Научно-образовательная программа National Instruments в Ташкентском университете информационных технологий

Из книг и лекций по теории электроники и схемотехники студенты получают базовые данные о принципах построения и функционирования устройств электроники и выбора методов анализа и синтеза электронных устройств с заданными характеристиками.

Для перехода от теоретических основ схемотехники к их практическому анализу требуется умение выполнять расчеты различных электронных устройств с организацией банка данных для автоматизации процедур выбора и обоснования оптимальных параметров.

Аналитические решения удается получать только в частных случаях, когда для описания физических процессов используются некоторые приближения. Тогда на помощь приходят численные методы решения на ЭВМ. Умение моделировать, исследовать, анализировать и делает выпускника профессионалом. Важную роль в развитии этих навыков играют средства визуализации моделирования. Внедрение их в практику проведения лабораторных работ позволяет перейти от изучения теоретических основ схемотехники к их практическому анализу.

Корпорация National Instruments (NI), появившись в 1986 году, в настоящее время является мировым лидером в области создания промышленных программных средств по разработке систем моделирования, управления и тестирования.

Основными направлениями деятельности корпорации NI являются внедрение инновационных информационных технологий в образовательные, научные и инженерные приложения, использование современных интерфейсных средств и компьютерного измерительного оборудования.

Корпорация NI в течение долгого времени поддерживает и развивает партнерские отношения с ведущими мировыми инженерными школами и университетами, помогая внедрять самые современные технологии в образовательный процесс. Около 8000 учебных заведений во всем мире используют технологии NI для подготовки высококвалифицированных специалистов в самых различных технических дисциплинах, начиная от микроэлектроники и заканчивая робототехникой.

Весь спектр программного обеспечения предлагается вузам со скидками до 75%. Программные пакеты удовлетворяют запросам различных категорий учебных заведений — от школ и колледжей до вузов.

tuit_1_06_2010_1

tuit_1_06_2010

tuit_1_06_2010_2

NI создало и поставляет готовые лаборатории в области:
• электроники и микроэлектроники;
• телекоммуникации и связи;
• электротехники и энергетики;
• автоматики и АСУ ТП;
• машиностроения;
• аэрокосмической техники;
• автодела;
• вычислительной техники;
• механотроники и робототехники;
• экологии.

tuit_1_06_2010_3

Узбекское агентство связи и информатизации приобрело для кафедры электроники Ташкентского университета информационных технологий 15 учебно-научных платформ NI ELVIS (Educational Laboratory Virtual Instrumentation Suite — учебная лабораторная станция виртуальных приборов) для лабораторного практикума, дистанционного обучения, научных исследований и экспериментов в области аналоговой и цифровой электроники.

tuit_1_06_2010_4

tuit_1_06_2010_5

Единая платформа NI ELVIS является базовым решением для разработки и создания лабораторных практикумов и учебных лабораторий в вузах и колледжах.

Программно-аппаратная среда NI ELVIS включает в себя аппаратную составляющую для построения схем и выполнения измерений и программное обеспечение NI ELVIS. Программное обеспечение NI ELVIS было создано в графической среде программирования LabView и состоит из двух компонентов: интерактивных панелей управления (soft front panel — SFP) и интерфейсов прикладного программирования в LabView (LabView APIs), которые представляют собой виртуальные приборы LabView для программирования функций и управления настольной рабочей станцией NI ELVIS.

Студенты проектируют многочисленные аналоговые и цифровые схемы, моделируют прототипы систем и устройств в среде визуального моделирования электронных схем и компонентов MultiSim 9, затем собирают прототип на реальной платформе и тестируют при помощи приборов, входящих в состав NI ELVIS. Тем самым они получают уникальную возможность пройти весь цикл создания изделия на единой платформе — от моделирования до тестирования реального прототипа устройства.

В состав платформы входят:
• макетная плата (2800 гнезд), служащая для самостоятельной разработки студентами или преподавателями электрических цепей и устройств, монтажа датчиков и управляемых систем. Макетная плата позволяет подавать на созданные схемы сигналы с устройства сбора данных;
• лабораторная станция NI ELVIS с многофункциональной картой сбора данных PCI, служащая для согласования сигналов, подаваемых с многофункционального устройства сбора данных на схемы, разработанные на макетной плате, а также содержащая в себе ряд дополнительных устройств, управляемых вручную:
• регулируемые источники постоянного напряжения в диапазоне ±12В;
• стабилизированные источники постоянного напряжения ±5В, ±15В;
• встроенный генератор стандартных сигналов: синус, прямоугольник, треугольник;
• BNC-разъемы для мультиметра и осциллографа;
• схемы защиты от короткого замыкания и высокого напряжения;
• программное обеспечение, реализующее функции цифрового мультиметра, осциллографа, функционального генератора, генератора сигналов произвольной формы, перенастраиваемого источника постоянного напряжения, анализатора АЧХ и ФЧХ цепей, анализатора спектра, анализатора ВАХ, устройства чтения и записи цифровых сигналов;
• набор драйверов и примеров для LabView;
• программное обеспечение MultiSim10 или LabView FDS (опция);
• персональный компьютер и монитор.

MultiSim — это система виртуального схемотехнического моделирования. Работа в реальной лаборатории требует больших временных затрат на подготовку эксперимента.

tuit_1_06_2010_6

MultiSim — электронная лаборатория — позволяет сделать изучение электрических схем более доступным. Ошибки экспериментатора в реальной лаборатории могут привести к большим материальным потерям, в то время как, работая в MultiSim, студент застрахован от случайного поражения током, а приборы не выйдут из строя из-за неправильно собранной схемы. Кроме того, быстрее выявляются ошибки, а студент имеет больше возможностей для проявления творческого подхода.

В MultiSim возможен анализ схем на постоянном (определение рабочей точки) и переменном токах. Анализ на переменном токе использует результаты анализа на постоянном токе для получения линеаризованных моделей нелинейных компонентов. Поведение электронных схем на переменном токе можно изучать как во временной, так и в частотной областях. Возможно изучение переходных процессов, анализ цифро-аналоговых и цифровых схем.

Для создания электронных схем имеется набор библиотек с широко распространенными электронными компонентами. Но есть и возможность подключения новых библиотек.

Имеется широкий набор приборов (в виде максимально приближенном к реальному) для отслеживания электрического состояния электронных схем, возможность задавать входные воздействия, строить графики.

Программа MultiSim совместима с известной, фактически задающей стандарт описания электронных схем, программой P-SPICE (для среды UNIX), т.е. предоставляет возможность экспорта и импорта схем и результатов измерений в различные ее версии.

В библиотеки компонентов программы входят пассивные элементы, транзисторы, управляемые источники, управляемые ключи, гибридные элементы, индикаторы, логические элементы, триггерные устройства, цифровые и аналоговые элементы, специальные комбинационные и последовательные схемы. Активные элементы могут быть представлены моделями как идеальных, так и реальных элементов. Возможно также создание своих моделей элементов и добавление их в библиотеки элементов.

В программе используется большой набор приборов для проведения измерений: амперметр, вольтметр, осциллограф, мультиметр, Боде-плоттер (графопостроитель частотных характеристик схем), функциональный генератор, генератор слов, логический анализатор и логический преобразователь. MultiSim позволяет строить схемы различной степени сложности при помощи следующих операций:
• выбор элементов и приборов из библиотек;
• перемещение элементов и схем в любое место рабочего поля;
• поворот элементов и групп элементов на углы, кратные 90°;
• копирование, вставка или удаление элементов, фрагментов схем и целых схем;
• изменение цвета проводников;
• выделение цветом контуров схем для более удобного восприятия;
• одновременное подключение нескольких измерительных приборов;
• присваивание элементу условного обозначения;
• изменение параметров элементов в широком диапазоне.

Все операции производятся при помощи мыши и клавиатуры.
Путем настройки приборов можно:
• изменять шкалу приборов в зависимости от диапазона измерений;
• задавать режим работы прибора;
• задавать вид входных воздействий на схему.
Графические возможности программы позволяют:
• одновременно наблюдать несколько кривых на графике;
• отображать кривые на графиках различными цветами;
• измерять координаты точек на графике;
• импортировать данные в графический редактор.

В библиотеки элементов программы MultiSim входят аналоговые, цифровые и цифро-аналоговые компоненты, относящиеся к следующим основным группам:
• базовые компоненты;
• источники;
• линейные компоненты;
• ключи;
• нелинейные компоненты;
• индикаторы;
• логические компоненты;
• узлы комбинационного типа;
• узлы последовательного типа;
• гибридные компоненты.

MultiSim позволяет использовать результаты, полученные в программах P-SPICE, PCB, а также передавать результаты на MultiSim в эти программы. Можно вставить схему или ее фрагмент в текстовый редактор и напечатать в нем пояснения или замечания по работе схемы. Для операций с компонентами на общем поле MultiSim выделены две области: панель компонентов и поле компонентов. Панель компонентов состоит из пиктограмм полей компонентов, поле компонентов — из условных изображений компонентов.

tuit_1_06_2010_7

Программная среда UltiBoard позволяет перенести схемотехническую модель проекта из MultiSim 10 на макет печатной платы и произвести необходимую разводку.

tuit_1_06_2010_8

Вышеперечисленные лицензионные программно-аппаратные среды корпорации National Instruments (MultiSim, LabView, UltiBoard, NI ELVIS) полностью соответствуют стандартам IEEE.

Orphus system