проектированию.

Типичными иерархическими уровнями функционального проектирования являются: функционально-логический (функциональные и логические схемы); схемотехнический (электрические схемы узлов и отдельных блоков); компонентный (проектирование элементов и их размещение).

Проектирование делится на стадии, этапы и процедуры. Выделяют стадии научно-исследовательских работ (НИР), опытно-конструкторских работ (ОКР), эскизного проекта, технического проекта, рабочего проекта, испытаний опытного образца .

Описание объекта или его части, достаточное для принятия заключения об окончании проектирования или путях его продолжения. - часть проектирования, заканчивающаяся получением проектного решения. Маршрутом проектирования называется последовательность проектных процедур, ведущая к получению требуемых проектных решений.

Проектные процедуры делятся на процедуры синтеза и анализа. Процедура синтеза заключается в создании описаний проектируемого объекта. В описаниях отображаются структура и параметры объекта (т.е. осуществляется структурный и параметрический синтез). Процедура анализа - исследование объекта. Собственно задача анализа формулируется как задача установления соответствия двух различных описаний одного и того же объекта. Одно из описаний считается первичным, и его корректность предполагается установленной. Другое описание относится к более подробному уровню иерархии, и его правильность нужно установить сопоставлением с первичным описанием. Такое сопоставление называют верификацией. Существует два метода верификации проектных процедур: аналитический и численный .

Проектирование как отдельных объектов, так и систем начинается с выработки технического задания (ТЗ) на проектирование. В ТЗ содержатся основные сведения об объекте проектирования, условиях его эксплуатации, а также требования, предъявляемые заказчиком к проектируемому изделию. Важнейшее требование к ТЗ - это его полнота. Выполнение этого требования определяет сроки и качество проектирования. Следующий этап - предварительное проектирование - связан с поиском принципиальных возможностей построения системы, исследованием новых принципов, структур, обоснованием наиболее общих решений. Результатом этого этапа является техническое предложение .

На этапе эскизного проектирования производится детальная проработка возможности построения системы, его результатом является эскизный проект.

На этапе технического проектирования выполняется укрупненное представление всех конструкторских и технологических решений; результатом этого этапа является технический проект.

На этапе рабочего проектирования производится детальная проработка всех блоков, узлов и деталей проектируемой системы, а также технологических процессов производства деталей и их сборки в узлы и блоки.

Заключительный этап - изготовление опытного образца, по результатам испытаний которого вносят необходимые изменения в проектную документацию.

При неавтоматизированном проектировании наиболее трудоемкими являются этапы технического и рабочего проектирования. Внедрение автоматизации на этих этапах приводит к наиболее эффективным результатам .

В процессе проектирования сложной системы формируются определенные представления о системе, отражающие ее существенные свойства с той или иной степенью подробности. В этих представлениях можно выделить составные части - уровни проектирования. В один уровень, как правило, включаются представления, имеющие общую физическую основу и допускающие для своего описания использование одного и того же математического аппарата. Уровни проектирования можно выделять по степени подробности, с какой отражаются свойства проектируемого объекта. Тогда их называют горизонтальными (иерархическими) уровнями проектирования .

Выделение горизонтальных уровней лежит в основе блочно-иерархического подхода к проектированию. Горизонтальным уровням свойственно следующее:

при переходе с некоторого уровня К1, на котором рассматривается система S, на соседний, более низкий уровень К2 происходит разделение системы S на блоки и рассмотрение вместо системы S ее отдельных блоков;

рассмотрение каждого из блоков на уровне К2 с большей степенью детализации, чем на уровне К1, приводит к получению задач приблизительно одинаковой сложности с точки зрения возможностей восприятия человеком и возможностей решения с помощью имеющихся средств проектирования;

использование своих понятий системы и элемента на каждом иерархическом уровне, т.е. если элементами проектируемой системы S считались блоки S k , то на соседнем, низшем уровне К2 те же блоки S k рассматриваются уже как системы.

Уровни проектирования можно выделять также по характеру учитываемых свойств объекта. В этом случае их называют вертикальными уровнями проектирования . При проектировании устройств автоматизации основными вертикальными уровнями являются функциональное (схемное), конструкторское и технологическое проектирования. При проектировании автоматизированных комплексов к этим уровням добавляется алгоритмическое (программное) проектирование .

Связано с разработкой структурных, функциональных и принципиальных схем. При функциональном проектировании определяются основные особенности структуры, принципы функционирования, важнейшие параметры и характеристики создаваемых объектов .

Алгоритмическое проектирование связано с разработкой алгоритмов функционирования ЭВМ и вычислительных систем (ВС), с созданием их общего системного и прикладного программного обеспечения.

Конструкторское проектирование включает в себя вопросы конструкторской реализации результатов функционального проектирования, т.е. вопросы выбора форм и материалов оригинальных деталей, выбора типоразмеров унифицированных деталей, пространственного расположения составных частей, обеспечивающего заданные взаимодействия между элементами конструкции.

Технологическое проектирование охватывает вопросы реализации результатов конструкторского проектирования, т.е. рассматриваются вопросы создания технологических процессов изготовления изделий.

Для этапа НИР целесообразно использование специальных систем автоматизации научных исследований и экспериментов . В этих системах используются многие элементы математического и программного обеспечения САПР, обслуживающие другие этапы проектирования.

В зависимости от порядка, в каком выполняются этапы проектирования, различают восходящее и нисходящее проектирование. Восходящее проектирование (проектирование снизу вверх) характеризуется решением задач более низких иерархических уровней перед решением задач более высоких уровней. Противоположная последовательность приводит к нисходящему проектированию (проектированию сверху вниз).

В настоящее время проектирование сложного оборудования и его элементов и узлов осуществляется на разных предприятиях с помощью различных САПР, в том числе типовых, например САПР проектирования электронной и вычислительной аппаратуры, САПР проектирования электрических машин и т.д. .

Функциональное проектирование в САПР включает в себя два больших горизонтальных уровня - системный и функционально-логический. Для выполнения задач этих уровней обычно используется нисходящее проектирование.

На системном уровне проектируются структурные схемы устройств, в связи с чем данный уровень называют также структурным уровнем . На этом уровне ведется укрупненное рассмотрение всей системы в целом, а элементами системы являются такие устройства, как процессоры, каналы связи, различные датчики, исполнительные устройства и др. .

На функционально-логическом уровне проектируются функциональные и принципиальные схемы устройств. Здесь выделяют подуровни - регистровый и логический. На регистровом подуровне проектируются устройства из блоков (блоки типа регистров, счетчиков, дешифраторов и логических преобразователей, составляющих цепи межрегистровых пересылок). На логическом подуровне проектируются устройства или составляющие их блоки из отдельных логических элементов, (например, вентилей и триггеров).

Задачи функционально-логического уровня в САПР устройств автоматизации аналогичны задачам такого же уровня в других САПР, связанных с проектированием технических объектов .

На схемотехническом уровне проектируются принципиальные электрические схемы устройств. Элементами здесь являются компоненты электронных схем (резисторы, конденсаторы, транзисторы, диоды).

На компонентном уровне разрабатываются отдельные компоненты устройств, рассматриваемые как системы, состоящие из элементов.

Функциональное проектирование в САПР может быть как восходящим, так и нисходящим. Восходящее проектирование характеризуется использованием типовых конфигураций компонентов.

Нисходящее проектирование характеризуется стремлением использовать схемотехнические решения, являющиеся наилучшими для конкретного устройства или элемента автоматизации, и связано с разработкой оригинальных принципиальных схем и структур компонентов.

Высшие иерархические уровни алгоритмического проектирования служат для создания программного обеспечения ЭВМ. Для сложных программных систем обычно выделяют два иерархических уровня. На высшем из них производится планирование программной системы и разрабатываются схемы алгоритмов; элементами схем являются программные модули. На следующем уровне эти модули программируются на каком-либо алгоритмическом языке. Здесь используется нисходящее проектирование.

Основная задача архитектурного уровня проектирования - выбор архитектуры системы, т.е. определение таких структурно-алгоритмических особенностей, как форматы данных и команд, система команд, принципы выполнения операций, условия возникновения и дисциплина обслуживания прерываний и т.п. .

Микропрограммный уровень предназначен для проектирования микропрограмм операций и процедур, выполняемых в ЭВМ аппаратным способом. Этот уровень тесно связан с функционально-логическим уровнем проектирования.

Конструкторское проектирование включает в себя иерархические уровни проектирования стоек, панелей, типовых элементов замены (ТЭЗов). Для решения конструкторских задач характерно восходящее проектирование.

Основные задачи системного и архитектурного уровней проектирования следующие:

В ТЗ на разработку отдельных устройств САПР входят: перечисление функций, выполняемых устройством; условия работоспособности устройства, требования к его выходным параметрам, данные о содержании и форме информации, которой данное устройство обменивается с другими устройствами системы. Кроме того, на этапе функционального проектирования устройств уже известно принятое на этапе предварительного проектирования решение относительно характера элементной базы.

Поэтому в задачи микропрограммного уровня алгоритмического проектирования и регистрового подуровня функционально-логического уровня проектирования входят:

детализация выполняемых устройством функций, их алгоритмическая реализация и представление алгоритмов в одной из принятых форм;

выбор принципов организации устройства, включающий, например, декомпозицию устройства на ряд блоков с выбором их структуры и т.п.;

разработка микропрограмм, т.е. определение для каждой команды совокупности микрокоманд и последовательности их выполнения;

синтез конечных автоматов (блоков), реализующих заданные функции, с определением типа и емкости памяти автоматов, функций выхода и возбуждения элементов памяти.

На логическом подуровне функционально-логического уровня проектирования решаются следующие задачи:

синтез функциональных и принципиальных схем выделенных блоков;

проверка работоспособности синтезируемых блоков с учетом задержек сигналов и ограничений выбранной элементной базы или выработка требований к элементам в составе САПР;

синтез контролирующих и диагностических тестов;

формулировка ТЗ для схемотехнического уровня проектирования.

Основную часть ТЗ на схемотехническом уровне проектирования составляют требования к выходным параметрам электронных схем: задержкам распространения сигналов, мощностям рассеяния, уровням выходного напряжения, запасам помехоустойчивости и т.п. Кроме того, в ТЗ оговариваются условия функционирования в виде указания допустимых диапазонов изменения внешних параметров (температуры, напряжений питания и др.).

На схемотехническом уровне основные задачи проектирования следующие:

синтез структуры принципиальной схемы;

расчет параметров пассивных компонентов и определение требований к параметрам активных компонентов;

расчет вероятности выполнения требований ТЗ к выходным параметрам;

формулировка ТЗ на проектирование компонентов.

На компонентном уровне задачи функционального, конструкторского и технологического проектирования тесно связаны друг с другом. Это:

выбор физической структуры и расчет параметров полупроводниковых компонентов;

выбор топологии компонентов и расчет геометрических размеров;

расчет электрических параметров и характеристик компонентов;

расчет параметров технологических процессов, обеспечивающих получение желаемого конечного результата;

расчет вероятности выполнения требований к выходным параметрам элементов и устройств.

При нисходящем проектировании связь иерархических уровней проявляется через формирование ТЗ на разработку элементов с учетом требований, предъявляемых к системе.

При восходящем проектировании разработка элементов предшествует разработке системы, поэтому обычно ТЗ на элементы формируются на основе мнений экспертов на том же уровне, на каком эти элементы проектируются. Связь между уровнями проявляется прежде всего в том, что при проектировании системы учитываются свойства уже спроектированных элементов через использование макромоделей элементов .

Задачи конструкторского проектирования

Конструкторское проектирование включает в себя решение задач следующих групп: коммутационно-монтажного проектирования; обеспечения допустимых тепловых режимов; конструирования электромеханических узлов внешних устройств; изготовления конструкторской документации.

Основные задачи коммутационно-монтажного проектирования в САПР - задачи размещения компонентов на подложке и трассировки электрических соединений между компонентами. Эти задачи конкретизируются в следующем перечне:

конструкторский расчет геометрических размеров компонентов (эта задача иногда считается задачей функционального проектирования);

определение взаимного расположения компонентов на элементе конструкции;

размещение компонентов на конструкторском элементе с учетом геометрии устройства, схемотехнических и технологических ограничений;

трассировка соединений;

вычерчивание чертежей общего вида устройства и определение основных габаритных размеров.

Задачи размещения элементов и трассировки электрических соединений решаются и в САПР устройств электронной техники РСАД. Так, на уровне типовых элементов замены (ТЭЗов) необходимо разместить корпуса микросхем и выполнить трассировку печатных проводников в одном или нескольких слоях печатной платы. Кроме того, к задачам коммутационно-монтажного проектирования относится задача компоновки элементов в блоки.

Изготовление конструкторской документации включает в себя автоматическое оформление результатов проектирования упомянутых выше задач в требуемом виде (например, в виде чертежей, диаграмм, таблиц и т.д.). Так, для получения фотооригиналов печатных плат и фотошаблонов интегральных схем (ИС) в настоящее время используется программно-управляемое оборудование - координатографы и фотонаборные установки .

Схема процесса проектирования

Задачи, решаемые на каждом этапе блочно-иерархического проектирования, делятся на задачи синтеза и анализа. Задачи синтеза связаны с получением проектных вариантов, а задачи анализа - с их оценкой.

Различают синтез параметрический и структурный. Цель структурного синтеза - получение структуры объекта, т.е. состава его элементов и способа их связи между собой .

Цель параметрического синтеза - определение числовых значений параметров элементов. Если ставится задача определения наилучших в некотором смысле структуры и (или) значений параметров, то такая задача синтеза называется оптимизацией . Часто оптимизация связана только с параметрическим синтезом, т.е. с расчетом оптимальных значений параметров при заданной структуре объекта. Задачу выбора оптимальной структуры называют структурной оптимизацией .

Задачи анализа при проектировании являются задачами исследования модели проектируемого объекта. Модели могут быть физическими (различного рода макеты, стенды) и математическими. - совокупность математических объектов (чисел, переменных, векторов, множеств и т.п.) и отношений между ними.

Математические модели объекта могут быть функциональными , если они отображают физические или информационные процессы, протекающие в моделируемом объекте, и структурными , если они отображают только структурные (в частном случае геометрические) свойства объектов. Функциональные модели объекта чаще всего представляют собой системы уравнений, а структурные модели объекта - это графы, матрицы и т.п.

Математическую модель объекта, полученную непосредственным объединением математических моделей элементов в общую систему, называют полной математической моделью . Упрощение полной математической модели объекта дает его макромодель . В САПР применение макромоделей приводит к сокращению затрат машинных времени и памяти, но за счет уменьшения точности и универсальности модели .

Важное значение при описании объектов имеют параметры, характеризующие свойства элементов, - параметры элементов (внутренние параметры), параметры, характеризующие свойства систем, - выходные параметры и параметры, характеризующие свойства внешней по отношению к рассматриваемому объекту среды, - внешние параметры.

Если обозначить через X, Q и Y векторы соответственно внутренних, внешних и выходных параметров, то очевидно, что Y есть функция Х и Q. Если эта функция известна и может быть представлена в явной форме Y = F(X, Q), то ее называют аналитической моделью.

Часто используются алгоритмические модели, в которых функция Y = F(X, Q) задается в виде алгоритма.

При одновариантном анализе исследуются свойства объекта в заданной точке пространства параметров, т.е. при заданных значениях внутренних и внешних параметров. К задачам одновариантного анализа относится анализ статических состояний, переходных процессов, стационарных режимов колебаний, устойчивости. При многовариантном анализе исследуются свойства объекта в окрестностях заданной точки пространства параметров. Типовыми задачами многовариантного анализа являются статистический анализ и анализ чувствительности.

Исходные данные для проектирования на очередном уровне зафиксированы в ТЗ, включающем перечисление функций объекта, технические требования (ограничения) ТТ на выходные параметры Y, допустимые диапазоны изменений внешних параметров. Требуемые соотношения между y j и TT j называют условиями работоспособности . Эти условия могут иметь вид равенств

и неравенств

где y j - допустимое отклонение реально достигнутого значения y j от указанного в ТЗ значения y j ; j = 1,2, ..., m (m - количество выходных параметров).

Для каждого нового варианта структуры должна корректироваться или заново составляться модель и выполняться оптимизация параметров. Совокупность процедур синтеза структуры, составления модели и оптимизации параметров есть процедура синтеза объекта.

Процесс проектирования носит итерационный характер. Итерации могут включать в себя и более чем один уровень проектирования. Таким образом, в процессе проектирования приходится многократно выполнять процедуру анализа объекта. Поэтому очевидно стремление уменьшить трудоемкость каждого варианта анализа без ущерба для качества окончательного проекта. В этих условиях целесообразно на начальных стадиях процесса проектирования, когда высокой точности результатов не требуется, использовать наиболее простые и экономичные модели. На последних этапах применяют наиболее точные модели, проводят многовариантный анализ и тем самым получают достоверные оценки работоспособности объекта .

Формализация проектных задач и возможности применения ЭВМ для их решения

Формализация проектной задачи является необходимым условием для ее решения на ЭВМ. К формализуемым задачам относятся прежде всего задачи, всегда считавшиеся рутинными, не требующими существенных затрат творческих усилий инженеров. Это процедуры изготовления конструкторской документации (КД) в условиях, когда содержание КД уже полностью определено, но еще не имеет принятой для хранения и дальнейшего использования формы (например. формы чертежей, графиков, схем, алгоритмов, таблиц соединений); процедуры проведения электрических соединений в печатных платах или выполнения фотоформ в полиграфии. Кроме рутинных к формализуемым задачам относится большинство задач анализа проектируемых объектов. Их формализация достигается благодаря развитию теории и методов автоматизированного проектирования, прежде всего моделирования. В то же время есть много проектных задач творческого характера, для которых способы формализации неизвестны. Это задачи, связанные с выбором принципов построения и организации объекта, синтеза схем и конструкций в условиях, когда выбор варианта производится среди неограниченного множества вариантов и не исключается возможность получения новых, ранее неизвестных решений.

Подход к решению задач указанных групп в САПР неодинаков. Полностью формализуемые задачи, составляющие первую группу задач, чаще всего решаются на ЭВМ без вмешательства человека в процесс решения. Частично формализуемые задачи, составляющие вторую группу задач, решаются на ЭВМ при активном участии человека, т.е. имеет место работа с ЭВМ в интерактивном режиме. Наконец, неформализуемые задачи, составляющие третью группу задач, решаются инженером без помощи ЭВМ.

В настоящее время одним из направлений развития математического обеспечения автоматизированного проектирования является разработка методов и алгоритмов синтеза на различных уровнях иерархического проектирования .

Классификация параметров проектируемых объектов

Среди свойств объекта, отражаемых в описаниях на определенном иерархическом уровне, различают свойства систем, элементов систем и внешней среды, в которой должен функционировать объект. Количественное выражение этих свойств осуществляется с помощью величин, называемых параметрами . Величины, характеризующие свойства системы, элементов системы и внешней среды, называют соответственно выходными, внутренними и внешними параметрами .

Обозначим количества выходных - внутренних и внешних - параметров через m, n, t, а векторы этих параметров соответственно через Y = (y 1 , y 2 , ..., y m), X = (x 1 , x 2 , ..., x n), Q = (q 1 , q 2 , ..., q t). Очевидно, что свойства системы зависят от внутренних и внешних параметров, т.е. существует функциональная зависимость

F = (y, x, t) (1.1)

Система соотношений F = (y, x, t) является примером математической модели (ММ) объекта. Наличие такой ММ позволяет легко оценивать выходные параметры по известным значениям векторов Y и Х. Однако существование зависимости (1.1) не означает, что она известна разработчику и может быть представлена именно в таком явном относительно векторов Y и Х виде. Как правило, математическую модель в виде (1.1) удается получить только для очень простых объектов. Типичной является ситуация, когда математическое описание процессов в проектируемом объекте задается моделью в форме системы уравнений, в которой фигурирует вектор фазовых переменных V:

LV (Z) = j(Z) (1.2)

Здесь L - некоторый оператор, V - вектор независимых переменных, в общем случае включающий время и пространственные координаты, j(Z) - заданная функция независимых переменных.

Фазовые переменные характеризуют физическое или информационное состояние объекта, а их изменения во времени выражают переходные процессы в объекте.

Следует подчеркнуть следующие особенности параметров в моделях проектируемых объектов:

Внутренние параметры (параметры элементов) в моделях k-го иерархического уровня становятся выходными параметрами в моделях более низкого (k + 1)-го иерархического уровня. Так, для электронного усилителя параметры транзистора являются внутренними при проектировании усилителя и в то же время выходными при проектировании самого транзистора.

Выходные параметры, или фазовые переменные, фигурирующие в модели одной из подсистем (в одном из аспектов описания), часто оказываются внешними параметрами в описаниях других подсистем (других аспектов). Так, максимальные температуры корпусов электронных приборов в электрических моделях усилителя относятся к внешним параметрам, а в тепловых моделях того же объекта - к выходным параметрам.

Большинство выходных параметров объекта являются функционалами зависимостей V(Z), т.е. для их определения необходимо при заданных Х и Q выполнить решение системы уравнений (1.2) и по полученным результатам решения рассчитать Y. Примерами выходных параметров-функционалов служат мощность рассеяния, амплитуда колебаний, длительность задержки распространения сигнала и т.п.

Исходные описания проектируемых объектов часто представляют собой ТЗ на проектирование. В этих описаниях фигурируют величины, называемые техническими требованиями и выходными параметрами (иначе нормами выходных параметров). Технические требования образуют вектор ТТ = (TT 1 , TT 2 , ..., TT n), где величины ТТ представляют собой границы диапазонов изменения выходных параметров.

Аннотация: В лекции приводятся основные определения, назначение и принципы систем автоматизированного проектирования (САПР). Даются сущность и схема функционирования САПР. Показано место САПР РЭС среди других автоматизированных систем. Рассматриваются структура и разновидности САПР. Основное назначение лекции - показать сущность процесса проектирования РЭС, основные принципы проектирования. Особенное внимание уделяется системному подходу к проектированию конструкции и технологии производства РЭС

4.1. Определение, назначение, цель

По определению, САПР - это организационно-техническая система, состоящая из совокупности комплекса средств автоматизации проектирования и коллектива специалистов подразделений проектной организации , выполняющая автоматизированное проектирование объекта , которое является результатом деятельности проектной организации [ , ].

Из этого определения следует, что САПР - это не средство автоматизации, а система деятельности людей по проектированию объектов . Поэтому автоматизация проектирования как научно-техническая дисциплина отличается от обычного использования ЭВМ в процессах проектирования тем, что в ней рассматриваются вопросы построения системы, а не совокупность отдельных задач. Эта дисциплина является методологической, поскольку она обобщает черты, являющиеся общими для разных конкретных приложений .

Идеальная схема функционирования САПР представлена на рис. 4.1 .

Рис. 4.1.

Эта схема идеальна в смысле полного соответствия формулировке согласно существующим стандартам и несоответствия реально действующим системам, в которых далеко не все проектные работы выполняются с помощью средств автоматизации и не все проектировщики пользуются этими средствами.

Проектировщики, как следует из определения, относятся к САПР . Это утверждение вполне правомерно, т. к. САПР - это система автоматизированного, а не автоматического проектирования. Это значит, что часть операций проектирования может и всегда будет выполняться человеком. При этом в более совершенных системах доля работ , выполняемых человеком, будет меньше, но содержание этих работ будет более творческим, а роль человека в большинстве случаев - более ответственной.

Из определения САПР следует, что целью ее функционирования является проектирование. Как уже было сказано, проектирование - это процесс переработки информации, приводящий в конечном счете к получению полного представления о проектируемом объекте и способах его изготовления .

В практике неавтоматизированного проектирования полное описание проектируемого объекта и способов его изготовления содержит проект изделия и техническую документацию. Для условия автоматизированного проектирования еще не узаконено названия конечного продукта проектирования, содержащего данные об объекте , и технологии его создания. На практике его называют по -прежнему "проектом".

Проектирование - это один из наиболее сложных видов интеллектуальной работы, выполняемой человеком. Более того, процесс проектирования сложных объектов не под силу одному человеку и выполняется творческим коллективом. Это, в свою очередь , делает процесс проектирования еще более сложным и трудно поддающимся формализации. Для автоматизации такого процесса необходимо четко знать, что в действительности он собой представляет и как выполняется разработчиками. Опыт свидетельствует, что изучение процессов проектирования и их формализация давались специалистам с большим трудом, поэтому автоматизация проектирования всюду осуществлялась поэтапно, охватывая последовательно все новые проектные операции . Соответственно, поэтапно создавались новые и совершенствовались старые системы. Чем на большее число частей разбита система, тем труднее правильно сформулировать исходные данные для каждой части, но тем легче провести оптимизацию.

Объектом автоматизации проектирования являются работы, действия человека, которые он выполняет в процессе проектирования. А то, что проектируют, называют объектом проектирования .

Человек может проектировать дом, машину, технологический процесс , промышленное изделие. Такие же объекты призвана проектировать САПР . При этом разделяют САПР изделия ( САПР И) и САПР технологических процессов (САПР ТП ).

Следовательно, объекты проектирования не являются объектами автоматизации проектирования . В производственной практике объектом автоматизации проектирования является вся совокупность действий проектировщиков, разрабатывающих изделие или технологический процесс , или то и другое, и оформляющих результаты разработок в виде конструкторской, технологической и эксплуатационной документаций.

Разделив весь процесс проектирования на этапы и операции , можно описать их с помощью определенных математических методов и определить инструментальные средства для их автоматизации. Затем необходимо рассмотреть выделенные проектные операции и средства автоматизации в комплексе и найти способы сопряжения их в единую систему, отвечающую поставленным целям.

При проектировании сложного объекта различные проектные операции многократно повторяются. Это связано с тем, что проектирование представляет собой закономерно развивающийся процесс. Начинается он с выработки общей концепции проектируемого объекта , на ее основе - эскизного проекта . Далее приближенные решения (прикидки) эскизного проекта уточняются на всех последующих стадиях проектирования. В целом такой процесс можно представить в виде спирали. На нижнем витке спирали находится концепция проектируемого объекта , на верхнем - окончательные данные о спроектированном объекте . На каждом витке спирали выполняют, с точки зрения технологии обработки информации, идентичные операции , но в увеличивающемся объеме. Следовательно, инструментальные средства автоматизации повторяющихся операций могут быть одни и те же.

Практически решить в полном объеме задачу формализации всего процесса проектирования очень сложно, однако если будет автоматизирована хотя бы часть проектных операций, это себя все равно оправдает, т. к. позволит в дальнейшем развивать созданную САПР на основе более совершенных технических решений и с меньшими затратами ресурсов.

В целом для всех этапов проектирования изделий и технологии их изготовления можно выделить следующие основные виды типовых операций обработки информации:

• поиск и выбор из всевозможных источников нужной информации;
• анализ выбранной информации;
• выполнение расчетов;
• принятие проектных решений;
• оформление проектных решений в виде, удобном для дальнейшего использования (на последующих стадиях проектирования, при изготовлении или эксплуатации изделия).

Автоматизация перечисленных операций обработки информации и процессов управления использованием информации на всех стадиях проектирования составляет сущность функционирования современных САПР .

Каковы основные черты систем автоматизированного проектирования и их принципиальные отличия от "позадачных" методов автоматизации?

Первой характерной особенностью является возможность комплексного решения общей задачи проектирования, установления тесной связи между частными задачами, т. е. возможность интенсивного обмена информацией и взаимодействие не только отдельных процедур, но и этапов проектирования. Например, применительно к техническому (конструкторскому) этапу проектирования САПР РЭС позволяет решать задачи компоновки, размещения и трассировки в тесной взаимосвязи, которая должна быть заложена в технических и программных средствах системы.

Применительно к системам более высокого уровня можно говорить об установлении тесной информационной связи между схемотехническим и техническим этапами проектирования. Такие системы позволяют создавать радиоэлектронные средства, более эффективные с точки зрения комплекса функциональных и конструкторско-технологических требований.

Вторым отличием САПР РЭС является интерактивный режим проектирования, при котором осуществляется непрерывный процесс диалога "человек-машина". Сколь ни сложны и изощренны формальные методы проектирования, сколь ни велика мощность вычислительных средств, невозможно создать сложную аппаратуру без творческого участия человека. Системы автоматизации проектирования по своему замыслу должны не заменять конструктора, а выступать мощным инструментом его творческой деятельности.

Третья особенность САПР РЭС заключается в возможности имитационного моделирования радиоэлектронных систем в условиях работы, близких к реальным. Имитационное моделирование дает возможность предвидеть реакцию проектируемого объекта на самые различные возмущения, позволяет конструктору "видеть" плоды своего труда в действии без макетирования. Ценность этой особенности САПР заключается в том, что в большинстве случаев крайне трудно сформулировать системный критерий эффективности РЭС. Эффективность связана с большим числом требований различного характера и зависит от большого числа параметров РЭС и внешних факторов. Поэтому в сложных задачах проектирования практически невозможно формализовать процедуру поиска оптимального по критерию комплексной эффективности решения. Имитационное моделирование позволяет провести испытания различных вариантов решения и выбрать лучший, причем сделать это быстро и учесть всевозможные факторы и возмущения.

Четвертая особенность заключается в значительном усложнении программного и информационного обеспечения проектирования. Речь идет не только о количественном, объемном увеличении, но и об идеологическом усложнении, которое связано с необходимостью создания языков общения проектировщика и ЭВМ, развитых банков данных, программ информационного обмена между составными частями системы, программ проектирования. В результате проектирования создаются новые, более совершенные РЭС, отличающиеся от своих аналогов и прототипов более высокой эффективностью за счет использования новых физических явлений и принципов функционирования, более совершенной элементной базы и структуры, улучшенных конструкций и прогрессивных технологических процессов.

4.2. Принципы создания систем автоматизированного проектирования конструкции и технологии

При создании САПР руководствуются следующими общесистемными принципами:

1. Принцип включения состоит в том, что требования к созданию, функционированию и развитию САПР определяются со стороны более сложной системы, включающей в себя САПР в качестве подсистемы. Такой сложной системой может быть, например, комплексная система АСНИ - САПР - АСУТП предприятия, САПР отрасли и т. п.
2. Принцип системного единства предусматривает обеспечение целостности САПР за счет связи между ее подсистемами и функционирования подсистемы управления САПР.
3. Принцип комплексности требует связности проектирования отдельных элементов и всего объекта в целом на всех стадиях проектирования.
4. Принцип информационного единства предопределяет информационную согласованность отдельных подсистем и компонентов САПР. Это означает, что в средствах обеспечения компонентов САПР должны использоваться единые термины, символы, условные обозначения, проблемно-ориентированные языки программирования и способы представления информации, которые обычно устанавливаются соответствующими нормативными документами. Принцип информационного единства предусматривает, в частности, размещение всех файлов, используемых многократно при проектировании различных объектов , в банках данных. За счет информационного единства результаты решения одной задачи в САПР без какой-либо перекомпоновки или переработки полученных массивов данных могут быть использованы в качестве исходной информации для других задач проектирования.
5. Принцип совместимости состоит в том, что языки, коды, информационные и технические характеристики структурных связей между подсистемами и компонентами САПР должны быть согласованы так, чтобы обеспечить совместное функционирование всех подсистем и сохранить открытую структуру САПР в целом. Так, введение каких-либо новых технических или программных средств в САПР не должно приводить к каким-либо изменениям уже эксплуатируемых средств.
6. Принцип инвариантности предусматривает, что подсистемы и компоненты САПР должны быть по возможности универсальными или типовыми, т. е. инвариантными к проектируемым объектам и отраслевой специфике. Применительно ко всем компонентам САПР это, конечно, невозможно. Однако многие компоненты, например программы оптимизации, обработки массивов данных и другие, могут быть сделаны одинаковыми для разных технических объектов.

В результате проектирования создаются новые, более совершенные РЭС, отличающиеся от своих аналогов и прототипов более высокой эффективностью за счет использования новых физических явлений и принципов.