CC BY
151
ИЗВЕСТИЯ
ПЕНЗЕНСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ПЕДАГОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА имени В. Г. БЕЛИНСКОГО ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ №26 2011
ПГПУ
ИМ. В. Г. БЕЛИНСКОГО
IZVESTIA
PENZENSKOGO GOSUDARSTVENNOGO PEDAGOGICHESKOGO UNIVERSITETA IMENI V.G. BELINSKOGO PHYSICAL AND MATHEMATICAL SCIENCES №26 2011
УДК: 004.9
ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ СИСТЕМ СКВОЗНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРИ ПОДГОТОВКЕ ВЫПУСКНОЙ КВАЛИФИКАЦИОННОЙ РАБОТЫ
© Н.В. ГОРЯЧЕВ1, Н.К. ЮРКОВ2 1Пензенский государственный университет, кафедра “Конструирование и производство радиоаппаратуры” e-mail: ra4foc@yandex.ru 2Пензенский государственный университет, кафедра “Конструирование и производство радиоаппаратуры” e-mail: ra4foc@yandex.ru
Горячев Н. В., Юрков Н. К. — Опыт применения систем сквозного проектирования при подготовке выпускной квалификационной работы // Известия ПГПУ им. В. Г. Белинского. 2011. №26. С. 534—540. — На примере разработки дипломного проекта, студентом технической специальности, показаны возможности современных средств сквозного проектирования электроники.
Ключевые слова: сквозное проектирование электроники, САПР, дипломный проект, разработка печатной платы
Goryachev N.V., Yurkov N.K. — Experience of application systems through designing the preparation of the final qualification // Izv. Penz. gos. pedagog. univ. im.i V. G. Belinskogo. 2011. № 26. P. 534—540. — An example of developing the graduation project, students of technical specialties, the possibility of modern means through designing electronics.
Keywords: Through the design of electronics, CAD, thesis project, the development of the PCB
ВВЕДЕНИЕ
Выпускная квалификационная работа (дипломное проектирование) является заключительным этапом обучения в техническом университете и формирования инженера по специальности 210201 - “Проектирование и технология радиоэлектронных средств”. Современное состояние образования и информационных технологий делает не возможным разработку дипломного проекта (ДП) без применения систем автоматизированного проектирования (САПР). На сегодняшний момент многие производители САПР позиционируют свои программные продукты как системы сквозного проектирования. Принцип сквозного проектирования подразумевает передачу результатов одного этапа проектирования к следующему этапу в единой проектной среде. При этом изменения, вносимые на любом этапе, отображаются во всех частях проекта. Такой принцип позволяет разработчику контролировать целостность проекта, отслеживать изменения и синхронизировать их. Принципы сквозного проектирования обеспечивают непрерывный характер проектирования объекта от элемента до изделия в целом и предполагают автоматизацию на различных этапах проектирования от замысла до воплощения проекта “в металле” [8].
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
Как правило, задачей дипломного проектирования по специальности 210201 является проектирование технического объекта. Проектирование технического объекта - создание, преобразование и представление в принятой форме образа этого, ещё несуществующего, объекта [8]. Начальной точкой при дипломном проектировании является разработка совместно с научным руководителем технического задания (ТЗ). Окончательным результатом ДП следует считать полный комплект документации, содержащий исчерпывающие сведения о объекте проектирования. Такая документация является окончательным описанием объекта.
Итак, совместно с одним из авторов, студентом группы 05ЕК1, каф. “КиПРА” Пензенского гос. университета было разработано ТЗ, и сформулирована тема ДП - “ Усилитель низкой частоты с микропроцессорным управлением”.
ВЫБОР САПР
Учитывая рекомендации, изложенные в работе [5], было принято решение в качестве основного инструмента при реализации ДП использовать САПР электроники (EDA). Проведя анализ присутствующих на отечественном рынке систем класса EDA [9], [4] выбор пал на систему Altium Designer (AD). AD комплексная система проектирования высокоскоростных электронных устройств, которая позволяет разработчику создавать проекты, начиная с принципиальной схемы и VHDL-описания ПЛИС, проводить моделирование полученных схем и VHDL-кодов, спроектировать печатную плату (ПП), подготовить файлы для производства [10], а концепция Live Design, так называемое живое проектирование, позволяет завершить проект его отладкой на плате NanoBoard. В качестве единой проектной среды AD использует интегрированную платформу Design Explorer (DXP).
Для разработки несущих конструкций и элементов корпуса выбрана САПР КОМПАС-BD. Возможности САПР КОМПАС-BD также используются при оформлении в соответствии с ЕСКД всего комплекта документации ДП, за исключением пояснительной записки.
ХОД ВЫПОЛНЕНИЯ ДП В ЕДИНОЙ ПРОЕКТНОЙ СРЕДЕ
После анализа технического задания, синтеза структурных и функциональных схем на основе последних была разработана схема электрическая принципиальная (Э3). На этапе разработки ЭВ был составлен базис используемых компонентов. Учитывая специфику AD перед разработкой схемы Э3 непосредственно в среде AD, на основе составленного базиса компонентов разработана их библиотека. Методика разработки библиотек, а также общие вопросы проектирования в среде AD достаточно подробно изложены в работах [11] и [12]. Следует отметить, что процессу создания библиотеки компонентов необходимо уделять пристальное внимание. Разработка условного графического обозначения (УГО) должна проходить в строгом соответствии с требованиями ЕСКД (инструменты САПР AD позволяют это), а топологическое посадочное место (ТПМ) электронного компонента необходимо разрабатывать с учётом рекомендаций производителя конкретно взятого компонента. Соблюдение выше перечисленного в дальнейшем позволит существенно сократить время прохождения нормконтроля.
В ходе проектирования Э3 было принято решение использовать 4ре функционально законченных узла, каждый из которых размещается на отдельной ПП. Узлы разделены следующим образом:
• блок питания;
• усилитель мощности;
• блок валкодера;
• блок индикатора.
Каждая из перечисленных схем входит в состав отдельного проекта ПП АБ (рис. 1).
Рис. 1. Структура проекта с размещением элементов на разных ПП
Из представленной на (рис. 1) структуры проекта ПП АБ видно, что АБ позволяет создавать для одной схемы неограниченное количество вариантов ПП.
Если по условиям ТЗ требуется, чтобы устройство было собрано на одной ПП, то структура проекта в среде АБ должна выглядеть так, как показано на (рис. 2). При этом элементы всех схем проекта будут размещены на общей ПП.
Проект ПП Усилитель низкой частоты с микропроцессорным управлением . Рг^РСВ
Печатная плата устройства вариант 1
.РсЬБос
Печатная плата устройства вариант п .РсЬБос
Рис. 2. Структура проекта с размещением элементов на одной ПП
Схема блока индикатора . БсІїВос
Схема блока питания .БсИБос
После окончания разработки электрических принципиальных схем переходим к проектированию ПП устройства. На первом этапе, пользуясь методикой, изложенной в [3], формируем геометрию каждой ПП. Для примера на (рис. 3) показан контур ПП блока питания. Следующим этапом проектирования является формирование топологии каждой ПП. При трассировке ПП проектируемого устройства использовались методы, описанные в работе [6].
2
3
0J '
ОІ ІО
1 - Контур ПП, 2 - Крепёжные отверстия, 3 - Область запрета трассиродки
Рис. 3. Контур ПП
Непосредственно в среде AD для трассировки печатных проводников ПП всех функциональных узлов использовались возможности автотрассировщика Situs [11]. Результат трассировки платы блока питания показан на (рис. 4).
Рис. 4. Результат трассировки ПП блока питания в среде AD
Как только завершена разработка всех ПП проекта, а затем и корпусных конструкций устройства, можно переходить к завершающему этапу проектирования - подготовке комплекта документации в соответствии с требованиями ЕСКД. На этом этапе используются возможности САПР КОМПАС-3Б. Используя открытый формат файлов БХЕ [1], последовательно все части проекта, разработанные в АБ, передаются в КОМПАС-3Б. Здесь происходит адаптация всех документов, входящих в графическую часть проекта, а также спецификаций под требования отечественного ЕСКД. Чертёж ПП блока питания (рис. 4) после корректировки в среде КОМПАС-3Б разделяется на непосредственно чертёж ПП, где показано расположение печатных проводников (рис. 5,а), и сборочный чертёж (рис. 5,б).
а)
б)
Рис. 5. Результат подготовки чертежа ПП (а) и сборочного чертежа ПП (б) блока питания в среде КОМПАС-3Б
Важно отметить, что система АБ имеет возможность формировать данные проекта в соответствии с требованиями ЕСКД, используя шаблоны со сформированными основными надписями [13] по ГОСТ 2.1042006 ЕСКД. Однако, исходя из опыта сдачи проектов на производстве, следует сказать, что документы, полностью сформированные в АБ, пока ещё не всегда адекватно воспринимаются нормконтролёрами.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В заключении хочется отметить, что в работе раскрыты только основные моменты работы в САПР сквозного проектирования электроники. Незатронутыми остались вопросы генерации перечня элементов непосредственно из среды AD [7], моделирования электронного устройства, формирования выходных данных, необходимых для подготовки технологического процесса производства изделий. Но уже на примере описанной дипломной работы [2] видны преимущества применения систем сквозного проектирования при подготовке выпускной квалификационной работы:
• сокращение сроков работы над проектом;
• организация автоматизированной передачи результатов проектирования от одного этапа разработки к другому;
• закрепление навыков работы с современными средствами проектирования и использование метода проектов;
• изучение современных способов интеграция с механическими САПР.
Использование в ходе дипломного проектирования современных САПР сквозного проектирования класса EDA позволяет существенно повысить уровень ДП и одновременно повысить качество подготовки выпускника.
Как показал опыт, студенты дипломники, владея современными методами проектирования, более уверенно чувствуют себя на рынке труда.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Autodesk - DXF Reference. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://usa.autodesk.com/adsk/ servlet/item?siteID=123112&id=12272454&linkID=10809853.
2. Белоусов А. С. Усилитель низкой частоты с микропроцессорным управлением. Пенза, 2010. № 52.
3. Горячев Н. В., Юрков Н. К. Методика формирования контура печатной платы в САПР электроники с помощью сторонней механической САПР // Цифровые модели в проектировании и производстве РЭС / Под ред. Н. К. Юркова. Пенза: ПГУ, 2010. Вып. 15. С. 127-133.
4. Еркин А. Обзор современных САПР ПЛИС // Chip News. 2008. № 10-11. С. 17-29.
5. Кочегаров И. И. Информационные технологии проектирования РЭС. Пенза: ПГУ, 2007. 96 с.
6. Лузин С. Ю. Модели и алгоритмы автоматизированного проектирования радиоэлектронной и электронно-вычислительной аппаратуры. СПб., 2010. С. 107-132.
7. Никифоров С. Автоматизация создания перечня элементов и спецификации при работе в Altium Designer. EDA Express №19. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.rodnik.ru/product/ sapr/edaexpress/EDA_19.jpg
8. Норенков И. П. Основы автоматизированного проектирования. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2009. 336 c.
9. Потапов Ю. Обзор САПР печатных плат. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.chip-news.ru/archive/chipnews/200304/7.html
10. Сабунин А. Е. Почему Altium Designer, а не P-CAD. EDA Express №18. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.rodnik.ru/product/sapr/edaexpress/EDA_N_18_ok.jpg
11. Сабунин А. Е. Altium Designer. Новые решения в проектировании электронных устройств. М.: Солон-Пресс, 2009. С. 267-276.
12. Суходольский В. Ю. Altium Designer. Проектирование функциональных узлов РЭС на печатных платах. СПб.: БХВ-Петербург, 2010. 480 с.
13. Форматки для Altium Designer. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://altium123.narod.ru/ index.html.
