Введение к работе
Актуальность проблемы. Проведение экспериментальных исследований в физике высоких энергий требует разработки аналоговой и цифровой радиоэлектронной аппаратуры (РЭА). Естественно, встает вопрос о повышении производительности труда разработчика РЭА. Производительность труда авторской разработки может быть повышена при использовании автоматизированного рабочего места, позволяющего получать проектно-конструкторскую документацию на РЭА в темпе разработки. Это, в свою очередь, позволит ускорить цикл разработки и упростить некоторые рутинные операции. Жизненный цикл разработки можно разделить на несколько этапов:
-
постановка задачи (входные и выходные характеристики);
-
проектирование принципиальной схемы;
-
моделирование;
-
проектирование печатных плат;
-
производство печатных плат;
-
монтаж;
-
автономная отладка;
-
комплексная отладка;
9. коррекция (если необходимо);
10. сопровождение.
В большинстве случаев в процессе отладки или на других этапах может возникнуть необходимость возвратиться ко 2-му этапу для внесения изменений и далее повторить вновь все последующие этапы проектирования.
При проектировании РЭА при постоянно меняющихся условий экспериментов в физике высоких энергий разработчику приходится много времени тратить на проектирование принципиальных схем, на внесение исправлений, дополнений, модификаций и т.п. Если изменений вносится много, то первоначальный документ, на котором была нарисована принципиальная схема, к дальнейшему применению становится непригодным. Его необходимо перерисовывать заново. По завершении разработки устройство должно обеспечиваться сопроводительной документацией (принципиальной, монтажной, блок-схемами и т.п.). Для этого, как правило, эскизы, выполненные самим разработчиком, передаются профессиональным чертежникам, которые подготавливают чертеж для размножения на копировальной технике. Качество копии ("синьки"), получаемой в результате всего этого процесса, часто оставляет желать лучшего, то есть в отдельных случаях идентифицировать символьную информацию (номера выводов ИС, номинальные значения радиокомпонентов, адреса компонентов на монтажной схеме устройства, наименование выводов разъемов и т.п.) бывает практически невозможно. Очевидно, что работать с такой документацией весьма затруднительно. Все это определило необходимость автоматизировать процесс подготовки документов принципиальных схем и другой символьно-графической документации, улучшить качество.
Следующим этапом проектирования является подготовка файла описания топологии печатной платы проектируемого устройства, направляемого затем на отрисовку фотошаблона. Поскольку программы трассировки являются эвристическими, то на плате часто остаются непроведен-ные связи. Интерактивный графический редактор топологии позволяет сократить, а в большинстве случаев полностью устранить разрывы (не-проведенные связи). Кроме того, посредством редактора можно прокладывать трассы таким путем, каким известные до настоящего времени программы автоматической трассировки прокладывать не могут из-за несовершенства алгоритмов.
В процессе создания РЭА разработчику неоднократно приходится сталкиваться с проблемой занесения информации в различные микросхемы ПЗУ, ППЗУ и ПЛМ. Причем оперативность программирования непосредственно на рабочем месте несомненно ускоряет процесс разработки и отладки аппаратуры. Следовательно, программатор является неотъемлемой частью автоматизированного рабочего места инженера-электроника. В ИФВЭ и в других организациях разработаны и эксплуатируются раз-
личные типы программаторов. Однако они, как правило, предполагают наличие конструктивов КАМАК или СУММА. Поскольку рабочее место создано в конструктиве "Электроника-60", разработан программатор в этом же конструктиве.
Целью диссертационной работы является разработка, исследование и применение программно-аппаратного инструментария для построения автоматизированного рабочего места инженера-электроника, ускоряющего процесс авторской разработки РЭА.
Научная новизна
-
Предложен оригинальный и эффективный подход к подготовке технической документации при проектировании РЭА (принципиальных и блок-схем разрабатываемой радиоэлектронной аппаратуры, временных диаграмм, графиков и т.п.).
-
Разработан сравнительно простой цветной графический растровый дисплей повышенного разрешения для автоматизации разработки РЭА, который является интеллектуальным терминалом базовой ЭВМ (БЭВМ).
-
Разработан и реализован оригинальный графический off-Iine-редактор топологии печатных плат, который использует только внутренние ресурсы разработанного графического дисплея для формирования промежуточного файла изменений топологии.
-
Предложена архитектура устройства ввода оптического изображения в ЭВМ. Устройство ввода позволяет отработать алгоритмы обработки изображений принципиальных схем РЭА, текста, графиков и т.п.
Практическая ценность. Созданные программно-аппаратные средства используются при проектировании РЭА, что позволило существенно сократить цикл авторской разработки РЭА и подготовки сопроводительной конструкторской документации.
Разработанные программные средства интерактивного редактирования топологии позволяют, используя сравнительно недорогие аппаратные средства, улучшить качество трассировки печатных плат.
Программатор предоставляет разработчику возможность, используя процессор графического дисплея, заносить информацию в ПЗУ, ППЗУ и ПЛМ. Для программирования различных типов микросхем используются отдельные сменные модули и подключаются они к контроллеру через единую для всех модулей внутреннюю магистраль. При появлении новых типов ПЗУ для их программирования сравнительно просто разработать соответствующие сменные модули.
Разработанное и реализованное устройство ввода изображения в ЭВМ позволяет отрабатывать алгоритмы обработки изображений (чертежей, принципиальных схем РЭА, текста) для выработки концепции системы распознавания. Кроме того, исследование структуры вводимого изображения показало пути дальнейшего совершенствования передающей телевизионной камеры.
Всего создано 6 рабочих мест, не считая рабочего места, созданного на базе другого графического дисплея, на котором адаптированы разработанные автором программные средства. В течение трех лет было спроектированно несколько десятков печатных плат высокого качества без единой непроведенной связи.
Апробация работы и публикации. Материалы диссертации опубликованы в работах /1-8/, докладывались на научных семинарах ИФВЭ, на IV Всесоюзной конференции по проблемам машинной графики (Серпухов, 1987 г.), на Всесоюзной конференции "Теория и практика построения интеллектуальных интегрированных САПР РЭА и БИС" (Звенигород, 1989 г.), на Всесоюзной школе-семинаре молодых ученых "Машинная графика и автоматизация проектирования в радиоэлектронике" (Челябинск, 1990 г.).
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения и трех приложений. Объем диссертации 99 страниц, включая приложения из 12 страниц и 20 рисунков. Список литературы содержит 81 наименование.
