Vítejte, dnes je
úterý
03.
prosinec 2024
Odborný časopis a portál zaměřený na vývoj a výrobu elektroniky Tradiční svět systémů pro návrh a testování obvodů je rozdělen podle různých nástrojů v důsledku toho, že neexistuje společné rozhraní, jež by usnadňovalo přenos návrhu a testovacích dat. Toto oddělení v počátku analýzy návrhu a verifikace chování prototypu je příčinou mnoha chyb a nutnosti několikanásobných iterací při tvorbě prototypu.
Nástroje NI Multisim a NI LabVIEW jsou unikátní díky své schopnosti přenášet simulované i reálně naměřené hodnoty v rámci jedné integrované platformy. Díky této integraci může testovací prostředí (LabVIEW) pracovat nejen s hodnotami změřenými na prototypu, ale také s výstupy simulace. Obě sady hodnot lze v rámci jednoho prostředí snadno porovnávat nebo korelovat. S rozsáhlou sadou funkcí pro analýzu může LabVIEW dále analyzovat odchylky prototypu od očekávaných výsledků (simulace).
V tomto úvodním článku se dozvíte, jak v prostředí LabVIEW získávat hodnoty ze simulace, a to prostřednictvím sady nástrojů LabVIEW Multisim Connectivity Toolkit (beta). Tato sada pomocných VI vám umožní programově ovládat a automatizovat simulaci v prostředí Multisim. Multisim obsahuje funkce pro automatizaci, které lze volat z jakéhokoliv programovacího jazyka prostřednictvím rozhraní COM. Lab- VIEW Multisim Connectivity Toolkit je rozhraním k těmto automatizačním funkcím, prostřednictvím kterého se LabVIEW může připojit k simulaci v Multisim a provádět její vizualizaci. Uživatel tak získává lepší metodu pro validaci.
Abychom pochopili, proč je potřeba vylepšit validaci, musíme se nejprve podívat na samotný proces návrhu obvodu. Tradiční proces návrhu obvodu má tři hlavní části:
Na závěr přecházíme do iteračního návratu k prvnímu kroku, abychom návrh vylepšili na základě výsledků validace prototypu (obr. 1).
Obr. 1
Nicméně hlavním problémem v této fázi procesu návrhu je, že neexistuje žádná integrace mezi tradičními světy návrhu a testování a validace. Toto chybějící propojení má za následek větší obtíže, kterým musí technici čelit při přenosu dat a měřených hodnot. Bez přesného pohledu na srovnání parametrů navrženého zařízení a požadovaných parametrů (tj. výsledků simulace) je dost obtížné změřit úspěšnost daného návrhu. To znamená, že určitá chyba může procházet celým procesem návrhu a dostat se až do stadia výroby. Jde obrazně o dělicí zeď. Je to překážka při snaze o ucelený a návazný proces, od specifikace návrhu až po validaci prototypu (obr. 2).
Obr. 2
Pro překonání této zdi je potřebná platforma, která integruje návrh a validaci. Grafický návrh obvodu v prostředí Multisim a validaci v prostředí LabVIEW lze nyní snadno propojit, a překonat tak popisovanou potíž a zároveň zvýšit kvalitu validace.
Multisim je interaktivní prostředí pro tvorbu schémat a simulaci analogových i digitálních obvodů (obr. 3). Díky spojení funkcionality pro SPICE simulaci s grafickým rozhraním je simulace obvodů snazší a rychlejší. Multisim nabízí řadu různých analýz, sahajících od přechodové po střídavou, či od Monte Carlo po Worst-Case. Multisim spolupracuje při tvorbě fyzického prototypu obvodu s nástroji pro layout, jako jsou Ultiboard a Mentor Graphics.
Obr. 3
LabVIEW je grafický programovací jazyk, který byl navržen pro rychlý vývoj aplikací (obr. 4). Dává uživatelům možnost rychlého připojení k hardwaru a získání naměřených hodnot. Při použití LabVIEW mohou uživatelé grafickou cestou vytvářet algoritmy pro analýzu naměřených dat podle specifických potřeb dané aplikace.
Obr. 4
Díky spojení těchto dvou prostředí lze srovnávat a analyzovat reálné a simulované hodnoty, a zlepšit tak validaci fyzických obvodů. Toto spojení je realizováno prostřednictvím rozhraní Multisim Automation API.
Rozhraní Multisim Automation API umožňuje automatizaci a předávání hodnot ze simulace v prostředí Multisim, přes rozhraní typu COM. Toto API vám umožňuje programově ovládat simulaci Multisim, aniž by bylo nutné zobrazovat prostředí Multisim. Klientské aplikace, vytvořené v jakémkoliv jazyce podporujícím technologii COM, jako je například NI LabVIEW, mohou k Multisimu přes toto rozhraní přistupovat a využívat simulační jádro k získání hodnot ze simulace.
Při přípravě simulace Multisim pro automatizaci je potřeba nadefinovat určité prvky, aby bylo možné pracovat se vstupními a výstupními hodnotami v rámci schématu.
S pomocí tohoto API máte možnost nastavit hodnotu zdroje. Vstupní hodnoty představují zdroje proudu a napětí, jako například zdroj V2 na obrázku 5. Vložte ve schématu v Multisimu stejnosměrný (DC) či střídavý (AC) zdroj všude tam, kde budete chtít prostřednictvím API pro automatizaci upravovat či nastavovat vstupní hodnoty. Zdroje DC a AC představují spojení mezi simulačním jádrem Multisim a automatizačním programem.
Obr. 5
Výstupy představují sondy umístěné v uzlech, které vyžadují analýzu. Tyto sondy a jim přiřazené názvy označují pro automatizační aplikaci jednoznačně body, ve kterých probíhá měření hodnot ve schématu. Vložení a identifikace sondy:
Pro účely výstupu obvodu je obvykle vhodné jméno output.
Po přípravě obvodu je čas začít s automatizací simulace. Automatizace je založena na prvcích Active-X a umožňuje z programovacího jazyka (C, Visual Basic, Lab VIEW apod.) získávat hodnoty ze schématu či simulace v prostředí Multisim.
Na obrázku 6 vidíte malou část kódu v LabVIEW, který používá spojení s prostředím Multisim na bázi Active-X.
Obr. 6
LabVIEW Multisim Connectivity Toolkit (beta) je sada wrapper funkcí pro Multisim Automation API. Všechny funkce, jako je otevření a zavření souboru, zobrazení obvodu a spouštění či zastavování simulace, jsou uspořádány do VI. To znamená, že namísto přístupu k prvkům Active-X, lze použít standardní programátorské postupy v LabVIEW.
Pro stažení a instalaci sady Connectivity Toolkit navštivte webové stránky ni.com/labs a postupujte podle uvedených pokynů.
Když je součást nainstalována, naleznete LabVIEW Multisim Connectivity Toolkit na paletě Connectivity a je přístupná přes Functions > Connectivity > Multisim.
Pro usnadnění návrhu je mnoho funkcí v LabVIEW polymorfních. To znamená, že jeden blok má více funkcí, v závislosti na nastavení jejich tzv. „personality“. Například funkce Log File může mít jednu ze třech podob:
Automatizace simulace a toolkit Lab- VIEW Multisim Connectivity Toolkit mají tři hlavní oblasti použití:
Díky intuitivnímu připojení k hardwaru, které umožňuje LabVIEW, je snadné pracovat v jednom prostředí s hodnotami z měřicích přístrojů i ze simulace. LabVIEW lze použít k porovnávání simulovaných a reálných hodnot, a ověřit tak chování fyzického prototypu, ve srovnání s výsledky simulace (obr. 7).
Obr. 7
Jde o velice snadný a zároveň výkonný způsob pro vyhodnocení chování prototypu oproti původním specifikacím návrhu. Tento postup se nazývá integrovaný návrh a testování.
Automatizovaná simulace také znamená, že lze efektivně provádět komplexní analýzu. Například když se chcete podívat, jaký vliv na obvod bude mít změna jedné komponenty, lze komponenty v simulaci Multisim nahrazovat z programu v Lab- VIEW a vykreslovat, prohlížet si a analyzovat dopady na chování obvodu.
Stejně tak, když je potřeba provést více analýz různých obvodů a jejich výstupy zpřístupnit manažerům a odborníkům kvůli rozhodování, lze LabVIEW opět použít pro automatizaci simulace a prezentaci výsledků (obr. 8).
Obr. 8
Pro aplikace, jako je například online vyhodnocování komponent, představuje SPICE simulace mocný nástroj poskytující analýzu různých variant. Tradičně nebylo možné používat simulaci SPICE prostřednictvím webu, nicméně díky integraci s LabVIEW lze používat webové služby v LabVIEW, a zpřístupnit tak simulaci na webu. Například firma Analog Devices zpřístupnila online webovou aplikaci ADIOpAmpSim, která pracuje se simulací Multisim a dává uživatelům možnost vybírat z 300 různých operačních zesilovačů a posuzovat jejich chování.
Možnost zpřístupnění simulace prostřednictvím webu je založena na rozhraní Multisim Automation API a na nástroji LabVIEW, který spolupracuje se simulačními knihovnami a nabízí webové služby.
Více o produktech LabVIEW a Multisim je na webu National Instruments (Czech Republic), (http://czech.ni.com).
