Математическое моделирование и проектирование систем автоматики

более понятны программистам или пользователям ЭВМ, но их совершенно не понимают вычислительные машины.

Для устранения этого парадокса используются специальные программы – трансляторы (переводчики), которые переводят программы, написанные на языках высокого уровня, на язык машинных команд. Такие преобразованные программы называются исполнительными модулями. Им обычно присваивается расширение типа «ехе». Они не требуют повторного перевода в машинные коды.

Языки САПР делятся на три группы (рис. 6).

Языки САПР

Рис. 6. Структура программного обеспечения САПР

Языки программирования используются в САПР для написания пакетов программ, на которых исполняется конкретный проект. Примером таких программ могут быть пакеты языков «Паскаль», «Си», «Бэйсик».

Языки проектирования используются в САПР как для управления процессом проектирования, так и для формирования и управления потоком информации в процессе выполнения проекта. Эти языки подразделяются на языки входные и выходные, каждый из которых в свою очередь имеет свои разновидности. Структура деления языков проектирования представлена на следующей схеме (рис. 7).

Языки описания заданий состоят из директив выполнения отдельных последовательных и взаимосвязанных процедур проектирования, пользовательских меню и драйверов выходных устройств.

41

Языки

проектирования

Рис. 7. Структурная схема языков проектирования

Например, такой гетерогенный технический объект, как магнитофон (или плеер), состоит их механических узлов и электрической (электронной) части, которые проектируются на разных АРМах, но должны быть взаимоувязаны в процессе проектирования. Такую взаимоувязку результатов проектирования различных АРМов осуществляют специальные управляющие программы, или директивы.

Пользовательские меню – это особые программы, которые используются для диалога пользователя с ЭВМ. Они бывают двух типов: позиционные и динамические. Позиционные меню связаны с поименованными массивами точек координат графического экрана или с именами ячеек памяти ОЗУ. Если курсор помещается в определенную зону этого массива, то программа этого меню вызывает какие-то действия. Например, если по-

42

местить курсор на позицию «Пуск», расположенную на командной строке рабочего стола пакета «Windows», и нажать левую клавишу «мыши», то всплывает следующее меню, уточняющее варианты выхода из программы. Эти варианты выбирает пользователь.

Драйверы выходных устройств – это программы, управ-

ляющие работой этих устройств. Например: работа принтеров или плоттеров определенного типа невозможна без соответствующих программ, загружаемых в операционную систему компьютера. Эти программы и есть драйверы этих устройств.

Языки описания объектов – это программы для перевода исходных данных графического типа в соответствующие промежуточные файлы, которые хорошо понимает ЭВМ и использует их в процессе проектирования. Языки описания объектов могут быть графического и схемного типа или представлены в форме модели.

Графические языки описания объекта в свою очередь делятся на координатные, языки типовых графических элементов, языки объектов, описанных математическими уравнениями, а также языки объектов, описанных рецепторным или координатным способом.

Координатный способ графического описания объекта

заключается в том, что для каждой точки, определяющей конфигурацию этого объекта, задаются координаты, а линии, соединяющие эти точки, вычерчивают этот контур в проекте. Объект, описанный этим способом, показан на рис. 8.

Язык типовых графических элементов представляет со-

бой набор типовых графических объектов, представленных в форме подпрограмм, из которых потом конструируются узлы будущего технического объекта. Каждый из таких объектов (элементов) имеет свое символьное обозначение (или имя), по которому он извлекается из базы данных. Например, для конструирования схемы управления электроприводом необходимы такие элементы, как пусковые кнопки, релейные элементы,

43

сопротивления и емкости и т.д. Все они заранее графически запрограммированы и введены в базу исходных данных конкретного программного пакета.

D1 окр × стл : D = 20. D2 окр × стл : D = 7:

х =45/2, у = 45/2.

D3 сим × D2.

Рис. 8. Графическое описание объекта координатным способом

Задание конфигурации объекта системой математических уравнений не всегда возможно ввиду математической сложности этого описания для некоторых графических объектов. Однако этот способ наиболее приемлем для САПР.

Более совершенен рецепторный способ описания объек-

та, суть которого состоит в том, что внутри заданной координатной матрицы часть точек окрашивается в черный цвет, а остальные остаются белыми. На этом принципе работают сканеры и типографские печатные устройства.

Суть координатно-матричного метода описания графи-

ческого объекта заключается в том, что первоначально задаются некоторая матрица пронумерованных направлений и некоторый числовой ряд последовательных координат описываемого графического объекта. Сам графический объект изображается на плоскости с координатной сеткой, на которой выбирается начальная точка описания этого объекта. Суть этого метода построения объекта показана на рис. 9.

Исходная матрица имеет восемь пронумерованных направлений. Описание заданной графической фигуры, коорди-

44

наты которой определены следующей числовой последовательностью: 1, 4, 3, 8, 8, 2, 4, 4, 5, 7, 7, начинается с точки 1.

Рис. 9. Схема координатно-матричного способа описания объекта

Первоначально из исходной точки контурная линия объекта, окрашенного в серый цвет, идет по направлению 1 до пересечения с узлом координатной сетки. Затем в точке этого пересечения контурная линия идет уже по направлению 4 до следующего пересечения с очередным узлом координатной сетки, после чего снова меняет на 3 свое направление и т.д.

Схемные языки предназначены для описания принципиальных электрических и других видов схем как одной из форм графического описания объекта. Принцип описания таких схем состоит в том, что отдельным элементам этой схемы присваиваются определенные имена с последующим уточнением их параметров. Расположение этих элементов в схеме регламентируется поименованными точками подключения (узлами).

Принцип схемного описания показан на рис. 10. На этом рисунке располагается электрическая схема, в которой источники питания обозначены как Е, сопротивления как R, а емкости обозначаются через С. Окружностями обозначены узловые точки подключения элементов, которые обозначены соответствующими номерами.

45

Тi – триггер с соответствующим номером и входами R и S; Сi – сигналы на входе или выходе логических элементов; СБ1 – сигнал сброса на триггерах.

Рис. 11. Схема графического описания модели

Функционирование этой модели описывается программно следующим образом:

Т1 = С1/Т1 * СБ1;

С1 = С4 /С5;

Т2 = С2/Т2 * СБ1;

С2 = С6 * С7;

Т3 = С3/Т3 – СБ1;

С3 = ↑С8.

В этой программе приняты следующие обозначения: * – логическое умножение (функция «И»); / – логическое сложение (функция «ИЛИ»);

↑– логическое отрицание (функция «НЕ»).

Сучетом этих обозначений логический процесс этой мо-

дели для ЭВМ описан следующим образом: выходной сигнал Т1 первого триггера формируется как логическое умножение сигнала сброса СБ1 всех триггеров на результат логического сложения сигналов С1 и Т1. В свою очередь сигнал С1 – это результат логического сложения сигналов С4 и С5. Выходные

47

сигналы двух других триггеров формируются по аналогичной схеме с той лишь разницей, что сигнал С2 – это результат логического умножения сигналов С6 и С7, а сигнал С3 формируется как логическое отрицание сигнала С8.

Подобным образом могут быть описаны любые логические модели.

Таблицы СУБД (система управления базами данных) – это программы (языки) описания баз исходных данных. Данные в таких программах представлены в виде таблиц, в столбцах которых располагаются, как правило, данные одного типа. Данные в столбце называются полем. Каждое поле имеет свое название, или реквизит. Совокупность таких реквизитов (полей) в строке называют записью, которой присваивают определенный номер. Табличная форма файла языка СУБД имеет структуру, представленную в табл. 1.

Среди реквизитов (полей) файла языка СУБД выбирают один, который становится «ключевым». Ключевые реквизиты служат ориентиром для поиска нужных записей в файле, а также для расположения этих записей в нужном порядке. Процесс определенного расположения записей в файле называют их сортировкой. Сортировка может быть по возрастанию значения ключевого реквизита или по его убыванию.

48

Таким образом, ключ – это имя реквизита, по которому происходит поиск в файле или его сортировка. Ключи бывают основными и вспомогательными. Вспомогательные ключи помогают уточнить поиск среди записей с однотипными ключевыми реквизитами.

По ключевым реквизитам происходит взаимопривязка нескольких файлов, которая называется индексацией этих файлов. В индексированных файлах в процессе поиска необходимых записей курсоры (указатели) следуют по записям этих файлов с одним и тем же значением ключа несмотря на то, что они могут быть расположены в строках с различным порядковым номером.

В индексированных файлах различают основной файл (файл «отец», или «мастер») и подчиненные файлы (файлы «сыновья»). В процессе поиска курсор файла «мастер» последовательно перемещается по записям, в то время как в файлах «сыновей» этот курсор перемещается только по записям со значением ключа файла «отца».

1.12.3.3. Информационное обеспечение САПР

Информационное обеспечение САПР – это совокупность исходных данных, необходимых для выполнения проектных работ. Основу информационного обеспечения САПР составляет банк данных, в структуру которого входит база данных и средства управления этой базой (СУБД). Структура базы данных показана на рис. 12.

Базы данных САПР должны удовлетворять следующим требованиям:

1.Полнота информации.

2.Неизбыточность этой информации.

3.Достоверность информации.

4.Возможность независимого изменения (дополнения) информации в массивах.

5.Быстродействие в процессе поиска и обмена информацией.

49