Разработка средств визуализации типов электрических сигналов на принципи-альных схемах электронных устройств
Объект исследования: САПР схемотехнического проектирования элек-тронных устройств на базе микроконтроллеров.
Предмет исследования: Типизация и средства визуализации типов электри-ческих сигналов на схемах, отображаемых в программной среде САПР.
Цель работы: разработать расширяемую систему типизации и визуализа-ции типов электрических сигналов, реализуемую в виде плагина к существую-щему программному обеспечению САПР схемотехнического проектирования.
Исследовано понятие типизации и его применимости в различных областях науки.
Изучены средства визуализации и типизации электрических сигналов, реализованные в существующих САПР.
Разработана система типов электрических сигналов по функциональному назначению и реализован плагин для существующей САПР.
Предложенное решение реализует средство визуализации типов электрических сигналов в соответствии с описанной системой типов.
Проведена апробация решения на примере построения типовых принципиальных схем, а также при выполнении схем электронных устройств в рамках лабораторных работ по курсу «Микропроцессорные системы».
Подтверждена практическая эффективность и целесообразности использования разработанного решения в образовательной и проектной деятельности
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................................. 9
ГЛАВА 1. ОБЗОР ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ ...................................................... 11
1.1. ТИПИЗАЦИЯ: ОПРЕДЕЛЕНИЕ И НАЗНАЧЕНИЕ ......................................................... 11
1.2. ТИПИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ............................................................. 11
1.3. СРЕДСТВА ВИЗУАЛИЗАЦИИ ДАННЫХ И ИНФОРМАЦИИ: ПОНЯТИЕ И НАЗНАЧЕНИЕ 15
1.4. СРЕДСТВА ВИЗУАЛИЗАЦИИ СИГНАЛОВ ................................................................. 18
1.5. ПОДХОДЫ К РАСШИРЕНИЮ ФУНКЦИОНАЛЬНОСТИ ПРОГРАММНЫХ СИСТЕМ....... 20
1.6. ВЫВОДЫ ............................................................................................................... 23
ГЛАВА 2. ОБЗОР И СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ СРЕДСТВ СПЕЦИФИКАЦИИ И ВИЗУАЛИЗАЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ В САПР СХЕМОТЕХНИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ............................................................................................... 24
2.1. PROTEUS (ВЕРСИЯ 8.13) ........................................................................................ 26
2.1.1. Спецификация сигналов ................................................................................. 26
2.1.2. Визуализация сигналов ................................................................................... 27
2.2. ALTIUM DESIGNER (ВЕРСИЯ 21.8.1) ...................................................................... 29
2.2.1. Спецификация сигналов ................................................................................. 29
2.2.2. Визуализация сигналов ................................................................................... 31
2.3. SIMULIDE (ВЕРСИЯ 1.0.0) ..................................................................................... 32
2.3.1. Спецификация сигналов ................................................................................. 32
2.3.2. Визуализация сигналов ................................................................................... 33
2.4. LABVIEW (ВЕРСИЯ 2021 С ELECTRICAL POWER SUITE) ...................................... 34
2.4.1. Спецификация сигналов ................................................................................. 35
2.4.2. Визуализация сигналов ................................................................................... 36
2.5. ВЫВОДЫ ............................................................................................................... 38
ГЛАВА 3. ВЫБОР ПРИНЦИПОВ ТИПИЗАЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ
И РАЗРАБОТКА БАЗОВОЙ СИСТЕМЫ ТИПОВ ................................................ 40
3.1. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ТИПИЗАЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ ...................... 40
3.2. ОБОСНОВАНИЯ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ БАЗОВОЙ СИСТЕМЫ ТИПОВ СИГНАЛОВ ..... 41
3.2.1. Сигналы данных .............................................................................................. 43
3.2.2. Сигналы управления ....................................................................................... 44
3.2.3. Сигналы питания ............................................................................................. 45
3.2.4. Сигналы универсальные (общего назначения) ............................................ 47
3.3. СТРУКТУРА БАЗОВОЙ СИСТЕМЫ ТИПОВ ............................................................... 49
3.4. СЛОВАРЬ ТИПОВ И ОБОЗНАЧЕНИЙ ........................................................................ 51
3.5. ОЦЕНКА ПОЛНОТЫ ПРЕДЛОЖЕННОЙ СИСТЕМЫ ТИПОВ СИГНАЛОВ ...................... 53
3.6. ВЫВОДЫ ............................................................................................................... 53
ГЛАВА 4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РЕАЛИЗАЦИЯ СРЕДСТВА ВИЗУАЛИЗАЦИИ ТИПОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ В САПР SIMULIDE .................................................................................................................. 54
4.1. ВЫБОР АРХИТЕКТУРЫ ........................................................................................... 54
4.2. РАЗРАБОТКА АРХИТЕКТУРЫ СИСТЕМЫ ................................................................. 55
4.3. ОПИСАНИЕ КЛАССОВ И ИХ НАЗНАЧЕНИЕ.............................................................. 56
4.4. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ............................................................................... 57
4.4.1. SignalVisualizerWidget .................................................................................... 57
4.4.2. SignalVisualizerView ....................................................................................... 60
4.4.3. SignalVisualizer ................................................................................................ 63
4.4. ВЫВОДЫ ............................................................................................................... 68
ГЛАВА 5. ПРАКТИЧЕСКАЯ АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАЗРАБОТКИ 69
5.1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ АПРОБАЦИИ ................................................................................ 69
5.2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ................................................................. 69
5.2.1. Описание тестовой среды ............................................................................... 69
5.2.2. Методы сбора данных ..................................................................................... 70
5.3. ТЕСТОВЫЕ ПРИМЕРЫ ............................................................................................ 70
5.3.1. Схема тестирования дисплея Nokia 5110 на микроконтроллере PIC16F628A .................... 70
5.3.2. Схема преобразования сигналов интерфейса I 2C в параллельный интерфейс для подключения LCD-дисплея к микроконтроллеру PIC16F876 .... 75
5.3.3. Схема реализации матричной клавиатуры с использованием микроконтроллера ATmega328P .............................................................................. 81
5.3.4. Схема передачи сигналов между двумя микроконтроллерами ATmega328P ............................................................................................................... 85
5.4. РЕЗУЛЬТАТЫ ТЕСТИРОВАНИЯ ............................................................................... 88
5.5. ВЫВОДЫ ............................................................................................................... 89
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ......................................................................................................... 90
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ............................................... 92
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. КЛАСС SIGNALVISUALIZERWIDGET ............................................... 100
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. КЛАСС SIGNALVISUALIZERVIEW .................................................... 102
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. КЛАСС SIGNALVISUALIZER ............................................................ 108
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1.Генерация звука на микроконтроллерах AVR методом волновых таблиц с поддержкой полифонии [Электронный ресурс] / URL:/https://habr.com/ru/arti-cles/466121/ (дата обращения: 10.05.2025)
2.ГОСТ 2.702-2011 Единая система конструкторской документации правила выполнения электрических схем
3.ГОСТ 2.743-91 Единая система конструкторской документации обозначе-ния условные графические в схемах
4.ГОСТ 34.321-96 Локальные распределенные данные, схема и база данных
5.ГОСТ 23595-79 Сигналы управления, линейные и акустические сигналы одночастотной системы сигнализации для междугородной и внутризоновой те-лефонной сети
6.ГОСТ Р 43.0.3-2009 Информационное обеспечение техники и оператор-ской деятельности. Ноон-технология в технической деятельности. Общие поло-жения
7.Динамическая индикация на PIC16C74B - лабораторная работа [Электрон-ный ресурс] / URL:/https://hromatron.narod.ru/labi/dinamicheskaya-indikaciya-na-pic16c74b.htm (дата обращения: 16.05.2025)
всего 76 источников
