Позиционирование свободных программ для моделирования в электронике (Иван Хахаев, OSEDUCONF-2024)

Ссылки сюда (1) →

Короткая ссылка: 20240629A

Докладчик

Иван Хахаев

Рассматриваются программные средства со свободными лицензиями для моделирования в аналоговой и цифровой электронике в разрезе применимости в учебном процессе.

Проведён анализ актуальности и функциональных возможностей 15 пакетов для аналоговой и цифровой электроники, предложены варианты замен распространённого иностранного программного обеспечения.

Видео

on youtube

Презентация

Thesis

• аналоговая электроника цифровая электроника, моделирование, SPICE, свободные программы.

Перевод учебного процесса на отечественные дистрибутивы Linux даёт возможность использовать пакеты со свободными лицензиями для поддержки ключевых для СПбГЭТУ «ЛЭТИ» дисциплин в области электроники, радио- и электротехники, при этом нужно понять области применения и пригодность для решения задач разного уровня (учебных или профессиональных). В докладе рассматриваются средства моделирования в аналоговой и цифровой электронике в разрезе применимости в учебном процессе.

Анализ пункта «Требования к программному обеспечению» раздела «Описание информационных технологий и материально-техничёской базы» рабочих программ по дисциплинам (РПД), содержащим в названиях ключевые слова «электроника», «электротехника», «радиотехника» и «схемотехника» по состоянию на декабрь 2023 г. показал, что только в 8 РПД из общего количества 128 в данном пункте указано российское или свободное прикладное программное обеспечение (ПО).

Анализ различных источников привёл к формированию следующего списка пакетов для применения в указанных задачах.

• Caneda;
• Electric;
• Fritzing;
• gEDA;
• gLogic;
• Horizon EDA;
• KiCAD;
• KTechLab;
• Logisim (Logisim evolution);
• Oregano;
• QElectroTech;
• Qucs (Qucs-S);
• SimulIDE;
• WiRedPanda.

Из этого списка сразу следует исключить пакеты, в которых не поддерживаются функции моделирования: QElectroTech (обеспечивает только создание и редактирование принципиальных схем), Electric и Horizon EDA (реализуется только проектирование).

Данные по актуальности оставшихся пакетов и их наличию в российском открытом репозитории Sisyphus приведены в таблице:

Актуальность пакетов моделирования для электроники

Для задач моделирования аналоговых схем наиболее простым решением служит SimulIDE. Недостатками пакета являются отсутствие поддержки языка SPICE и некоторых элементов схем (трансформатора, кварцевого генератора, предохранителя).

Наиболее сложными (профессиональными) вариантами являются gEDA и KiCAD, при этом моделирование в gEDA реализовано только с использованием командной строки.

KTechLab и Qucs-S по сложности применения при моделировании аналоговых схем занимают промежуточное положение, но в KTechLab отсутствует поддержка языка SPICE.

В докладе обсуждаются и другие параметры пакетов, потенциально пригодных для моделирования аналоговых схем.

Для задач моделирования цифровых (логических) схем наиболее простым решением является WiRedPanda, однако этот пакет имеет крайне ограниченный набор компонентов и может применяться только для самых простых задач. Также достаточно простыми в использовании являются Logisim-evolution и SimulIDE, при этом Logisim-evolution позволяет получить таблицу истинности для логической схемы, но не позволяет получить диаграммы уровней сигналов, а SimulIDE — наборот.

Наиболее сложными в применении при моделировании цифровых (логических) схем опять являются gEDA и KiCAD.

При моделировании цифровых схем важной возможностью является создание подсхем (блоков), которые затем используются как элементы более сложных схем. Эта возможность реализована в Logisim-evolution, SimulIDE, gEDA и KiCAD.

В докладе обсуждаются и другие параметры пакетов, потенциально пригодных для моделирования цифровых схем.

Исходя из функциональных возможностей и контекста использования возможны следующие варианты замены зарубежного ПО пакетами свободного ПО.

• KiCAD вместо Accel EDA, Altium designer, AutoCAD Electrical, AWR Design Environment, Circuit Maker и PCAD;
• Logisim-evolution вместо Intel Quartus (в части цифрового моделирования);
• Qucs-S вместо MicroCap, симуляторов SPICE (Pspice, LTspice) и в части задач вместо NI Multisim;
• SimulIDE вместо Atmel Studio и в части задач вместо NI Multisim.