Современные задачи, возникающие перед наукой и техникой, вызывают необходимость проектирования все более сложных технических объектов. Удовлетворить противоречивые требования повышения сложности объектов, сокращения сроков и повышения качества проектирования позволяют автоматизированные системы проектирования, широко использующие электронно-вычислительную аппаратуру.
Предметом данных методических указаний являются математическое обеспечение САПР, в частности модели элементов электронных схем (ЭС) и их конструкций а также методы анализа и синтеза ЭС
Методические указания к практическим занятиям по курсу «Основы САПР КИТ» охватывают 9 практических занятий. Они направлены на повышение эффективности практического изучения методов, моделей и алгоритмов, применяемых при автоматизированном схемотехническом и конструкторском проектировании.
Моделирование ЭС.
Процесс проектирования РЭА как объект автоматизации. Моделирование, роль и место моделей в автоматизированном проектировании.
Под проектированием РЭА понимают процесс, при котором исходная информация о проектируемом объекте (транзисторы, микросхемы, микромодули, блоки, аппаратура) преобразуется в комплекс конструкторско-технологических документов для его изготовления с помощью соответствующей технологии.
При проектировании объекты могут рассматриваться с разных точек зрения. Типичные аспекты в описаниях технических объектов - функциональный, конструкторский и технологический.
Функциональный аспектотражает физическое и (или) информационные процессы, протекающие в объекте при его функционировании. (Описание процессов, протекающих в интегральном транзисторе, анализ цепей и т. д.)
Конструкторский аспектхарактеризует структуру, расположение в пространстве и форму составных частей объекта. (Компоновка, размещение и трассировка радиокомпонентов на печатных платах).
Технологический аспект технологичность, возможности и способы изготовления объекта в заданных условиях. ( Аспекты характеризуют ту или иную группу родственных свойств объекта).
— функционально-логический (проектируются функциональные и логические схемы);
— схемотехнический (разрабатываются принципиальные электрические схемы узлов и ячеек);
— компонентный.
Проектирование ЭВМ: системный и функционально-логический.
При автоматизированном проектировании необходимо иметь образ исследуемого объекта в ЭВМ вопределенном виде, чтобы машина могла им оперировать. Этот процесс называется моделированием, а образ - моделью. (Моделирование - это замещение некоторого объекта А другим объектом В. Слово "модель" происходит от латинского modas (копия, образ, очертание. Наиболее простым и наглядным примером моделей являются географические карты, структурные формы в химии.)
Для описания любого технического устройства (моделирования) необходимо поставить задачу и определить конкретные свойства и отношения объекта, подлежащие моделированию. Все объекты и явления взаимосвязаны, но при моделировании пренебрегают большинством взаимосвязей.
В технике моделирования сложных технических устройств на ЭВМ используют аппарат математики, отсюда и модели, скоторыми работает машина, называется математическими моделями (ММ).
ММ технического объекта есть совокупность математическихсимволов: чисел, переменных, матриц, множеств и т.п. И отношений между ними, которая адекватно отображает свойства техн. объекта, интересующие разработчика.
ММ используют на всех этапах проектирования. С их помощью прогнозируются характеристики и оцениваются возможности предложенных вариантов схем и конструкций, проверяется соответствие предъявляемым требованиям, проводится оптимизация параметров, разрабатывается техническая документация и т.п.
Представим объект, который необходимо описать (составить модель).
Z
Х= (х1, х2, ..., хn) - входные параметры;
Y= (y1, у2, ..., уn) - выходные параметры;
Z= (zl, z2, ..., zn) - внутренние параметры;
Рис. 1
Цель создания ММ - установление функциональной зависимостей между переменными. Тогда выражение Y=F(X,Y) является одним из примеров ММ. Для составления ММ используются такие математические средства, как язык дифференциальных или интегральных уравнений, аппарат теории множеств, графов, вероятностей, матем. логику и др. Связь между X и Y можно получить в виде таблицы. Это экспериментальный подход к составлению модели. В сложных системах, где имеется несколько входов и несколько выходов, аналитические зависимости выражаются системами дифференциальных уравнений.
В ММ входят следующие элементы: переменные (зависимые и независимые); константы или фиксированные параметры (определяющие степень связи переменных между собой); математические выражения (уравнения и (или) неравенства, объединяющие между собой переменные и параметры); логические выражения (определяющие различные ограничения в ММ); информация (алфавитно-цифровая или графическая).
Все системы существуют во времени и пространстве. Математически это значит, что t и 3 пространственные переменные могут рассматриваться в качестве независимых переменных. Но учет всех 4-х независимых приводит к усложнению ММ, поэтому в качестве независимых берут одну или 2-е переменные (обычно это время).
