Генератор коммутационных схем Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

УДК 004.9 621.3.049.75

ГЕНЕРАТОР КОММУТАЦИОННЫХ СХЕМ

А. О. Щербаков Научный руководитель - Е. Е. Носкова

Сибирский федеральный университет Российская Федерация, 660041, г. Красноярск, просп. Свободный, 79 E-mail: pirog-1993@mail.ru.

Качество печатных плат бортовых систем ракетно-космической техники зависит качества решения задачи размещения. Генерирование коммутационных схем позволит улучшить показатели качества размещения электронных компонентов.

Ключевые слова: коммутационная схема, электронный компонент, многоэлементная схема, многосвязная схема, алгоритм размещения, печатная плата, программа-генератор схем.

GENERATOR COMMUTATION CIRCUITS

А. О. Shcherbakov Scientific Supervisor - Е. Е. Noskova

Siberian Federal University 79, Svobodny Av., Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation E-mail: pirog-1993@mail.ru.

Quality of printed circuit boards of onboard systems of the missile and space equipment depends qualities of the solution of a problem of placement. Generation of switching schemes will allow to improve indicators of quality ofplacement of electronic components.

Keywords: circuit diagram, electronic component, multi-element circuit, multiply circuit component, the placement algorithm, the circuit board, program-generator circuits.

Качество решения задачи размещения влияет на эффективность работы бортовых систем ракетно-космической техники. Современные печатные узлы могут насчитывать несколько тысяч элементов. Чтобы наиболее экономно разместить их на печатной плате нужно использовать алгоритмы размещения, которые выполняют свою задачу с различной эффективностью и продолжительностью [1]. При помощи выбора алгоритма размещения, возможно получение необходимого баланса эффективности и продолжительности проектных работ, при конструировании печатного узла. Выявление баланса алгоритмов осуществляется на основании статистических данных [2], полученных в результате применения алгоритмов размещения на однотипных схемах устройств заданного класса.

Для выявления соотношения эффективности и продолжительности алгоритмов размещения необходимо проведение вычислительные эксперименты с участием большого количества коммутационных схем различных по своим характеристикам. Для удовлетворения потребности в большом количестве схем необходима программа-генератор, которая позволит получать схемы с различными параметрами.

Математическое описание схемы может быть представлено следующим образом. Дано множество элементов E = {e, | i = (1, n)}, соединенных друг с другом множеством связей U œ V*V. В качестве модели представления данных используется неориентированный граф G(E, U) [3].

Информация о связях элемента содержится в матрице смежности графа, которая имеет вид

Секция «Программные средства и информационные технологии»

я = !М,

где /, 7 = (1, п); гу - количество связи между элементами I и/

Генератору требуются параметры, которые описывают коммутационную схему достаточно подробно, и алгоритмы генерации. Параметры делятся на основные и уточняющие. Основные параметры: количество элементов (КЭ), факт связи (ФС) как мера связности элементов, количество связей (КС), ограничитель количества связей у элемента схемы. Уточняющие: границы диапазонов элементов по ФС; количество элементов внутри каждого диапазона; количество соединений схемы; значение ФС для каждого диапазона. При формировании исходных данных для генерации коммутационных схем осуществляется пошаговый контроль параметров, вводимых пользователем на корректность.

Генератор работает следующим образом, создаётся заданное количество элементов без связей и размещается по диапазонам. Создание связи между элементами выполняется в соответствии с условиями: заданы ограничения диапазонов и отсутствуют связи между элементами. Предварительно необходимо обеспечить минимум ФС для каждого элемента в соответствии с диапазоном, в котором размещён элемент. Это действие выполняется в два шага. Первый шаг останавливается, когда заканчиваются элементы с минимумом ФС с которыми можно связать какой-либо диапазон. Второй шаг заканчивается, когда отсутствуют элементы с минимальным для данного диапазона ФС.

Далее элементы соединяются, пока у диапазонов есть свободные ФС и возможно создать связь между элементами.

Пример работы программы генератора приведён для следующих параметров: КЭ = 50, ФС = 300, граница ФС = 30, диапазоны ФС:

1. КЭ = 39, дополнительный КС = 60, левая граница = 2, правая граница = 10.

2. КЭ = 9, дополнительный КС = 40, левая граница = 11, правая граница = 20.

3. КЭ = 2, дополнительный КС = 20, левая граница = 21, правая граница = 30.

На рис. 1, а приведена гистограмма ФС, отображающая количество элементов с одинаковым показателем ФС. На рис. 1, б приведена гистограмма КС, отображающая количество элементов с одинаковым показателем КС.

б

а

Рис. 1. Гистограммы ФС и КС коммутационной схемы, полученной генератором

На рис. 2 представлена сгенерированная коммутационная схема, соответствующая выше приведённым исходным параметром.

Для разработанной программы - генератора коммутационных схем предложен минимальный набор основных входных параметров для генерации: количество элементов схемы, факт связи, количество связи; дополнительных входных параметров и их характеристик: границы диапазоны ФС. Приведёны алгоритм генерации и сгенерированная на его основе коммутационная схема, соответствующая заданным входным параметрам, как результат работы программы.

Рис. 2. Сгенерированная коммутационная схема

Библиографические ссылки

1. Кормен Т. Х. и др. Алгоритмы и анализ. 3-е изд. / пер. с англ. М. : ООО И. Д. Вильямс, 2013. 1328 с.: ил. Парал. тит. англ. ISBN 978-5-8459-1794-2. (Рус.)

2. Селютин В. А. Машинное конструирование электронных устройств : науч. изд. М. : Сов. радио, 1977. 383 с.

3. Курейчик В. М. Математическое обеспечение конструкторского и технологического проектирования с применением САПР : учебник для высш. учеб. заведений. М. : Радио и связь, 1990. 352 с.

© Щербаков А. О., 2017