Автоматизація проектування виробів електронної техніки [ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати. скачати Курсова робота Автоматизація проектування виробів електронної техніки Введення Основні завдання розвитку технології електричного монтажу - це збільшення щільності компонування елементів, забезпечення режиму узгодження ліній зв'язку та рівномірного розподілу потенціалів харчування між активними елементами електронних пристроїв. Оптимальним засобом вирішення цих завдань є друкований монтаж завдяки таким його перевагам перед іншими методами монтажу, як компактність конструкцій виробів на друкованих платах, автоматизації проектування з'єднань, що дозволяє складати програми управління технологічним і контрольним устаткуванням. Автоматизація проектування виробів електронної техніки, виходячи зі ступеня однорідності завдань і методів їх вирішення в процесі проектування виробу, підрозділяється на наступні чотири етапи: системотехнічне проектування, при якому вибираються і формулюються цілі проектування, формується структура майбутнього виробу, визначаються його основні техніко-економічні характеристики; функціональне (схемотехнічне) проектування, в ході якого вибирається функціонально-логічна база, розробляються принципові електричні схеми виробів електронної техніки в цілому та її складових частин, оптимізуються її параметри; технічна (конструкторське) проектування, що вирішує завдання синтезу конструкцій виробу в цілому, визначає компоновку і розміщення, розробляє топологію електричних з'єднань; проектування технологічних процесів, яке передбачає визначення складу технологічного обладнання для виготовлення друкованої плати, підготовку необхідних організаційно-технічних заходів, пов'язаних із забезпеченням функціонування технологічних ліній виготовлення друкованих плат, і розробки правил підготовки проекту друкованої плати для її виготовлення в одиничному, дрібносерійному і великосерійному варіантах. 1.Разбіеніе функціональних елементів по корпусах мікросхем Загальний опис алгоритму. Загальна схема процесу послідовної компановки по зв'язності має наступний вигляд. Нехай дана схема з'єднання елементовов множин . Визначимо послідовний процес призначення елементів у вузли Br ( ), На кожному кроці якого вибирається один з нерозділених елементів і приписується чергового вузла. Вузол вважається завершеним, якщо число елементів у вузлі одно заліковою числа K. Після завершення чергового вузла аналогічна процедура повторюється для наступного вузла, причому кандидатами для призначення є елементи не включені в попередні вузли. Процес закінчується коли всі елементи з множини E розподілені. Вихідні дані є: -Електрична схема пристрою. -Максимально допустиму кількість елементів у модулі. Електричну схему зручно представляти графом G = (E, V), де безліч вершин Е відповідає елементам ел-ої схеми, а безліч ребер V-ел-ким зв'язків між елементами. У такому вигляді завдання компонування може бути сформульована як задача розрізування графа G = (E, V) на безліч підграфів Gr = (Er, Vr), де r = 1,2,3 ... . У кожному підграфі число вершин відповідно Er має не перевищувати раніше заданого обмеження на число елементовов у вузлі К. Для будь-якого розбиття повинні виконуватися наступні умови: (1) = Æ, (2) (3) При проведенні компонування без урахування обмеження на к-ть зовнішніх висновків у вузлі всі модулі, крім останнього, будуть мати повне заповнення. і остання умова набуде вигляду (4) Покроковий опис алгоритму. Крок 1. Формування чергового подграфа Gr (r = 1,2,3 ... ) Починається з вибору базової вершини з безлічі нерозподілених вершин Ir. На початку процесу всі вершини вважаються нерозподіленими, тобто Ir = E. Критерієм вибору вершини на роль базової є її ступінь ( ) (Під ступенем вершини графа будемо розуміти кількість ребер даного графа, інцидентних ів). Вибір відбувається у відповідності з наступним умовою: (5) Базова вершина буде першою по порядку вершиною подграфа Gr (Er, Vr), а решта вершини, що належать безлічі , Є кандидатами для включення в підграф Gr на наступних кроках алгоритму. Базова вершина є, по-перше, як би "центром" групування, до якого додаються нові вершини, по-друге, центром факторизації. Крок 2. З безлічі виділяється підмножина Г ( ) Вершин, пов'язаних з . Крок 3. Для ел-та X введемо функціонал: L (x) = (6) визначає число ланцюгів, що пов'язують вершину X і вершини з безлічі Г і Ir \ . Для спрощення записів будемо ототожнювати елемент (безліч елементів). Для формального обчислення функціоналу будемо користуватися формулою: (7) де -Число зв'язків між вершинами і . Крок 4. З усіх вершин вибирається така, у якій значення функціоналу мінімально. Очевидно, що вершина для якої ця умова буде виконуватися, максимально пов'язана з . Ця вершина включається в безліч Е r вершин Gr. Безліч вершин подграфа Gr набуває наступний вигляд: де , А верхній індекс у позначенні в загальному випадку вказує кількість кроків вибірки. Крок 5. Відбувається стягування вершин подграфа Gr у вершину . Цей процес далі будемо називати факторизації, вершину - Центром факторизації, а кількість вершин стягнутих у , Крім нього самого, ступенем факторизації. Центр факторизації зі ступенем факторизації , Відмінною від нуля, будемо позначати символом і називати гіпервершіной ступеня . Після даного процесу безліч перетворять в одноелементної безліч містить гіпервершіну ступеня . У зазначених позначеннях перший процес факторизації запишеться наступним чином: . У загальному випадку на му кроці вибірки всі зазначені перетворення будуть мати вигляд: . = 1,2,3 ..., Кс-1, де Кс-допустима потужність множини вершин формованого подграфа (кількість елементів у конструктивному вузлі). Крок 6. Дії описані в кроках 2,3,4,5, повторюються до повного заповнення формованого модуля. Далі весь процес повторюється до тих пір, поки не буде сформований ( -1) Модуль. Останній же -Й повністю включає в себе безліч , Так як . Виконання компонування. У даній електричної функціональній схемі елементи типу І-НЕ замінимо елементами 2І-НЕ, з метою зменшення кількості мікросхем і собівартості плати. Дану електричну функціональну схему розбиваємо на 3 блоки. Далі виконуємо компонування для кожного блоку, для чого представляємо їх у вигляді графів, де безлічі вершин відповідають елементи електричної схеми блоку, а безліч ребер електричним зв'язків між цими елементами. Розрахунки для першого блоку: Креслимо граф для елементів типу 3И-НЕ: Рис.1 Складаємо матрицю суміжності Т1 Т2 Т3 Т4 Т5 Т6 Т7 Т8 Т9 Т10 Т11 p Т1 0 0 2 0 0 1 2 0 0 1 0 6 Т2 0 0 0 1 1 0 0 1 2 0 0 5 Т3 2 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 5 Т4 0 1 0 0 2 0 0 1 1 0 0 5 Т5 0 1 0 2 0 1 0 1 2 0 0 7 Т6 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 7 Т7 2 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 6 Т8 0 1 0 1 1 1 1	0	1	1	1	8
Т9	0	2	0	1	2	0	0	1	0	1	0	7
Т10	1	0	1	0	0	1	1	1	1	0	1	7
Т11	0	0	0	0	0	1	0	1	0	1	0	3

За базисну приймаємо максимально пов'язану вершину, тобто Т8. Вона пов'язана з вершинами Т2, Т4, Т5, Т6, Т7, Т9, Т10, Т11.Счітаем функціонал:

F ₂ = 5-1 = 4; F ₄ = 5-1 = 4; F ₅ = 7-1 = 6; F ₆ = 7-1 = 6;

F ₇ = 6-1 = 5; F ₉ = 7-1 = 6; F ₁₀ = 7-1 = 6; F ₁₁ = 3-1 = 2.

Вибираємо Т11 тому що F 11 мінімально

За базисну приймаємо максимально пов'язану вершину, тобто Т _811. Вона пов'язана з вершинами Т2, Т4, Т5, Т6, Т7, Т9, Т10.Счітаем функціонал:

F ₂ = 5-1 = 4; F ₄ = 5-1 = 4; F ₅ = 7-1 = 6; F ₆ = 7-2 = 5;

F ₇ = 6-1 = 5; F ₉ = 7-1 = 6; F ₁₀ = 7-2 = 5.

Вибираємо Т2 тому що F ₂ мінімально і з мінімальним порядковим номером.

У результаті проведення процесу послідовної компонування конструктивних вузлів РЕА, отримали електричну принципову схему складається з чотирьох мікросхем К155ЛА4, DD 1 = {2,8,11}, DD 2 = {4,5,9}, DD 3 = {1,3, 6}, DD 4 = {7,10}; трьох К155ЛА3 DD 5 = ​​{3,7,8,9}, DD 6 = {1,2,4,6}, DD 7 = {5,10}, чотирьох К155ЛР1 DD 8 = {4,6}, DD 9 = {2,7}, DD 10 = {3,5}, DD 11 = {1}.

Схема електрична принципова приведена у додатку 1. За цією схемою побудуємо граф (рис. 2).

Рис.2

2. Розміщення елементів на платі

2.1 Короткий опис алгоритму послідовної установки елементів РЕА

Алгоритм послідовної установки РЕА не вимагає початкового розміщення елементів. Сутність цього етапу полягає в послідовному закріплення елементів РЕА на монтажній платі щодо будь-яких раніше закріплених елементів. При цьому з числа не розміщених елементів вибирається той елемент, для якого характеристика, пов'язана з довжиною зв'язку щодо раніше розміщених елементів, виявляється найкращою. Як спочатку закріплених на монтажній площині конструктивних елементів зазвичай вибирають роз'єми. У зв'язку з цим на монтажній плоті першими розміщуються елементи, що мають максимальну кількість зв'язків з роз'ємами.

Вся площа плати розбивається координатної сіткою на окремі осередки, лінійні розміри яких більше або дорівнюють настановним розмірами елементів. Вершини графа, відповідні гнізда, відображаються на підмножину місць, розташованих на одному з країв монтажної плати. Чергова вершина вибирається за максимальною кількістю зв'язків з вже розміщеними вершинами, і поміщаються у вільну сусідню позицію або в таку позицію з числа вільних, яка забезпечує мінімальну довжину зв'язків між розміщується вершиною і вже розміщеними вершинами графа.

В якості вихідних даних необхідно ввести дані про модель монтажної плати.

Обмеження на розташування елементів, на розташування роз'єму, а також дані про зв'язки між розміщеними елементами.

В якості критерію вибору чергового елемента, що підлягає установці на платі, використовується коефіцієнт відносної зваженості зв'язності:

, (8)

де -Кількість зв'язків i-го елемента з встановленим раніше на платі j-им елементом, порядковий номер якого-m;

g-кількість вже закріплених на платі елементів;

Vi-загальна кількість зв'язків I-ого елемента із іншими елементами множини X.

Послідовність роботи алгоритму:

Формується масив номерів елементів і готується (обнуляється) масив настановних місць.

Вибираємо за початкове розміщення місцезнаходження роз'єму і елементів, що закріплюються на установчих місцях плати на вимогу розробника.

У безлічі розміщуються елементів, Обнуляємо елементи розміщені на вимогу розробника.

Вибираємо з безлічі N ще не розміщений елемент, для якої значення Ki максимально. Якщо ряд елементів має однакове значення Ki, то вибираємо елемент з мінімальним порядковим номером.

Для безлічі незайнятих позицій ряду визначаємо позицію, закріплення якої елемента Ni призводить до мінімального приросту функції мети.

(9)

де dij - елемент матриці відстаней.

Загальна сумарна відстань від закріплюється елемента до закріплених буде мінімальним. Перевіряємо чи не є ця позиція областю, забороненої для розміщення елементів.

Виробляємо закріплення елемента Ni за вільної позицією ряду, в якій забезпечується мінімальний приріст функції мети.

Перевіряємо чи всі елементи розміщені на платі, якщо немає, то переходимо до пункту 4.

Виконання розміщення

За графу (рис.2) будуємо матрицю суміжності і визначаємо ступінь кожної вершини.

Складаємо модель монтажної плати:

Рис3

Потім за моделлю монтажної плати складаємо матрицю відстаней.

2) рядки впорядковуються за зростанням масив ребер число ребер

У результаті трасування ланцюгів землі буде мати вигляд:

Рис.5

Алгоритм Прима (ланцюги живлення)

В алгоритмі Прима проводиться маніпуляція з матрицею відстаней. Наприклад: вибирається довільна вершина (рядок матриці), в ній проглядаються елементи і вибирається найменший приєднується найближча вершина після чого обнуляється стовпець, відповідний приєднаної вершині. На наступному етапі проглядаються вже два рядки і процедура повторюється. Перевірка обмеження максимально допустимої ступеня вершини здійснюється аналогічно алгоритму Краскала (аналізується масив індексів обраних вершин)

1. матриця відстаней використовується та ж, що і в алгоритмі Краскала (див. вище)

2. вибирається довільно вершина (наприклад № 1), де мінімум елемент

У результаті всіх цих дій отримуємо трасування ланцюгів живлення в наступному вигляді.

Рис.6

4. Трасування сигнальних кіл за допомогою хвильових алгоритмів

Цей алгоритм є класичним прикладом використання методів динамічного програмування для розв'язання задачі трасування друкованих з'єднань. Основні принципи побудови трас за допомогою хвильового алгоритму зводяться до наступного.

Усі клітинки монтажного поля поділяють на зайняті і вільні. Зайнятими вважаються осередки, у яких вже розташовані провідники, побудовані на попередніх кроках, або перебувають монтажні висновки елементів, а також осередки, відповідні кордоні плати забороненим для прокладання провідників ділянкам. Кожного разу при проведенні нової траси можна використовувати лише вільні комірки, число яких у міру проведення трас скорочується.

На безлічі осередків (вільних) комутаційного поля моделюють хвилю впливу з однієї комірки в іншу, що з'єднуються згодом одним провідником. Першу клітинку, в якій зароджується хвиля впливів називають джерелом, а другу - приймачем хвилі. Щоб мати можливість стежити за проходженням фронту хвилі впливів, його фрагментом на кожному етапі присвоюють деякі ваги:

(10)

де і - Ваги осередків k - го і (k -1)-го фронтів;

φ - числова характеристика, що залежить від обраного критерію оптимізації;

На накладають одне обмеження - ваги осередків попередніх фронтів не повинні бути більше ваг осередків наступних фронтів. Фронт поширюється тільки на сусідні клітинки, які мають з осередками попереднього фронту або спільну сторону, або хоча б одну спільну точку. Процес поширення хвилі продовжується до тих пір, поки її розширюється фронт не досягне приймача або на θ кроці не знайдеться жодного вільного осередку, яка могла б бути включена в черговий фронт, що відповідає випадку неможливості проведення траси при заданих обмеженнях.

Якщо в результаті поширення хвиля досягла приймача, то здійснюють «проведення шляху», яке полягає в русі від приймача до джерела по пройдених на етапі поширення хвилі осередкам, стежачи за тим, щоб значення монотонно убували. У результаті отримують шлях, що з'єднує ці дві точки. З опису алгоритму випливає, мято всі умови, необхідні для проведення шляху, закладаються в правила пріпісанія ваги осередкам.

Наведемо два приклади трасування з'єднань за допомогою хвильового алгоритму ЧИ.

Щоб виключити непорозуміння при проведенні шляху для випадку, коли кілька осередків мають однаковий мінімальний вага, вводять поняття колійних координат задають перевагу проведення траси.

У додатку 5 представлена ​​плата з проведеної трасуванням.