Автоматизированное топологическое проектирование узла на печатной плате - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника курсовая работа

Главная

Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Автоматизированное топологическое проектирование узла на печатной плате

Изучение алгоритмов, используемых при проектировании узлов радиоэлектронных средств на печатных платах. Построение минимального покрывающего дерева с помощью алгоритма Прима; расслоение топологии. Реализация алгоритмов решения задачи трассировки.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации
Воронежский государственный технический университет
Кафедра конструирования и производства радиоаппаратуры
Автоматизированное топологическое проектирование узла на печатной плате
1.1 Последовательный алгоритм разбиения
2. Размещение компонентов схемы на плате
2.1 Последовательный алгоритм размещения
2.2 Алгоритм размещения методом парных перестановок
2.3 Реализация алгоритмов размещения компонентов схемы на плате
3.1 Построение минимального покрывающего дерева с помощью алгоритма Прима
3.3 Волновой алгоритм проведения трассировки
3.4 Реализация алгоритмов решения задачи трассировки
Целью курсового проекта является изучение и практическое применение конкретных математических методов и алгоритмов, используемых при автоматизированном топологическом проектировании узлов РЭС на печатных платах для решения задач конструктивного синтеза и анализа проектных решений.
Курсовой проект содержит решение трех типовых задач топологического проектирования РЭС: компоновки, размещения и трассировки соединений.
Исходные данные для проектирования сформированы с помощью специальной программы генерации заданий и включают перечень соединений между выводами компонентов схемы и матрицу смежности, они приведены в приложении 1. Исходный граф схемы приведен на рисунке 1.
Компоновкой электрической схемы на конструктивно законченные части называется процесс распределения элементов низшего конструктивного уровня в высший в соответствии с выбранным критерием.
Такими критериями могут быть: минимум типов конструктивно законченных частей, плотность компоновки, минимум соединений между устройствами, простота диагностирования схем и т.д.
Наиболее распространенным критерием является критерий минимума числа внешних связей. Выполнение этого критерия обеспечивает минимизацию взаимных наводок, упрощение конструкции, повышение надежности. В связи с этим рассмотрение методов компоновки электрических схем будет проводиться в основном на примере критерия минимума числа внешних связей.
Выполнение компоновки заключается в разбиении схемы на два одинаковых по числу элементов блока с помощью последовательного алгоритма. Полученный вариант компоновки оптимизируется с помощью итерационного алгоритма методом парных перестановок.
Задача компоновки: разбить граф G(А;U), который является математической моделью электрической схемы, на части, называемые подграфами, Gi(Аi;Ui), i=1,2,…,k, чтобы выполнялись условия:
1.1 Последовательный алгоритм разбиения
Последовательный алгоритм разбиения имеет ограниченное число шагов, которое не превышает числа элементов в схеме (n), а значит, обладает высоким быстродействием, но точность результатов невелика.
Для реализации этого алгоритма необходимо по матрице смежности выбрать модуль, имеющий наибольшее число соединений с остальными. Полученная группа модулей, состоящая из выбранного модуля и соединенного с ним, помещается в первый блок (с числом вершин n1). Сравнивается число вершин в первом блоке с максимальным числом вершин в подграфе (N):если n1 = N, то формирование блока закончено; если n1 N, то из выделенной группы убирается модуль, имеющий наименьшее число связей с оставшимися. Для модулей, не вошедших в этот блок, процесс повторяется до распределения всех элементов по блокам.
Пусть в результате произвольного начального распределения сформированы Z блоков. Обозначим их через X, X, X,...,XZ. Подсчитав количество соединений между двумя блоками, например, между блоком Х и блоком Х, меняем взаимно местами по одному модулю из блока Х и из блока Х. После этого вновь считаем количество соединений между блоками. Если после перестановки количество соединений уменьшилось, то перестановка целесообразна. Если же увеличилось или осталось прежним, по перестановка не целесообразна. Можно производить перестановку каждого модуля блока Х с каждым модулем блоков Х, Х, ..., Хz, а затем каждого модуля блока Х с каждым модулем остальных блоков и т.д. В результате можно получить минимизацию соединений между блоками.
Целесообразность перестановки i - го элемента, находящегося в блоке Х, с j - м элементом, находящимся в блоке Х, определяется по формуле:
- количество внешних соединений элемента с блоком Х;
- количество внешних соединений элемента с блоком Х;
- количество внутренних соединений элемента блока Х с другими элементами этого же блока;
- количество внутренних соединений элемента блока Х с другими элементами этого же блока;
- количество общих (прямых) соединений между переставляемыми элементами и.
- первый блок; Х - множество элементов блока (обозначаются буквой i).
- второй блок; Х- множество элементов блока (обозначаются буквой j).
Если 0, то перестановка этих элементов нецелесообразна, то есть эта перестановка не ведет к уменьшению числа межблочных соединений, а ведет к их возрастанию или не изменяет их количество. Если > 0, то перестановка целесообразна. Далее, подсчитав функционалы всех пар элементов и произведя перестановку двух элементов, для которых функционал имеет максимальное положительное значение, вновь производят вычисления всех функционалов для этих двух блоков. Если окажется, что для каких-либо двух элементов функционал больше нуля, то снова производят перестановку и так несколько раз, до тех пор, пока все функционалы будут равны или меньше нуля. Следует подчеркнуть, что после каждой перестановки все функционалы вычисляются вновь. В результате таких перестановок достигается обычно локальный минимум межблочных соединений.
Модуль А3 имеет максимальное число соединений с остальными модулями. Выбирая модули, имеющие максимальное число соединений с модулем А3, получим разбиение исходной схемы на два блока. В состав первого блока входят модули А1, А2, А4, А5, А7, в состав второго блока - модули А3, А6, А8, А9, А10.
Для оптимизации числа межблочных соединений воспользуемся алгоритмом парных перестановок, рассчитав значения функционалов для каждой пары модулей по выше приведённой формуле.
радиоэлектронный печатный плата узел
Получили, что для двух пар модулей F > 0. Это пары Х5Х6 и Х5Х10, для которых F56 =4 и F510 =8. Проведем перестановку двух элементов для которых функционал имеет максимальное положительное значение, то есть поменяем местами элементы 5 и 10. Далее вновь произведем вычисления всех функционалов для этих двух блоков.
В состав первого блока входят модули А1, А2, А4, А7, А10, в состав второго блока - модули А3, А5, А6, А8, А9.
Все функционалы отрицательны, а значит, размещение модулей по блокам оптимально, перестановка не требуется. На рисунке 2 показана компоновка модулей по блокам.
Рисунок 2 ? Компоновка модулей по блокам
2. Размещение компонентов схемы на плате
С помощью последовательного алгоритма проводится размещение компонентов одного из полученных при компоновке блоков на коммутационном поле платы, а затем осуществляется оптимизация начального варианта размещения с помощью итерационного алгоритма.
Но сначала необходимо определить размер платы. Учитывая, что размер модулей 7Ч14, количество модулей - 10, коэффициент заполнения К = 0,5, рассчитаем площадь платы:
2.1 Последовательный алгоритм размещения
На первом шаге устанавливаются разъёмы в областях на краю платы, на каждом последующем шаге выбирается из схемы модуль, имеющий максимальное число соединений с уже установленными модулями. Этот модуль устанавливается в ближайшую свободную область у ранее размещенных модулей.
2.2 Алгоритм размещения методом парных перестановок
Сначала по заданной исходной схеме составляется матрица связей, в которой каждый элемент показывает количество связей между i-ым и j-ым модулями.
По заданному исходному размещению модулей в позициях составляется матрица расстояний, в которой каждый элемент показывает в условных единицах длины расстояние между i-ым и j-ым модулями.
После этого по специально выведенной формуле (2) производится вычисление значений Wij - величин, показывающих изменение суммарной длины соединений при перестановке местами i-го и j-го модулей.
Если Wij меньше или равно нулю, то перестановка считается нецелесообразной. Если же Wij больше нуля, то перестановка считается целесообразной, i-ый и j-ый модули переставляются местами и вычисление значений Wij для нового размещения модулей в позициях производится вновь и так до тех пор, пока не наступит оптимизация, т. е. все значения Wij будут отрицательными или равными нулю.
2.3 Реализация алгоритмов размещения компонентов схемы на плате
Рассмотрим блок 1, в состав которого входят модули А1, А2, А4, А7, А10. Используя последовательный алгоритм размещения, проведем размещение модулей на плате. Наименьшее число связей с другими модулями имеют модули А2. Расположим модуль А2 ближе к разъёму. Наибольшее число связей у А2 с модулем А1, поэтому располагаем его рядом с модулем А2. Рассуждая таким образом, получим схему размещения, представленную на рисунке 3.
Рисунок 3 ? Размещение компонентов первого блока на плате
Координаты модулей, входящих в состав блока №1: А1 - (20;10), А2 - (12;10), А4 - (4;30), А7 - (20;30), А10 - (12;30).
Матрица соединений модулей блока №1
Суммарная длина соединений для начального размещения рассчитывается по формуле (3):
W0=1·(8+0)+3·(16+20)+5·(0+20)+0+0+1·(8+20)+0+4·(16+0)+1·(8+0)+5·(8+0=356
По формуле (2) вычисляются значения ДWij показывающие изменение суммарной длины соединений при перестановке местами i-го и j-го модулей.
Аналогично получим значения для остальных ДWij:
ДW14 = ?36, ДW17 = ?120, ДW110 = 44, ДW24 = ?104, ДW27 = ?60, ДW210 = ?120, ДW47 = ?32, ДW410 = 16, ДW710 = ?8.
Из всех значений Wij выбираем максимальное. Им является W110 = 44, и так как оно положительное то производим перестановку местами модулей 1 и 10. Схема расположения модулей после перестановки показана на рисунке 4.
Рисунок 4 ? Размещение компонентов первого блока на плате после перестановки
Координаты модулей, входящих в состав блока №1 после перестановки: А1 - (12;30), А2 - (12;10), А4 - (4;30), А7 - (20;30), А10 - (20;10). Аналогичным образом вычислим все значения Wij уже для нового размещения модулей.
W0=1·(0+20)+3·(8+0)+5·(8+0)+0+0+1·(8+20)+0+4·(16+0)+1·(16+20)+
ДW12 = ?140, ДW14 = ?8, ДW17 = ?32, ДW110 = ?44, ДW24 = ?32,
ДW27 = ?60, ДW210 = ?24, ДW47 = ?64, ДW410 = ?40, ДW710 = ?140.
Так как все ДWij ? 0, то можно сделать вывод, что модули размещены наилучшим образом, можно переходить к следующему пункту - трассировке соединений.
Эскиз платы с элементами представлен на рисунке 5.
Рисунок 5 ? Эскиз платы с элементами.
Для полученного варианта размещения компонентов схемы на плате необходимо построить кратчайшие покрывающие деревья с помощью алгоритма Прима.
Для ликвидации пересечений проводников и уменьшения плотности соединений на плате ? провести распределение проводников по слоям.
Для двух-трех наиболее длинных проводников провести трассировку соединений с помощью волнового алгоритма.
3.1 Построение минимального покрывающего дерева с помощью алгоритма Прима
Выбирается произвольно одна из вершин графа и соединяется с ближайшей к ней. Выбирается вершина, ближайшая к одной из двух уже соединенных и соединяется с этой вершиной. На каждом шаге из оставшихся вершин выбирается ближайшая к уже соединённым и соединяется с соответствующими вершиной. Для удобства реализации этого алгоритма первоначально составляется матрица длин D, общий элемент которой dij равен расстоянию между i-й и j-й точками.
Для того чтобы реализовать схему без пересечений проводников, но с минимальным числом слоев воспользуемся методом раскраски вершин графа (определения хроматического числа графа). Хроматическое число - минимально необходимое количество цветов для того, чтобы раскрасить вершины графа так, что все соединяющиеся между собой ребрами вершины были разноцветны. Для решения задачи расслоения используется граф пересечения - граф, число вершин которого соответствует числу ребер исходного графа схемы, при этом соединены те вершины, которые соответствуют пересекающимся ребрам исходного графа. Необходимое число слоев печатной платы соответствует хроматическому числу графа пересечения.
3.3 Волновой алгоритм проведения трассировки
Предварительно поверхность печатной платы разбивается на ячейки, размер которых соответствует минимально допустимой ширине проводника. В процессе трассировки идет распространение числовой волны от источника к приёмнику. Для этого ячейки, начиная от источника, нумеруются целыми числами с шагом 1. Совокупность ячеек с одинаковым номером - фронт волны. Распространения волны заканчивается, когда очередной фронт дойдет до приемника. Соединения проводят через ячейки с последовательно убывающим номером (от преемника к источнику). Достоинством этого алгоритма является возможность огибания препятствий и построения нескольких соединений различной конфигурации, но одинаковой длины.
3.4 Реализация алгоритмов решения задачи трассировки
Выбираем модуль А4, просматриваем первую строку, находим первый минимальный элемент - длина соединения между модулями А4 и А1 равна 8 единиц, проводим это соединение, вычеркивая первый и третий столбцы. Далее алгоритм повторяется до полного покрытия пространства трассами. Минимальное покрывающее дерево, построенное с помощью алгоритма Прима для блока №5, представлено на рисунке 6. Исходный граф схемы представлен на рисунке 7, а граф пересечения для определения хроматического числа - на рисунке 8.
Рисунок 6 ? Минимальное покрывающее дерево для блока №1
На рисунке 7 видно два пересечения ребер исходного графа, с помощью этого рисунка построен граф пересечений, содержащий два ребра и десять вершин, окрашенных в два цвета. Вершина u6 окрашена в черный цвет, остальные вершины - в серый. Это значит, что печатная плата содержит только два слоя, в одном из которых находятся проводник u6, в другом слое - остальные проводники.
Для реализации волнового алгоритма проведения проводников выбраны соединения между элементами А1 и А7 (1/4 и 7/4), результаты представлены на рисунке 9, и между элементами А8 и А9 (7/2 и 10/8) - результат на рисунке 10.
Рисунок 9 ? Распространение волны для соединения модулей А4 и А10.
Рисунок 10 ? Распространение волны для соединения модулей А7 и А10.
В процессе выполнения курсового проекта решены основные задачи топологического проектирования для конкретных условий (исходных данных), изучены и применены конкретные математические методы и алгоритмы, используемые при автоматизированном топологическом проектировании узлов РЭС на печатных платах для решения задач конструктивного синтеза и анализа проектных решений.
С помощью последовательного алгоритма разбиения получили начальный вариант разбиения всех модулей схемы на два блока, воспользовавшись итерационным алгоритмом, а точнее методом парных перестановок определили оптимальный вариант компоновки модулей. Решена задача размещения модулей на плате, основным критерием которой явилась минимизация суммарных длин соединений. Проведена трассировка соединений построением минимального покрывающего дерева с помощью алгоритма Прима и волнового алгоритма трассировки (алгоритма Ли). Расслоение топологии методом определения хроматического числа графа позволило выявить минимальное число слоев платы.
1. Автоматизация проектирования РЭС: Учеб. пособ. для вузов О.В, Алексеев, А.А. Головков, И.Ю. Пивоваров и др.; Под. ред О.В.Алексеева. М: Высшая школа, 2000. 479 с.
2. Автоматизация оптимальной компоновки модулей РЭС с помощью ПЭВМ. Методические указания к лабораторной работе по дисциплине "Основы проектирования РЭС" для студентов дневного и заочного обучения специальности 200 800 "Проектирование и технология производства РЭС"/Воронеж, гос. техн. ун-т; Сост. В.С. Скоробогатов. Воронеж, 1998. - 24с.
3. Оптимизация размещения модулей на коммутационном поле методом парных перестановок. Методическое указания к лабораторной работе по дисциплине "Основы проектирования РЭС" для студентов дневного и заочного обучения специальности 200 800 "Проектирование и технология производства РЭС"/Воронеж, гос. техн. ун-т; Сост. В.С. Скоробогатов. Воронеж, 1998. - 24 с
4. Норенков И.П. Введение в автоматизированное проектирование технических устройств и систем: Учеб. пособие для втузов - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1986. - 304 с., ил.
Вывод №2--6/2, 6/2, 8/4, 9/3, 9/8, 10/9,
Вывод №8--6/7, 6/9, 6/7, 9/6, 10/1,
Разработка усилителя тока с помощью средств систем автоматизированного проектирования. Моделирование усилителя тока в Multisim. Расчет размеров, размещение радиоэлектронных компонентов на печатной плате, ее трассировка с помощью волнового алгоритма. курсовая работа [3,0 M], добавлен 21.10.2015
Решение задачи компоновки для функциональной схемы с использованием последовательного алгоритма, пошаговое описание алгоритма. Размещение элементов в принципиальной электрической схеме. Трассировка цепей питания и земли с помощью волновых алгоритмов. курсовая работа [1,1 M], добавлен 19.06.2010
Создание графического обозначения электрорадиоэлементов. Разработка посадочного места на печатной плате для монтажа элементов. Упаковка выводов конструктивных элементов радиоэлектронных средств. Автоматическая трассировка проводников печатной платы. курсовая работа [1,9 M], добавлен 27.05.2012
Описание схемы электрической принципиальной и принципа работы узла. Обоснование выбора класса точности и способа пайки печатной платы. Элементы внешней коммуникации узла. Способы обеспечения влагозащиты платы. Расчет проводников по постоянному току. курсовая работа [989,4 K], добавлен 21.03.2013
Проектирование печатной платы для электрической схемы высокочастотного генератора. Порядок создания библиотеки радиоэлектронных компонентов в системе DipTrace. Условно-графическое обозначение резистора. Порядок размещения ЭРЭ на печатной плате в системе. курсовая работа [1,1 M], добавлен 19.06.2015
Конструирование радиоэлектронной аппаратуры. Объединение электронных компонентов. Расчет элементов печатной платы. Подготовка поверхностей заготовок. Технологический процесс изготовления двухслойной печатной платы комбинированным позитивным методом. курсовая работа [57,7 K], добавлен 19.02.2013
Варианты заданий к курсовому проектированию по дисциплине "Основы компьютерного проектирования и моделирования радиоэлектронных средств" для студентов 4 курса дневного обучения специальности 210302 "Радиотехника". Порядок выполнения курсового проекта. курсовая работа [747,4 K], добавлен 03.01.2009
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .

© 2000 — 2021



Автоматизированное топологическое проектирование узла на печатной плате курсовая работа. Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника.
Реферат по теме биография В. И. Ленина (до 1910 года)
Контрольная работа по теме Химический состав продовольственных товаров
Реферат: Возрастная физиология
Чацкий Победитель Или Проигравший Сочинение Рассуждение
Реферат: «Правил по технике безопасности при производстве наблюдений и работ на сети Госкомгидромета»
Учебное пособие: Методические указания к практическим занятиям для студентов специальности 230201 Информационные системы и технологии
Реферат На Тему Эмфизема Легких
Курсовая работа: Кадрове забезпечення у сфері вищої освіти в Україні
Курсовая работа по теме Методика проведения внеклассных мероприятий по профилактике детского дорожно-транспортного травматизма
Контрольная Работа На Тему Пространственные, Временные И Массовые Масштабы Вселенной
Реферат по теме Иммуностимулирующая терапия
Сочинение Рассуждение Смысл Высказывания
Изложение: Сватовство к Этайн (Tochmarc Etaine) (ок. 1100)
Қазақ Жазуының Даму Жолы Эссе Қалалық Байқауға
Какой Я Молодой Учитель Эссе
Реферат: Гена Пройдисвет
Пушкин Сочинения В 3 Томах
Мини Сочинение Почему Нельзя Уничтожать Лес
Пожары Реферат По Обж 8 Класс
Контрольная работа по теме Транспортная деятельность при освоении ресурсов океана
Операционный аудит - Бухгалтерский учет и аудит магистерская работа
Казахстан в эпоху каменного века - История и исторические личности контрольная работа
Grammar Games - Motivation in Teaching English - Иностранные языки и языкознание дипломная работа