Позиционирование свободных программ для моделирования в электронике (Иван Хахаев, OSEDUCONF-2024) — различия между версиями

Текущая версия на 22:51, 2 августа 2024

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^[1] 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.

Примечания и ссылки

↑
- CAD-программы
- Бесплатные онлайн симуляторы электрических схем для радиолюбителя и новичка
- Программы моделирования электронных устройств на уровне принципиальных схем.
- Квалтырева Е. В., Минкин А. В. Анализ программ моделирования электрических схем и цепей для использования в учебных целях. / Форум молодых учёных. 2018. № 11(27). С. 846—848.
- https://packages.debian.org/stable/electronics/

[p-1] 
CAD-программы

Бесплатные онлайн симуляторы электрических схем для радиолюбителя и новичка

Программы моделирования электронных устройств на уровне принципиальных схем.

Квалтырева Е. В., Минкин А. В. Анализ программ моделирования электрических схем и цепей для использования в учебных целях. / Форум молодых учёных. 2018. № 11(27). С. 846—848.

https://packages.debian.org/stable/electronics/

[2] CAD-программы

[3] Бесплатные онлайн симуляторы электрических схем для радиолюбителя и новичка

[4] Программы моделирования электронных устройств на уровне принципиальных схем.

[5] Квалтырева Е. В., Минкин А. В. Анализ программ моделирования электрических схем и цепей для использования в учебных целях. / Форум молодых учёных. 2018. № 11(27). С. 846—848.

[6] ttps://packages.debian.org/stable/electronics/

[1]