3 Выбор и обоснование методов проектирования

«Проектирование — процесс составления описания, необходимого для создания еще не существующего объекта, на основе первичного описания этого объекта и алгоритма его функционирования…» (ГОСТ 22487-77). Как правило, первичное описание и алгоритм задаются на естественном языке и могут иметь некорректные условия, которые ведут к неоднозначности либо невозможности «создания» объекта проектирования (ОП). Задача исполнителя — устранить некорректности и получить такое описание, следуя которому можно реализовать (построить) ОП. Поэтому проектирование, по сути, процесс перехода от первичного описания к результирующему (конечному) описанию, достаточному для построения ОП или продолжения проектирования.

Курсовой проект по цифровой схемотехнике следует рассматривать как промежуточное проектное решение, результатом которого является принципиальная схема ОП.

В зависимости от характера решаемых задач различают структурное, функционально-логическое и техническое проектирование (задачи 1.1 – 1.4 см. выше).

При структурном проектировании выбираются, конкретизируются принципы построения устройства в целом. Определяется состав, устанавливаются связи взаимодействия между отдельными частями-блоками, формулируются требования к каждому блоку и выполняемым им функциям. Это задача 1.1.

Функционально-логическое проектирование направлено на поиск и выбор способов реализации функций, возлагаемых на каждый блок. В результате определяются типы, номенклатура функциональных узлов и модулей, входящих в тот или иной блок, то есть функциональный состав блоков, образующих устройство. Этот материал соответствует задаче 1.2.

Техническое проектирование (задачи 1.3 и 1.4) представляет собой дальнейшую детализацию проектных решений: выбираются типы физических элементов, на которых будет реализовано устройство, т.е. элементная база; конкретизируются типономиналы элементов и модулей; проводятся расчеты на обеспечение заданных технических требований.

Таким образом, проектирование ведется «сверху-вниз» – от общих представлений об ОП к частной его реализации на заданной (или выбранной) элементной базе в заданных условиях функционирования.

Рассмотрим несколько подробнее методы решения указанных задач и состав разделов основной части ПЗ.

3.1 Выбор принципов построения

Принципы построения — это совокупность основополагающих технических решений, идей и методов, предопределяющих назначение, структуру и основные характеристики устройства. Выбрать принципы построения – значит сделать выбор метода, следуя которому можно достигнуть решения, а затем найти его.

Основным является функционально-блочный, функционально-узловой метод, базирующийся на разбиении (декомпозиции) сложной задачи на ряд более простых. Декомпозиция ведется по «функциональному» признаку, т.е. по тем преобразованиям — функциям, которые необходимо выполнить над исходными данными для достижения конечного результата. При этом преобразования могут быть достаточно сложными, состоять из одной или нескольких процедур, каждая из которых может быть реализована несколькими операциями.

Конечным результатом выбора принципов является структурная электрическая схема устройства. Количество блоков в схеме определяется количеством подзадач, выделенных при декомпозиции. Связи между блоками должны отображать последовательность решения подзадач и, соответственно, последовательность функциональных преобразований.

Взаимодействие проектируемого устройства с внешними отображается соответствующим числом входных и выходных связей («входов» и «выходов»). Поэтому структурная схема — это условное графическое представление, показывающее количество, номенклатуру блоков устройства, взаимосвязи между блоками и с внешними устройствами.

Обычно понятием «блок» охватывается часть устройства, реализующая одну достаточно сложную функцию либо несколько простых, объединенных одним функциональным назначением. Например, «блок ввода информации» может осуществлять: преобразование «параллельного кода в последовательный» или наоборот; временное хранение информационных сигналов или (и) их… «защиту по паритету» и т.д. Другой пример – «блок контроля входной информации»…может проверять входные сигналы по их параметрам (амплитуде, длительности, полярности и др.) и выполнять логический контроль: четности/нечетности, мажоритарности, селекции по комбинациям и т.д.

В понятие «функциональный узел», как правило, вкладывается меньшая по сравнению с «блоком» часть: например, функциональным узлом может быть схема контроля четности/нечетности входных сигналов…

Чтобы разработать структурную схему некоторого устройства, необходимо выбрать техническую идею его реализации, определить все составляющие действия (преобразования) и последовательности их выполнения. Для этой цели следует изучить по литературным источникам возможные пути (методы) решения задач, аналогичных задачам проектируемого устройства; сравнить эти пути и выбрать такой, который бы привел к наиболее простому решению.

Эти сведения приводятся в пояснительной записке в качестве обоснования выбора принципов построения ОП. Обоснованием также служит материал, показывающий необходимость того или иного преобразования (и, соответственно, блока, узла) для достижения промежуточной или конечной цели. При обосновании рассматриваются возможные варианты схем, приводится теоретический материал и делаются ссылки на источники, где есть необходимые доказательства.

Содержание первой главы целесообразно разбить на два параграфа. В первом изложить все сведения, относящиеся к выбору и обоснованию принципов построения. Во втором рассмотреть поблочно составные части ОП, сформулировать в общем виде функции каждого блока, обосновать количество и назначение входов и выходов блока, а также последовательности входных и выходных сигналов. Этот параграф закончить описанием функционирования проектируемого устройства по структурной схеме и постановкой задачи на функционально-логическое проектирование.

Так как структурная схема дает общее представление о составе устройства на уровне функциональных блоков и о их взаимодействии, а «сложность» блоков определяется исполнителем эвристически, то существует возможность «перекомпоновки» некоторых преобразований — функции по блокам. То есть за счет придания некоторому блоку большего или меньшего числа функций, можно менять как количество блоков в схеме, так и характер и количество связей между блоками. Сказанное подчеркивает тот факт, что для одного и того же устройства можно разработать несколько структурных схем, отображающих различные варианты его декомпозиции. Если сложность блока определять количеством реализуемых им функций, то необходимо стремиться к такому варианту, чтобы сложности всех блоков были примерно одинаковыми. Тогда получим оптимальную структуру проектируемого устройства.

Однако существуют варианты, когда оптимальность состава может быть обеспечена при различной сложности блоков. Это случаи, при которых некоторые преобразования нельзя разделить на более простые без того, чтобы не придти к простейшим операциям, например, логическим. Поэтому не следует предусматривать отдельный блок, если ему будет предписано реализовать простейшие логические функции либо ИЛИ, либо И, либо инверсии.

Структурные схемы должны удовлетворять требованиям ГОСТ 2.701-84 (схемы, виды и типы); источник питания на таких схемах не показывать; взаимодействия указать линиями различной толщины, вычерчивая утолщенными линии групповой связи.

Рисунки структурных схем следует помещать по тексту ПЗ после ссылки на них.