CC BY
68
2008
НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА серия Студенческая наука
№ 137
УДК 681.3.06
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ FOSS (FREE OPEN SOURCE SOFTWARE)
В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ
Г.П. СУРКОВ
Статья представлена доктором технических наук, профессором Соломенцевым В. В.
Статья подготовлена под руководством кандидата технических наук, доцента Резникова Б.Л.
В данной статье описано, каким образом FOSS может быть полезно для учебной и научной деятельности на примере программного пакета для моделирования электронных схем QUCS (Quite Universal Circuit Simulator).
Известно, что современные технологии существенно упростили и улучшили процесс проектирования электронных схем и устройств. В наши дни существует большое количество программного обеспечения для ЭВМ, способного произвести рутинные расчеты и даже смоделировать работу схемы, что дает возможность узнать ее характеристики, не прибегая к ее сборке из реальных элементов, что экономит время и средства экспериментатора.
Однако, несмотря на многие преимущества, данное ПО имеет и недостатки - высокую стоимость, разнообразные лицензионные ограничения и недоступность исходного кода. Поэтому хотелось бы рассмотреть довольно известную область программных разработок -FOSS (Free open source software). Слово «free» в данном случае не стоит переводить как «бесплатный», речь идет о свободе. Программы, издающиеся как FOSS (к примеру, по лицензиям GPL и BSDL), полностью доступны для бесплатного (и свободного) использования, копирования, изменения. Последнее означает, что непременный атрибут поставки любой свободной программы - ее исходный код.
Преимущества, кроющиеся за такой организацией ПО, огромны. Поскольку каждый имеет доступ к исходным кодам конкретной программы, то последняя может разрабатываться командой людей, находящейся по всему миру. Также, распространению программ помогает их полная бесплатность для пользования - каждый может загрузить копию свободной программы из сети Интернет (для сравнения, вспомните, какие процедуры приходится проходить для получения лицензии на коммерческое ПО или разнообразные ограничения в их демо-версиях).
Пакет программ QUCS (QUITE UNIVERSAL CIRCUIT SIMULATOR)
Среди свободных программ есть и те, что предназначены для инженеров, в том числе, программы для моделирования и расчета электронных схем. Однако, для работы на компьютере требуется в первую очередь операционная система, и здесь также имеется свободное решение. Речь идет об ОС семейства GNU/Linux - довольно популярной и очень удобной свободной операционной системе. Под управлением этой ОС, в том числе, работает и QUCS (Quite universal circuit simulator) - практически универсальный симулятор электрических цепей. С помощью этой программы можно производить те же расчеты, что и с ее коммерческими аналогами: Electronics Workbench, Multisim, PSpice и пр. В частности, возможно создание и редактирование электронных схем, их тестирование при различных параметрах, вывод исследуемых значений на различные типы графиков, диаграмм и таблиц. Поддерживаются как аналоговые, так и цифровые схемы, библиотеки элементов, автоматический расчет параметров узлов по заданным условиям. Общий вид окна QUCS показан на рис. 1.
Программа QUCS имеет большие возможности моделирования, такие как анализ схемы на постоянном и переменном токе, расчет переходных процессов, оптимизация схемы, цифровое моделирование и пр. Для вывода результатов моделирования предусмотрены множество видов графиков, включая декартовскую, полярную систему координат, таблицы истинности и другие.
Рис. 1. QUCS под управлением ОС Linux
Рис. 2. Собранный симметричный мультивибратор Пример использования
Рассмотрим типичный случай применения вышеописанной программы на примере схемы простейшего симметричного мультивибратора. Собранная схема в окне программы представлена на рис. 2. Стоит заметить, что процесс сборки полностью идентичен таковому в аналогичных программах и не должен вызвать затруднений. По окончании сборки необходимо указать программе тип моделирования, начальные и конечные параметры. В данном случае используется моделирование переходного процесса для получения графика напряжения на коллекторе одного из транзисторов мультивибратора.
Искомое напряжение отмечено ярлыком «Out». После проведения моделирования результат выводится на выбранный график, как показано на рис. 3. Графики и таблицы возможно помещать как и на схему, так и на отдельные листы. По графику работы мультивибратора видно, что он генерирует колебания, близкие по форме к прямоугольным, что означает, что схема работает правильно.
Рис. 3. Результат моделирования
В статье рассматривался пакет программ QUCS, предназначенный для решения задач в области моделирования электронных схем. Несмотря на чуть меньшую, чем у своих коммерческих аналогов, функциональность, этот пакет может представлять большой интерес для студентов ввиду своей бесплатности, отсутствию лицензионных ограничений и открытости исходного кода.
ЛИТЕРАТУРА
1. Карлащук В.И. Электронная лаборатория на ІВМ РС. Моделирование элементов аналоговых систем. - М.: СОЛОН-Р, 2000.
USING FOSS (FREE OPEN SOURCE SOFTWARE) AT THE EDUCATIONAL PROCESS
Surkov G.P.
This article shows how the free open source software can be useful for educational and scientific student's activities. As an example, there is a short overview of QUCS's (Quite Universal circuit Simulator, a free open source simulator software) features.
Сведения об авторе
Сурков Георгий Павлович, 1988 г.р., студент 3 курса факультета прикладной математики и вычислительной техники МГТУ ГА, область научных интересов — схемотехническое моделирование.
