Введение к работе
Введение
Микропроцессоры, микроконтроллеры и микроЭВМ, быстро выполняющие алгоритмы управления при малых габаритных размерах и малом потреблении энергии, резко улучшили технические характеристики и пользовательские свойства многих устройств. Программно-управляемые приборы, насыщенные прежде механическими переключателями параметров, изменили не только свой внешний вид: на лицевой панели появился дисплей и клавиатура, — но изменилась подготовка параметров и добавились многочисленные контролирующие и сервисные функции. Вместе с изменениями аппаратных средств потребовалась разработка методов и средств проектирования подобных приборов. Задача разработки методов и средств проектирования программно-управляемых генераторов импульсов напряжения с микропроцессорами стала актуальной из-за резкого изменения элементной базы приборов и существенного расширения функций приборов. Отечественные разработки начались в конце 70-х годов практически одновременно с зарубежными, но методы разработок зарубежных фирм, прежде всего фирмы Hewllett Packard, оставались всегда неизвестными.
Исследование имеет прикладной характер. Все теоретические построения имеют конечной целью практическую реализацию и подтверждаются результатами экспериментов. В работе активно используются теория проектирования цифровых устройств, теория булевых функции, теория конечных автоматов, теория моделирования.
Цель исследования состоит в
решении проблемы проектирования программно-управляемых генераторов импульсов напряжения с микропроцессорами, микроконтроллерами и однокристачьными микроЭВМ.
Для достижения поставленной цели разрабатываются:
методы проектирования аппаратной части приборов;
методы и средства проектирования программной части приборов;
- методы и средства проверки правильности проекта путем
схемотехнического и ф}Т1кционалыю-логичеекого моделирования, включая
разработку системы моделирования для рассматриваемого класса приборов;
- программные модели базисных элементов приборов.
Новизна работы
состоит в создании новых методов и средств проектирования ранее не существовавших программно-управляемых генераторов импульсов напряжения с микропроцессорами (микроЭВМ). Предложенные методы и средства проектирования указанных приборов часто представляют собой модификацию методов и средств проектирования, применявшихся для проектирования вычислительных устройств. К новым нужно отнести функциональные модели компонентов приборов, базовые методы и способы для системы моделирования электронных устройств АМЕТИСТ, метод синтеза динамических тестов.
Научная и практическая значимость результатов:
Алгоритмы проектирования программно-управляемых генераторов импульсов напряжения с микропроцессорами (микроЭВМ) упрощают проектирование новых приборов.
Постановка задачи детального моделирования генераторов импульсов напряжения и формулирование требований к системе моделирования по типу моделирования, классу объектов, цели моделирования, максимальной размерности объектов моделирования, времени реакции модели, средствам ввода описания схем, документированию и т.п. сокращает сроки проектирования и повышает его качество.
Введенная в работе модель технического устройства, названная функциональной моделью, или Ф-моделью, и ее теория позволили создать более удобную для пользователей систему смешанного моделирования с широким диапазоном сложностей компонентов. На базе Ф-моделей удалось синтезировать схемы времязависимых устройств и более экономичные микропрограммные автоматы управления, а также создать машинноориентированный метод синтеза динамических тестов.
Базовые решения новой системы моделирования (системы АМЕТИСТ), включающие способ вывода данных о состоянии модели компонента, метод децентрализованной обработки временной задержки и фильтрации непосредственно в моделях базовых элементов, способ расчета состояния модели в две фазы, метод моделирования аналоговых устройств путем взаимодействия автономных моделей аналоговых компонентов, алгоритм трассировки межсоединений, и методика создания программной библиотечной модели позволили создать более удобную для инженера-пользователя систему моделирования с увеличенным объемом показываемой информации.
Решение проблемы проверки функциональной совместимости спроектированного прибора, имеющего устройство сопряжения с каналом
общего пользователя, предложенный способ синтеза проверяющего теста по диаграмме состояний интерфейсной функции и рекомендации для проверки операционной совместимости приборов позволяют создавать совместимые друг с другом приборы.
Разработанные методы и средства проектирования внесли свой вклад в создание первых отечественных генераторов импульсов напряжения с микропроцессорами (микроЭВМ) - генераторов Г5-79, Г5-80, ГК5-83.
Разработанная система моделирования электронных устройств АМЕТИСТ оказалась полезной для моделирования не только генераторов импульсов напряжения С микропроцессорами, но и других устройств, а также активно используется в процессе обучения.
Разработанные программные модели логических элементов, разнообразных функциональных узлов комбинационного типа и узлов с памятью, дискретных аналоговых компонентов, микросхем комплекта КМ 1804 для приборов специального назначения, однокристальных микроконтроллеров семейств МК48 и МК51 и интегрированных процессоров МОТОРОЛА необходимы для моделирования блоков приборов, а также полезны как форма описания функций компонентов приборов.
Созданные диаграммы состояний Ф-моделей оборудования стандартного приборного интерфейса позволяют достаточно формально синтезировать оборудование устройств сопряжения.
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:
ХХХП - XL1T научно-технические конференции ЛЭТИ, 1979 - 1988гг.
научно-технические конференции ЛЭТИ, 1990, 1992 гг..
научно-технический семинар "Микропроцессорные системы"', 10-11 марта 1981 г., Ленинград.
- всесоюзный научно-технический семинар "Специализированные
микропроцессорные системы", Челябинск, 1981.
научно-іехническая конференция "Цифровое машинное моделирование вычислительных систем и сетей", 28 февраля-1 марта 1985, Пенза.
- всесоюзная научно-техническая конференция "Проблемы создания и
использования мини- и микроЭВМ", 1985, Вильнюс.
- региональный научно-технический семинар "Программное
обеспечение мини- и микроЭВМ", 1986, Свердловск.
- областная научно-техническая конференция по узловым проблемам
радиотехники, электроники и связи, 13-17 апреля 1987 г., Ленинград.
- День специалиста «Состояние и перспективы развития СМ ЭВМ», 20-
22 октября 1987 г., РДЭНТП, г. Киев.
- зональная научно-техническая конференция "Автоматизация
проектирования РЭА и ЭВА", 1989, Пенза.
47, 48, 49 областные научно-технические конференции "Проблемы развития радиотехники, электроники и связи", посвященные Дню Радио, апрели 1992,1993,1994 гг., Санкт-Петербург.
50-я юбилейная научно-техническая конференция, посвященная 100-летию изобретения Радио, апрель 1995 г., Санкт-Петербург.
международная конференция «Автоматизация проектирования дискретных систем - CAD DD'95», 15-17 ноября 1995 г., Минск.
научно-техническая конференция «Диагностика, информатика, метрология, экология, безопасность - 96», 25-27 июня 1996 г., Санкт-Петербург.
- вторая международная конференция «Автоматизация проектирования
дискретных систем - CAD DD'97», 12-14 ноября 1997 г., Минск.
Внедрение результатов работы
Результаты диссертационной работы использовались в ходе выполнения научно-исследовательских работ с 1977 года с предприятием КБ «Импульс», при выпуске приборов на двух предприятиях России, в учебном процессе на кафедрах Электротехнического Университета и других вузов.
Автор принимал участие в качестве ответственного исполнителя НИР в разработке первых отечественных генераторов с микроЭВМ - генераторов Г5-79, Г5-80, ГК5-83. Новизна и полезность технических решений на уровне структур приборов подтверждена 3 авторскими свидетельствами СССР (см. список публикаций).
Под руководством автора и при его активном участии разработана система моделирования электронных устройств АМЕТИСТ. Из-за быстрого прогресса в инструментальных ЭВМ система АМЕТИСТ существует на языке ФОРТРАН для ЭВМ СМ-3, СМ-4, СМ-1420, «Электроника-85» с операционной системой ОС-РВ и на языках С и C++ для ЭВМ типа ЮМ PC с операционными системами DOS и WINDOWS.
Публикации
Результаты исследований и разработок отражены в 52 опубликованных научных работах (28 научных статьях, 10 депонированных рукописях, 11 тезисах и материалах научных докладов, 3 авторских свидетельствах), а также в 4 учебных пособиях, 2 методических указаниях.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из 7 глав с выводами, введения, заключения и
списка литературы, включающего 96 наименований. Диссертация изложена на 227 страницах машинописного текста. Работа содержит 62 рисунка и 5 таблиц.
