Разработка подсистемы САПР цифровых фильтров

Структура печатной платы цифрового фильтра, назначение и функции её программной и аппаратной составляющих. Расчёт экономической выгоды разработки подсистемы САПР. Составление сметы спецификаций, расчет предпроизводственных затрат и годовых издержек.

Рубрика Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 11.01.2013
Размер файла 88,6 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В данной курсовой работе проводится технико-экономическое обоснование разработки подсистемы САПР цифровых фильтров, устройств, имеющих важное значение для работы любых радиопередающих устройств и систем связи. Недостаточно точно соптимизированная центральная характеристика цифрового фильтра (ЦФ) - импульсная характеристика (ИХ) приводит к большой разрядности микроконтроллеров (МК), аналогово-цифровых преобразователей (АЦП) и цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП), и, соответственно, к высокой стоимости аппаратной реализации цифровых фильтров в виде печатных плат. Это характерно для современных систем, проектирующих цифровые фильтры, без учёта их аппаратной реализации, что всегда имеет место быть при создании радиоаппаратуры. Учёт этого факта, а также устойчивый и достаточно точный алгоритм оптимизации ИХ ЦФ позволит добиться существенной экономической выгоды.

1. Анализ предметной области

ЦФ состоит из двух частей - программной и аппаратной. Программная часть представляет из себя ИХ ЦФ, данные, хранящиеся в памяти данных МК, и программную модель реализации цифровой фильтрации, реализуемой в виде программы в памяти программ МК. Аппаратно ЦФ выполняется в виде печатной платы (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 - Структура печатной платы цифрового фильтра

На данном уровне существенное значение, влияющее на стоимость и производительность работы устройства, имеет разрядность обрабатываемых данных, схема реализации фильтра, частота дискретизации обрабатываемого сигнала, характеристики используемого цифрового сигнального процессора такие, как минимальная тактовая частота, достаточная для того, чтобы обрабатывать сигнал в режиме реального времени; энергопотребление процессора и, соответственно, необходимое для его устойчивой работы питание от электрической сети.

Таким образом, проектируемая подсистема САПР цифровых фильтров производит расчёт следующих характеристик:

Программная составляющая печатной платы:

- схема реализации цифрового фильтра (программная модель фильтрации (1.2), реализованная в памяти программ МК);

- ИХ цифрового фильтра (данные, хранящиеся в памяти данных МК);

Аппаратная составляющая печатной платы:

МК:

- тактовая частота;

- разрядность;

- объём ПЗУ;

- рабочее напряжение ядра;

- рабочая температура;

- тип корпуса.

АЦП:

- разрядность;

- напряжение питания;

- тип корпуса.

ЦАП:

- разрядность;

- напряжение питания;

- тип корпуса.

Блок питания:

- напряжение.

Входными данными для подсистемы САПР цифровых фильтров являются:

- граф цифрового фильтра (соединённые последовательно и/или параллельно звенья);

- тактовая частота оцифрованного входного сигнала;

Данные для каждого звена цифрового фильтра:

- длина ИХ цифрового фильтра;

- количество полос пропускания амплитудно-частотной характеристики (АЧХ);

- нижние и верхние частоты подавления и пропускания каждой полосы АЧХ;

- отношение неравномерностей в полосе подавления и пропускания АЧХ.

В современных системах проектирования ЦФ (например, Matlab Filter Design) ИХ проектируется на основе оптимального алгоритма Паркса-Маклеллана, позволяющего спроектировать достаточно хороший ЦФ. Однако в такой системе возможен только синтез простых фильтров нижних или верхних частот, для многополосовых фильтров применяемый метод даёт «всплески» в переходных полосах АЧХ, а соответственно, делают эти фильтры не применимыми в реальности. В [1] предлагают изменять структуру входных данных для проектирования программной составляющей ЦФ, что означает увеличение длины ИХ ЦФ, а, соответственно, и тактовой частоты МК, что зачастую делает такое проектирование экономически невыгодным. Разработанная подсистема САПР цифровых фильтров за счёт модифицированного метода Паркса-Маклеллана проектировать ЦФ с устойчивой АЧХ при меньших значениях длины ИХ ЦФ, что позволит добиться экономической выгоды при синтезе тех ЦФ, который на других системах принципиально невозможен.

2. Технико-экономическое обоснование

Для создания подсистемы САПР необходимы некоторые материальные затраты. Это в первую очередь программное обеспечение, на котором она будет разрабатываться. Также необходимо нанять рабочих для обслуживания комплекса программных средств, разработки подсистемы и создания в дальнейшем проектов на созданном прикладном программном обеспечении.

Таким образом, для разработки подсистемы САПР необходимы начальные капиталовложения, которые позволят приобрести комплекс технических средств и нанять необходимых рабочих для его обслуживания и в отдел разработки. Для того чтобы показать эффективность необходимых капитальных вложений, рассчитаем экономическую выгоду разработки описываемой подсистемы САПР.

2.1 Расчет единовременных затрат

Для того чтобы определить размер начальных капиталовложений, необходимо вычислить единовременные затраты на производство. Они в первую очередь включают в себя затраты на средства вычислительной техники и программное обеспечение, строительство и вспомогательное оборудование.

Величина единовременных затрат определяется по формуле:

Kt = (Kо + Кв + Кс)*1.133

-где Ко - капитальные затраты на основные средства вычислительной техники, руб.;

Кв - капитальные затраты на вспомогательное оборудование, лабораторные приборы, дорогостоящий инвентарь, руб.;

Кс - капитальные затраты на строительные работы, связанные с внедрением САПР, руб. Капитальные затраты на основные средства и программное обеспечение определяются из следующей сметы спецификаций:

Таблица 1.1. Смета спецификаций

№ п/п

Наименование технических средств

Количество

Цена (без НДС)

Стоимость

1

2

3

4

5

1

Компьютер Рет ДК Core i3-2120 3.3

2

13974

27948

2

Сервер Dual S1356 HP DL380eG8 Xeon E5-2403 1.8 Quad Core

1

64670

64670

3

Монитор ЖК 19'' ASUS VS 198D

3

4355

13065

4

Клавиатура А4 Tech KL-5U

3

270

810

5

Мышь оптическая A4 Tech OP-530NU

3

174

522

6

ИБП Бастион СКАТ 1200А

3

850

2550

7

МФУ лазерное Brother DCP-7057R

1

5599

5599

8

ОС Microsoft Windows 7 Ultimate

2

9129

18258

9

Visual Studio 2012

1

16469

16469

10

Matlab 2012

1

58445

58445

Итого:

208336

Помимо этого используются также свободно распространяемые программы Free BSD, MySQL для организации работы БД разрабатываемой подсистемы САПР цифровых фильтров.

Таким образом, получаем следующие расчёты:

KO =27948+64670+13065+810+522+2550+5599+18258 + 16469+58445 = 208336 руб

KВ = 0.1*208336 = 20833,6 руб

Kt = 259649,16 руб

цифровой фильтр плата затрата

2.2 Расчет стоимости одного машино-часа работы комплекса технических средств САПР

Для дальнейших расчетов необходимо определить стоимость одного машино-часа работы комплекса технических средств САПР.

Стоимость часа машинного времени рассчитывается по формуле :

где Зэкс - сумма затрат по эксплуатации средств вычислительной техники, руб.;

Тэф - эффективный фонд времени работы оборудования (за год), руб.

Сумма затрат на эксплуатацию средств вычислительной техники определяется по формуле:

Зэкс = Зм + Зэ + Зз + За + Зрто + Зпр(1)

где Зм - затраты на основные и вспомогательные материалы (в размере 1% от стоимости оборудования), руб;

За - сумма годовых амортизационных отчислений, руб.;

Зэ - затраты на электроэнергию, руб.;

Зз - затраты на зарплату работников (с учетом отчислений на социальные нужды в размере 38,5%), руб.;

Зрто - затраты на ремонт и техническое обслуживание оборудования, руб.

Зпр - прочие расходы, руб.

Затраты на основные и вспомогательные материалы:

Зм = 0.01*Ко = 2083,36 руб.

Затраты на ремонт и техническое обслуживание оборудования:

Зрто = 0.16*Ко = 36667,14 руб.

Затраты на электроэнергию определяются на основе потребляемой мощности оборудования. Цена на 1кВ энергии на данный момент для юридических лиц равна 3,8 рублей.

Затраты на электроэнергию:

Зэ = = 16562,13 руб.

Для обслуживания комплекса технических средств САПР и настройки программного обеспечения необходимы два работника.

Инженер-техник - обслуживает комплекс оборудования и устраняет неполадки в случае необходимости. В его обязанности входит поддержание технических средств в состоянии готовности, а также периодическое его тестирование. Инженер I категории настраивает и обновляет программное обеспечение, отвечает за работоспособность и полную готовность программных средств, помогает оператору в случае возникновения вопроса или ряда вопросов об использовании разрабатываемой подсистемы САПР. В случае необходимости он также может переустанавливать ПО.

Расписание данных рабочих находится в таблице 1.2, в которой они обозначены 4 и 5 номером соответственно. Перечисленные работники заняты в отделе разработки САПР, представленном в количестве шести человек.

Основываясь на данных из таблицы, можно вычислить заработную плату работников (с учетом отчислений в размере 38,5% от суммы оклада).

Затраты на заработную плату работников:

Зз = 12 * Ксс * ?(Омесi * Чi) = 390780 руб.

Срок амортизации примем равным 5 годам, таким образом, нормы амортизации основных и вспомогательных вычислительных средств будут равны 20%.

Сумма годовых амортизационных отчислений:

Сумма прочих расходов определяется в зависимости от единовременных капиталовложений. Примем размер капиталовложений равным сумме единовременных затрат на производство:

Квл = 259649,16 руб.

Зпр = 0.01*Квл = 2596,49 руб.

Подставляя полученные значения в формулу (1), получаем сумму затрат на эксплуатацию средств вычислительной техники в размере:

Зэкс = 494523 руб.

И цену одного машино-часа работы оборудования:

Цмч = 284,05 руб.

2.3 Расчет предпроизводственных затрат

Расчет предпроизводственных затрат производится по формуле:

(2)

где Тпсi - трудоемкость этапа разработки программных средств САПР с участием i-го специалиста, человеко-дни;

Цмч - цена одного машино-часа работы комплекса вычислительной техники, руб.;

Омес i - средний месячный оклад i-го специалиста, принимающего участие в разработке САПР, руб;

Tмаш - трудоемкость работ с использованием комплекса технических средств, дни;

25,4 - среднее число рабочих дней в месяце, дни.

Для разработки описываемой подсистемы САПР цифровых фильтров требуется 4 работника. Инженер-конструктор I категории формулирует постановку задачи и осуществляет предпроектные исследования, разрабатывает математическое обеспечение (МО), информационное обеспечение (ИО), методологическое обеспечение (МеО), разрабатывает струтурную схему САПР и схему работы САПР, а также осуществляет тестирование САПР, его внедрение и опытно-промышленную эксплуатацию. Он участвует только в указанных этапах разработки описываемой подсистемы САПР.

Также необходимы два инженера-программиста для программирования всех подсистем, составляющих подсистему САПР цифровых фильтров; инженер II категории для осуществления сборки и отладки САПР и ведущий инженер-руководитель группы для координирования работы и контроля над процессом разработки (он участвует во всех этапах разработки подсистемы САПР).

Таблица 1.3. Штатное расписание отдела разработки САПР

№ п/п

Профессия

Численность, чел

Оклад, руб.

1

2

3

4

1

Ведущий инженер-руководитель группы

1

22000

2

Инженер-конструктор I категории

1

14150

2

Инженер I категории

2

13970

3

Инженер II категории

1

10280

4

Инженер-техник

1

11080

Оценка трудоемкости этапов проектирования, а также трудоемкости операций, выполняемых с использованием комплекса технических средств, определяется в соответствии со следующей таблицей, отражающей основные этапы проектирования:

Таблица 1.4. Технологическая карта разработки САПР

№п/п

Этап проектирования

Норма времени, час

Норма времени, дни

1

2

3

4

1

Постановка задачи и предпроектные исследования

16

2

2

Разработка МО

28

3,5

3

Разработка ИО

8

1

4

Разработка МеО

4

0,5

5

Разработка структурной схемы САПР

8

1

6

Разработка схемы работы САПР

8

1

7

Проектирование информационной подсистемы

32

4

8

Проектирование подсистемы ввода данных звена ИХ ЦФ

16

2

9

Проектирование подсистемы оптимизации ИХ ЦФ

48

6

10

Проектирование подсистемы компоновки ЦФ

24

3

11

Проектирование подсистемы тестирования ЦФ

24

3

12

Проектирование подсистемы расчёта параметров печатной платы

24

3

13

Проектирование подсистемы вывода

16

2

14

Сборка САПР

24

3

15

Отладка САПР

48

6

16

Тестирование САПР

64

8

17

Внедрение и опытно-промышленная эксплуатация САПР

48

6

Сумма

440

55

Произведя расчеты, получаем:

Кпр = 124448,45 руб.

2.4 Расчет годовых издержек на разработку проекта

Годовые текущие издержки вычисляются по формуле:

Проектный отдел разработки САПР состоит из 3 работников. Инженер-конструктор I категории исследует необходимое оборудование и составляет техническое задание на проект, а также вводит всю необходимую информацию. Инженер I категории - администратор разрабатываемой подсистемы, также разрабатывает обновления к описываемой подсистеме САПР. Руководитель проектного отдела координирует работы инженера-конструктора I категории и инженера I категории.

Таблица 1.5. Штатное расписание проектного отдела

Профессия

Численность, чел

Оклад, руб

1

2

3

Руководитель проектного отдела

1

17070

Инженер I категории

1

13970

Инженер-конструктор I категории

1

14150

Для расчета текущих годовых издержек необходимо составить технологическую карту одного проекта.

Таблица 1.6. Примерная технологическая карта проектирования

№ п/п

Этап проектирования

Норма времени, час

Норма времени, дни

1

2

3

4

1

Составление технического задания

8

1

2

Создание проекта

16

2

3

Формирование и оформление документации

8

1

Сумма

32

4

Произведя расчеты, получаем:

Иг = 581570,28 руб

2.5 Стоимость реализованных проектов

Стоимость выполненных проектов будет определяться по формуле:

В = N*Ц

Цену за проект возьмем равной 40000 рублей, исходя из сложившейся средней цены на рынке.

Спрогнозировав приблизительное число проектов в год, получаем таблицу стоимости проекта в зависимости от года эксплуатации САПР.

Таблица 1.7. Стоимость проектов

Год

0

1

2

3

4

Стоимость проектов

0

800000

800000

800000

80000

N

0

20

20

20

20

На основе всех рассчитанных данных, получаем сводную таблицу показателей эффективности. Она показывает, насколько выгодной получится разработка данной подсистемы САПР, а также какие по величине капиталовложения необходимо сделать в проект и какую выгоду они принесут через 5 лет работы.

Таблица 1.8. Сводная таблица показателей эффективности

Показатель

Горизонт расчета, годы

0

1

2

3

4

Итого

Коэффициент дисконтирования

1

0,87

0,76

0,66

0,57

-

Притоки

Стоимость реализованных проектов

0

800000

800000

800000

800000

2550000

Амортизация

0

64912

64912

64912

64912

259649

Притоки

0

864912

864912

864912

864912

3459649

Дисконтированные притоки

0

752473

653873

569112

494729

2470189

Оттоки

Единовременные капитальные вложения

259649

0

0

0

0

259649

Производственные капитальные вложения

124448

0

0

0

0

124448

Годовые издержки

0

581570

581570

581570

581570

2326281

Оттоки

384097

581570

581570

581570

581570

2710378

Дисконтированные оттоки

384097

505966

439667

382673

332658

2045062

Показатели эффективности

Сальдо денежных притоков

-384098

283342

283342

283342

283342

749270

Дисконтированное сальдо притоков

-384098

246508

214207

186439

162072

425127

Чистая текущая стоимость

-384098

630606

598305

570537

546170

1961520

Индекс доходности

1,21

Внутренняя норма доходности

69,95%

Заключение

Разработанная подсистема САПР цифровых фильтров в процессе оптимизации ИХ ЦФ использует устойчивый и одновременно достаточно точный модифицированный алгоритм Паркса-Маклеллана, позволяющий синтезировать ЦФ при малых разрядностях данных, в случаях, когда другие системы не способны синтезировать такие фильтры. Это позволяет существенно сократить стоимость цифровых сигнальных процессоров (МК), цена которых в зависимости от разрядности отличается в 2-3 раза. Таким образом, подсистема САПР цифровых фильтров позволяет добиться существенной экономической выгоды при проектировании печатных плат цифровых фильтров.

Список используемых источников

1. Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов/ Пер. с англ.; Под ред. Ю.И. Александрова. - М.: Мир, 1978.

2. Айфичер Э.С., Джервис Б.У. Цифровая обработка сигналов: практический подход, 2-е издание.: Пер. с англ.- М.: Издательский дом «Вильямс», 2004.

3. Оппенгейм А.В., Шафер Р.В. Цифровая обработка сигналов: Пер. с англ. /Под ред. С.Я. Шаца. - М.:Связь,1979.

4. Технико-экономическое обоснование сложных программных средств. / В.В. Липаев - М: Синтег, 2004 г. - 284 с.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Моделирование функционального узла устройства в САПР Multisim. Создание библиотеки элементов изделия для САПР P-CAD с соблюдением российских ГОСТ на элементную базу. Разработка печатной платы в САПР P-CAD, конструкторской документации и чертежа.

    контрольная работа [1,9 M], добавлен 22.06.2012

  • Понятие и внутренняя структура, достоинства, недостатки и области применения цифровых фильтров, классификация и разновидности. Требования задания к частотным характеристикам проектируемого фильтра. Расчет рекурсивного и нерекурсивного цифрового фильтра.

    курсовая работа [2,1 M], добавлен 16.01.2014

  • Изучение сущности цифровой фильтрации - выделения в определенном частотном диапазоне с помощью цифровых методов полезного сигнала на фоне мешающих помех. Особенности КИХ-фильтров. Расчет цифрового фильтра. Моделирование работы цифрового фильтра в MatLab.

    курсовая работа [2,0 M], добавлен 21.09.2010

  • Многовариантный анализ в САПР. Методы анализа чувствительности системы управления при их использовании в САПР, особенности методов статистического анализа. Функции CAЕ-систем и общая характеристика языка SPICE. Пример использования PSICE в OrCAD 9.2.

    контрольная работа [2,3 M], добавлен 27.09.2014

  • Составление топологии печатной платы, а также разводка токоведущих дорожек в САПР P-CAD. Специфика выбора элементной базы, транзисторов и диодов синтезатора. Разработка конструкции, подбор материалов. Расчет объемно-компоновочных характеристик устройства.

    курсовая работа [1007,7 K], добавлен 12.11.2009

  • Построение схемы цифрового устройства и разработка программы, обеспечивающей работу устройства как цифрового сглаживающего фильтра. Отладка программы. Оценка быстродействия устройства. Преимущества и недостатки цифровых фильтров перед аналоговыми.

    курсовая работа [526,8 K], добавлен 03.12.2010

  • Наименование, применения, цель создания информационно-справочной подсистем САПР. Логические элементы: И, ИЛИ, НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ. Информационно-справочная подсистема. Семантическое моделирование данных. Основные понятия модели Entity-Relationship.

    дипломная работа [4,8 M], добавлен 06.06.2010

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.