Методы выбора проекта. 2

СОДЕРЖАНИЕ

1. Задачи и сроки выполнения проекта                   

2. Требования к содержанию и оформлению проекта   

2.1 Общие разделы ПЗ и требования к ним   

2.2 Основная часть ПЗ   

2.3 Графическая часть проекта

3. Выбор и обоснование методов проектирования    

3.1. Выбор принципов построения   

3.2. Функционально-логическое проектирование    

3.3 Разработка принципиальной схемы

Литература 

1. ЗАДАЧИ И СРОКИ ВЫПОЛНЕНИЯ ПРОЕКТА

В задачи проекта  входят:

1.1     Выбор и обоснование принципов построения объекта проектирования и выбор методов проектирования.

1.2     Разработка функциональной схемы и анализ работы устройства на соответствие заданным условиям функционирования.

1.3     Выбор способов реализации устройства и разработка его принципиальной схемы на интегральных микросхемах (ИМС) широкого применения.

1.4     Расчеты основных технических показателей, характеризующих функционирование спроектированного устройства.

Эти задачи предопределяют объем проекта, объем и содержание пояснительной записки (ПЗ) к проекту.

Следует учесть, что проектирование ведется в  одном семестре одновременно с изучением  материала на аудиторных занятиях. Это усложняет задачу проектирования и требует от исполнителя дополнительной самостоятельной работы с литературными  источниками по учебному материалу, - еще не рассмотренному на занятиях. По этой же причине необходим самоконтроль за выполнением проекта: требуется весь объем работ разделить на этапы и составить график их выполнения. В качестве примера, такой график  приведен в таблице 1 где длительность семестра принята равной 17 рабочим неделям, а объем работ разделен на 5 этапов. 

Таблица 1.1 - Сроки  выполнения проекта

      Трудоемкость  этапов неодинакова. Удельный вес первых двух этапов составляет 25 % каждого, третий этап – 30 %, а на 4 и 5 этапы отведено по 10% от всего объема работ. Приведенные  в таблице 1 сведения рассчитаны на исполнителя со «средними творческими» способностями. Фактически же, в зависимости от степени подготовленности исполнителя, трудоемкость работ по каждому этапу окажется индивидуальной. Тем не менее, недооценка 4 этапа приводит к снижению качества проекта и, как следствие, результата его защиты.

Выдача индивидуальных заданий  производится на 1-2 неделе занятий, поэтому фактически на выбор принципов построения (1-й этап) отводится 4 недели.

Начало 7 недели – первая контрольная точка оценки готовности проекта (25%). Она же соответствует  началу II этапа и т.д.

Для защиты проекта  следует предусмотреть последние  две недели. Конкретные даты контрольных  точек (аттестации) указывает руководитель проекта.

СОДЕРЖАНИЕ...   

2. ТРЕБОВАНИЯ К СОДЕРЖАНИЮ И ОФОРМЛЕНИЮ ПРОЕКТА           

 Чтобы выполнить  проект на «хорошо» и «отлично»,  необходимо не только правильно  выбрать все технические решения, но и в достаточной  степени их обосновать  и оформить проектные документы в соответствии  с требованиями нормативных документов. К последним относятся действующие в данный период стандарты Единой системы конструкторской документации (ЕСКД), стандарт предприятия СТП СурГУ – 01 - 97 и специальные методические (руководящие) указания и материалы.           

 Основным  проектным документом является  расчетно-пояснительная записка  (ПЗ), которая заменяет технический  отчет. Требования ГОСТ 2.118-73 по объему графической части можно упрощать, ограничиваясь чертежами функциональной и принципиальной схем. При этом ПЗ должна удовлетворять требованиям стандартов ЕСКД (ГОСТ 2.105-79 или СТ СЭВ 2667-80) и стандартов СТП СурГУ–01-97. Указанную схемную документацию разрешается оформить на миллиметровой бумаге  и привести в ПЗ как приложения.           

 Таким образом,  ПЗ будет содержать текстовую  и графическую части. Сброшюрованная  и оформленная пояснительная  записка представляется к защите. Текстовая часть ПЗ оформляется  форматом А4 (№ 11) (297х210 мм) в объеме 15-20 страниц. Форматы чертежей выбираются в зависимости от объема графического материала из рядя: А3 (№12) (297х420мм); А2 (№22) (594х420 мм) или А1 (№24) (594х841мм). Если для чертежа схемы выбран формат А1, то такой чертеж следует привести отдельно от ПЗ. 

2.1 Общие разделы ПЗ и требования к ним.            

 Согласно  СТП СурГУ – 01 - 97 в пояснительную  записку к курсовому проекту  должны входить: титульный лист; основная часть (с разбивкой  по разделам); заключение; список  использованной литературы и  предложения.           

 Форма титульного  листа, общие обязательные требования  к оформлению текста ПЗ и  иллюстраций, а также общие  требования к графической части  проекта приведены в [1]           

 Учитывая  специфику дисциплины  “Цифровая схемотехника” (ЦСТ), задание на проект выдается  в форме “Первичного задания” на проектирование [2]. Оно содержит:

-  наименование темы проекта;

-  указания что надо сделать – Задание;

-  исходные данные.

Тема и исходные данные индивидуальны и содержат указанные выше сведения. «задание» состоит из перечня задач с конкретизацией (подсказкой) метода решения и вида расчетов. Например, «…выполнить анализ функционирования фазорасщепителя при помощи временных диаграмм…», «….оценить быстродействие…»

Обязательным  является расчет потребляемой мощности, а в зависимости от темы проекта расчету подлежит либо погрешность формирования сигналов с заданными временными параметрами, либо быстродействие, либо граничная частота переключения цепей и т.д. Кроме того, по некоторым темам даются краткие рекомендации по использованию функциональных модулей в интегральном исполнении и указывается литература.

Задание и исходные данные следует полностью привести в ПЗ.

«Содержание»  – перечень наименований разделов и подразделов ПЗ помещается на отдельной  странице либо перед введением, либо перед приложениями. Этот перечень приводиться в порядке разделов в записке с указанием их номеров и номера страницы, с которой начинается раздел. Причем «Задание», «Введение», «Заключение», «Литература» и «Приложения» – эти части ПЗ не нумеруются.

Во введении (1-2с.) следует указать:

-  возможные области применения объекта проектирования (ОП);

-  достоинства и положительные свойства возникающие у систем, в которых будет использован ОП;

-  чем обуславливается актуальность и практическое значение создания и внедрения микроэлектронных устройств в технические системы и , в частности, ОП.

-  особенности проектирования устройств на цифровые ИМС и в том числе ОП.

Таким образом, «Введение» должно объяснять необходимость  и полезность объекта проектирования и что следует ожидать от данного проекта.

«заключение» (1-2с.) подводит итоги проектирования: отмечается соответствие спроектированного устройства заданным условиям функционирования и  возможные пути достижения лучших технических  показателей или расширения его функций; конкретизируются условия его применения в составе систем ( на уровне требованиям к последним); даются рекомендации по применению ОП или (и) дальнейшему продолжению процесса его проектирования.

Список использованной  литературы оформляется под заголовком «Литература» в соответствии с требованиями ГОСТ 7.1-84. В нем указываются только те источники, на которые есть ссылки в тексте ПЗ, и только те, которые опубликованы в печати. Расположение источников в списке определяется порядком появления ссылок на них в тексте. По каждому источнику должны быть указаны: автор(ы); наименование (пособия, статьи); место издания; издательство; год издания; объем использованного материала (количество страниц). Для журнальных статей, а также для работ в сборниках трудов дополнительно указываются: номер тома, номер выпуска. (Для примера см. список в настоящих методических указаниях)

СОДЕРЖАНИЕ... 

2.2 Основная часть  ПЗ (объем 15….20 с.) 

В этой  части приводится обоснование всех принимаемых (выбираемых) проектных решений. Методические и технические решения излагаются, анализируются и иллюстрируются конкретными примерами, подтверждающими высказанные утверждения.

Естественно, что  рассматриваемые примеры должны иметь непосредственное отношение к теме проекта.

Материал основной части следует разбить на такие  разделы (главы):

1. Выбор принципов  построения…;

2. Разработка  функциональной схемы….;

3. Разработка  принципиальной схемы….

(Вместо многоточия поставить наименование объекта проектирования).            

 Каждая  глава в свою очередь разделяется на параграфы, параграфы на пункты. Количество таких подразделов зависит от объема рассматриваемого материала и определяется сложностью решаемой задачи. Так материал, объединяемый в одну главу, посвящается решению достаточно сложной задачи, а материал отдельных ее параграфов – решению подзадач. Таким образом, излагаемые сведения должны иметь логическую связь. И сведения различных глав должны быть логически взаимосвязаны. Это – первое основное требование к изложению материала.           

 Логическая  взаимосвязь разделов обеспечивается  последовательностью изложения  и ссылками на раннее приведенный  материал: последующее должно являться  следствием предыдущего и, соответственно, предыдущее содержать постановку задачи и предпосылки для выполнения последующего. Например, выбранные принципы построения устройства, предопределяя его структуру, должны являться основной для разработки функциональной схемы, а функциональная схема давать необходимые сведения для разработки принципиальной.

Ссылки позволяют  исключить повторения, сократить  текст и, тем самым, объем ПЗ. Все  ссылки должны быть конкретными. Поэтому  ссылочное место либо выделяется абзацем, либо имеет индивидуальный номер (метку), либо указывается страница текста.

Вторым основным требованием к изложению материала  является его доказательность : все высказанные утверждения (неочевидные) необходимо доказать, то есть подтвердить их справедливость. Для этого используют ссылки на литературные источники или, выбрав метод анализа, рассматривают условия, при которых высказанное утверждение будет справедливо. Как известно, существует два метода доказательства – «прямое» и «от противного» (косвенное). Выбирается тот метод, который приводит к наиболее короткому доказательству. Сокращение объема доказательного материала достигается применением иллюстрации (рисунков, таблиц, диаграмм) и формализованных методов анализа и синтеза.

Описанный материал – неотъемлемая часть текста ПЗ. Он должен быть минимальным  по объему не в ущерб полноте и ясности изложения. Это -  третье требование к тексту пояснительной записки. Необходимость описания возникает при:

-  обзоре литературных источников с целью выбора методов проектирования  и способов реализации функций, выполняемых устройством (в целом либо его блоками);

-  анализе процессов функционирования устройства  и его составных частей;

-  пояснении сущности выбранного метода (например, синтез) и принимаемых условий, при формулировании выводов.

Не следует описывать способы соединения элементов, если приведена соответствующая схема. Ведь это и так видно по схеме!           

 Сократить  объем описательной  части можно за счет использования формализованных методов анализа. Например, при описании логических зависимостей целесообразно воспользоваться их алгебраическими выражениями. Описывая процессы функционирования, следует использовать блок-схемы алгоритмов или временные диаграммы. Выбор вида иллюстрационного материала зависит как от метода анализа, так и от поставленной цели анализа.

Текст ПЗ пишется в сослагательном наклонении от имени первого лица множественного числа без подлежащего (не следует МЫ-кать и тем более Я-кать!) либо от имени неопределенного лица. Например, вместо «…я выбираю…» следует писать «…выберем…», «…примем…» или «необходимо выбрать…» (с объяснением причин выбора) и т.д. Распространенной стилистической ошибкой является выдача «кому-то» рекомендаций! Курсовой проект не методические указания и не учебное пособие. Исполнитель сам следует рекомендацией и указаниям, взятым из литературных источников! Поэтому необходимо писать «…по рекомендациям [ ] выбираем…” (где в квадратных скобках указывается порядковый номер литературного источника), а не так: «…в качестве буерного запоминающего модуля следует выбрать…» и т.д. И даже, при этом, не объясняют причин выбора!           

 Материал  ПЗ не должен изобиловать техническим  и тем более разговорным жаргоном: текст должен быть литературно  грамотным; используемые понятия  – общепринятыми; не относящиеся к курсу ЦСТ специальные термины пояснены.            

 Нельзя злоупотреблять  условными сокращениями наименований  функциональных узлов или элементов,  а сами сокращения должны появляться  только после  полного наименования блока, узла или элемента. 

СОДЕРЖАНИЕ...  

2.3 Графическая часть  проекта  

 К графической  части относятся рисунки, диаграммы  и схемы. Рисунок – небольшой  по объему иллюстрационный материал, помещаемый по тексту в пояснительной записке и имеющий максимально тот же формат. На рисунках показывают схемы, диаграммы и специальные условные графические обозначения (например, карты Карно булевых функций). От чертежей они отличаются произвольным масштабом изображения и не имеют «силы» проектного документа. Рисунки должны располагаться непосредственно после ссылки на них в тексте и выполняться на листах пояснительной записки. Ссылки на рисунки выполняются в соответствии с ГОСТ 2.105-95, при этом указывается слово «рисунок» и далее следует порядковый номер без знака «№». Все иллюстрации имеют сквозную нумерацию. Возможна нумерация в пределах раздела арабскими цифрами. При этом номер иллюстрации состоит из номера раздела и порядкового номера иллюстраций, разделенных точкой, например: рисунок 3.5.

Иллюстрации могут  иметь пояснительные данные (подрисуночный  текст) и наименование, которые помещают под иллюстрацией. Слово «Рисунок»  и наименование помещают после пояснительных  данных и располагают следующим  образом:

Рисунок 1 – Функциональная схема блока приема информации.     

 На одном  рисунке может быть несколько  иллюстраций, каждую из которых  помечают строчной буквой русского (либо латинского) алфавита. Тогда  ссылку в тексте на конкретную  иллюстрацию выполняют в круглых  скобках после упоминания описываемого. Например: так: «Деление частоты импульсов на 2 осуществляется Т-триггером (рисунок 2.1а), а нормирование их длительности – одновибратором (рисунок 2.1.б)».При этом на рисунке 2.1.а и рисунке 2.1.б, соответственно, показывают условное графическое обозначение (УГО) Т-триггера и одновибратора.

Условные графические  обозначения всех элементов и  ИМС следует привести в одном  масштабе. Размеры УГО нормируются  соответствующими ГОСТами.           

 Если рисунками  являются фрагменты функциональных или принципиальных схем, то к ним предъявляются такие же требования, что и к чертежам названных схем. (Исключается необходимость спецификаций и регламентированных ГОСТами основных надписей).           

 Еще одно  замечание: рисунки схем несут  информацию о количестве и номенклатуре используемых функциональных элементов (и блоков) и об их взаимосвязях. А функциональные и принципиальные схемы дополнительно позволяют уяснить назначение «элемента» и даже назначение его входов/выходов! Это можно сделать по меткам и специальным символам, проставляемым на УГО «элемента». Поэтому такую информацию не следует приводить в тексте записки. Исключение составляют многофункциональные (универсальные) логические модули, функции которых меняются в зависимости от последовательности входных сигналов или от способа подключения входов. Вот об этом и следует писать!           

 В проекте,  при анализе функционирования  устройства во времени, строятся  временные диаграммы. Они вычерчиваются как для устройства в целом, так и для какой-либо его части. На  диаграммах показывают состояние каждого «элемента», условно отображаемое значениями сигналов на его входах и выходах в любой момент времени. Функционирование рассматривается в дискретном, так называемом машинном времени, за «единицу» которого принимается некоторый интервал. Величина интервала определяет масштаб по оси абсцисс (масштаб времени) и может  выбираться произвольно, но так чтобы наглядно и соразмерно отобразить длительность сигналов и длительность переходных процессов при переходе элемента из одного состояния в другое. Если длительностью перехода можно пренебречь либо она существенно меньше длительности устойчивого состояния, то переход показывают вертикальной линией («скачком») от одного значения к другому. В противном случае переходы изображают наклонными линиями. Их наклон выбирают в зависимости от длительностей переходных процессов.           

 По линии  ординат размечают значения сигналов  либо условно показывают состояние  элемента. В логических устройствах  сигналы и состояния элементов изменяются в двоичном алфавите. Поэтому ординату размечают двумя уровнями логического нуля (лог.0) и логической единицы (лог.1) Допускается уровень лог.0 совмещать с осью абсцисс. Масштаб по ординате выбирается произвольно. Таким образом, временные диаграммы позволяют графически отобразить последовательности сигналов и изменения состояний элементов.           

 Обычно анализируется  работа схемы из нескольких  взаимно связанных функциональных  элементов: выход одного связан  со входом другого и т.д. В этом случае на диаграммах можно показать только последовательности выходных сигналов и последовательности внешних входных воздействий. Тогда временные диаграммы будут содержать столько горизонтальных линий (осей абсцисс), каково общее число внешних входов и функциональных элементов в схеме устройства.     

 Если рассматриваемый  «элемент» имеет несколько неравнозначных  выходов, то его состояние отображает  соответствующим количеством диаграмм  выходных сигналов. Например, состояние  4-разрядного двоичного счетчика импульсов показывается 4-мя диаграммами выгодных сигналов при условии, что сигналы по его входам уже отображены диаграммами  выходных воздействий предыдущих элементов.     

 Порядок взаимодействия  элементов, их влияние друг  на друга указывают вертикальными линиями со стрелками  в направлении действия. Ответвления от этих линий делают, если одно и то же действие вызывает одновременно несколько других, либо несколько действий являются причиной одного.     

 Соответствие  диаграмм анализируемой схеме  фиксируется метками у начала координат на линии абсцисс. Меткой может быть позиционное обозначение элемента в схеме или метка входа/выхода на УГО этого элемента. Если состояние элемента (функционального узла) отображается группой диаграмм, то соответствующее число линий объединяют фигурной скобкой у начала координат и помечают меткой основной функции, реализуемой элементом, и позиционным его обозначением. Таким образом, по диаграммам  можно «прочитать» не только значения сигналов и уяснить состояние элементов, но и понять смысл выполняемых преобразований и логику взаимодействия всех составных частей устройства.     

 Кроме того, временные диаграммы, построенные  с учетом длительности переходных  процессов, позволяют установить  временные соотношения для оценки  быстродействия устройства в целом и каждой его части. Для этого на диаграммах следует указать характерные моменты времени (t1, i – 0,.1,2…). В многотактных устройствах иногда требуется знать номер такта по отношению к началу цикла работы. В таком случае на диаграммах наряду с обозначениями длительностей интервалов показывают десятичными числами номер такта. И обозначения длительностей и номера тактов проставляют так, как это принято в черчении при нанесении размеров в рабочих или сборочных чертежах изделий – на размерных либо линиях-выносках [3]. Примеры вычерчивания временных диаграмм Вы найдете в [4].     

 Функциональные  схемы микроэлектронных устройств  оформляют, руководствуясь следующими  требованиями:

2.3.1. Все УГО  электрических элементов и ИМС  должны соответствовать государственным стандартам ЕСКД.

2.3.2. Исполнитель  самостоятельно, следуя рекомендациям  ГОСТ 2.743-82, может формировать УГО  ИМС и функциональных узлов  без учета существующих ИМС  промышленного выпуска.     

2.3.3. Размеры  УГО должны соответствовать указанным в стандартах. Если стандарт не содержит прямых сведений о размерах, то УГО вычерчивается в тех размерах, в которых оно приведено в стандарте.     

2.3.4.Масштаб  изображения УГО можно пропорционально  (уменьшать либо увеличивать), сохраняя коэффициент пропорциональности постоянным для всех элементов рассматриваемой схемы. Минимальный шаг базового коэффициента «а» следует выбирать равным 5 мм.

2.3.5. Все элементы  функциональной схемы должны  иметь позиционные обозначения,  формируемые по ГОСТ 2.710-81 (Обозначения букувенно-цифровые в электрических схемах). При этом в обозначениях допускается сведения о конструктивном расположении элемента не указывать.

2.3.6. УГО функциональных  модулей (шифраторов, дешифраторов, регистров, счетчиков и т.д.) должны содержать метки основных функций и метки входов/выходов. Все метки на УГО элементов цифровой техники следует составлять по ГОСТ 2.743-82.

2.3.7. Если ГОСТами  не предусмотрено УГО требуемого  элемента или модуля и его  нельзя сформировать в соответствии с рекомендациями ГОСТов, такие модули и элементы показывают как на принципиальных схемах. В некоторых случаях можно ввести новое графическое обозначение и обязательно пояснить его на свободном поле чертежа.

2.3.8. Функциональные  схемы, по формату не превышающие размеры листа пояснительной записки, следует располагать по тексту, в противном случае – в приложении к записке.

Таким образом, функциональные схемы, благодаря применению сложных УГО модулей и элементов, отсутствию информации о типономиналах  стандартных ИМС и о конструктивном расположении (по корпусам ИМС) элементов, дают ясное представление о способах реализации функций и более просты в чтении и анализе.

Принципиальные  схемы, как и функциональные, должны удовлетворять требованиям 2.3.1., 2.3.3., 2.3.4. , 2.3.6., 2.3.8 (см. выше.)

В отличие от требования 2.3.5., на принципиальных схемах позиционные обозначения цифровых элементов должны содержать сведения о конструктивной принадлежности к  ИМС стандартного вида (промышленного  выпуска). Например, микросхема К155ЛАЗ содержит 4 логических элемента 2И-НЕ, имеющих индивидуальные входы и выходы Ее можно показать одним УГО в виде прямоугольника, разделенного линиями на 4 одинаковые части (по числу элементов), либо УГО каждого элемента расположить в различных местах схемы.

В последнем  случае позиционные обозначения  необходимо сформировать с учетом принадлежности элемента к названной микросхеме. Позиционное обозначение состоит  из одной или двух букв латинского алфавита, порядкового номера ИМС  в схеме и номера элемента в составе ИМС.

Буквенный код  указывает вид ИМС (цифровая или аналоговая). Если в схеме имеются и цифровые и аналоговые ИМС, то применяют двухбуквенный код: DD – для цифровых; DA – для аналоговых. Однобуквенный код из одной буквы D следует использовать, когда в схеме нет аналоговых ИМС.

Микросхемы нумеруются десятичными числами слева-направо  и сверху-вниз чертежа или рисунка  принципиальной схемы. Номер микросхемы записывают после буквенного кода позиционного обозначения без пробела(например, D23 – двадцать третья цифровая ИМС).

Номер элемента в составе ИМС записывается через  точку после номера ИМС. Например, D23.4 будет соответствовать позиционному обозначению 4-го элемента в ИМС с позиционным обозначением D23.

В курсовом проекте  по ЦСТ устройства достаточно простые. Поэтому нет надобности учитывать в позиционных обозначениях элементов их принадлежность к тому или иному конструктивному блоку.

Так как принципиальные схемы разрабатываются только на ИМС и электрорадиоэлементах  промышленного выпуска, то все УГО элементов и ИМС промышленного выпуска имеют ограниченное число входов и выходов. Данный факт приводит к необходимости разрабатывать схемы с большим числом входов (или выходов) на ИМС с меньшим числом выводов. Тогда как на функциональной схеме можно показать УГО элемента с произвольным числом выводов.

Принципиальную  схему всего проектируемого устройства, как указано выше, следует оформить чертежом стандартного формата согласно требованиям ГОСТов к схемной  документации. Эти требования сводятся к следующему.

2.3.9. Чертеж должен  иметь основную надпись по  форме 1 по ГОСТ 2.104-68 (СТ СЭВ  140-74, СТ СЭВ 356-76). Формат ее приведен  на рисунке 1, пример заполнения  – на рисунке 2.