Obr. .1 Úvodní stránka
Rozšíření počítačů mělo za následek rozvoj softwarových prostředků. Problematika návrhu filtrů nezůstala programátory opomenuta. Na katedře teorie obvodů ČVUT v Praze fakultě elektrotechnické byla pro zjednodušení práce s matematickým programem MAPLE vytvořena knihovna procedur, nazvaná SYNTFIL [3], což je zkratka ze slov SYNtéza FILtrů. Pro snazší aplikaci do výuky byly vytvořeny dynamické www stránky [3].
Jako každý produkt prošel i SYNTFIL vývojem. Nejprve se jednalo o využití procedur knihovny SYNTFIL, která obsahuje vše potřebné pro návrh analogových filtrů v programu MAPLE. Nutností však byla znalost příkazů a syntaxe v tomto programu. Ne každý ze studentů se s tímto programem předtím setkal. Bylo tedy třeba vynaložit další drahocenný čas na úvodní proškolení studentů, aby byli všichni schopni program účelně využívat. Hledalo se tedy jiné řešení. Výhodnou možností bylo použití dynamických www stránek sloužících pro přístup k funkcím knihovny. Dynamické stránky také umožňují vkládání komentářů, které usnadňují orientaci při návrhu.
Došlo tak ke kombinaci výhod webových stránek, mezi něž lze počítat hlavně jejich přístupnost odkudkoliv a využití již stávajícího programového vybavení. Velkou výhodou tohoto uspořádání je, že uživatel na svém počítači nemusí mít nainstalován program MAPLE, ba ani knihovnu samotnou. Jako nevýhoda se jeví nutnost připojení na Internet, případně na vnitřní počítačovou síť. Tento handicap se postupem času zmenšuje, protože se stále zvyšuje počet lidí vlastnících internetové připojení.
Použitím dynamických stránek se dosáhlo téměř universálního návrhového prostředku, který se blíží komerčním programům. Výhodná je možnost návrh v kterémkoliv místě přerušit a převést data do matematického programu MAPLE a tam pokračovat v dalších výpočtech již zcela nezávisle.
Systém pracuje na bázi „klient-server“. Zpracovávání úlohy je rozděleno mezi počítač uživatele a server. Na straně serveru je prováděn vlastní výpočet a potřebné obslužné operace a na straně uživatele je pak použit prohlížeč www stránek, který pouze zobrazí danou stránku s výsledky výpočtu. Pro generování stránek byl použit skriptovací jazyk PHP. Tak máme k dispozici veškeré služby dostupné díky Internetu. Použití tohoto mechanismu přístupu přináší několik zajímavých možností. Jedná se zejména o údržbu celého systému, neboť stránky jsou nainstalovány v jediné verzi na serveru. Toto řešení má výhodu i pro uživatele, který si může být jistý, že pracuje s poslední aktualizovanou verzí. Je také zabezpečena reprodukovatelnost výsledků. Protože se pro výpočet úloh používá jediné „výpočetní místo“ je kladen vysoký nárok na výkon serveru tak, aby byl schopen uspokojit všechny zájemce. Lze sice nastavit limity počty uživatelů, ale to by mohlo způsobit problémy při výuce.
V další části kapitoly se zaměříme na stručný popis práce s tímto návrhovým systémem v rozsahu potřebném pro další kapitolu, zabývající se jejich ověřováním.
Systém pro návrh obsahuje soubor funkcí pro řešení jednotlivých částí návrhového postupu elektrických filtrů. Podle [5] obsahuje tři základní části:
Soubor funkcí pro řešení aproximační úlohy z tolerančního schématu:
transformaci tolerančního schématu DP, HP, PP, PZ na NDP,
výpočet stupně přenosové funkce pro zvolený typ aproximace,
výpočet Butterworthovy aproximace,
výpočet Chebyshevovy aproximace,
výpočet Cauerovy aproximace typu A, B a C,
výpočet Inverzní Čebyševovy aproximace typu A a B,
sekundární parametry filtru,
nuly a póly přenosové a charakteristické funkce,
výsledná přenosová a charakteristická funkce.
Soubor funkcí pro syntézu příčkové struktury LC filtru z dané přenosové a charakteristické funkce:
výpočet kaskádní matice pro syntézu z přenosové a charakteristické funkce pro zvolené zakončení,
syntéza příčkové LC struktury pro polynomiální nebo racionálně lomenou přenosovou funkci (odštěpování struktury typu T nebo π zepředu nebo zezadu),
transformace součástek NDP příčkového LC filtru na DP, HP, PP, PZ,
analýza výsledné struktury s možností zahrnutí reálných vlastností induktorů (činitelů jakosti).
Soubor funkcí pro syntézu aktivní RC (ARC) struktury filtru:
kmitočtová transformace pólů a nul NLP na póly a nuly DP, HP, PP, PZ a jejich rozčlenění na biquadratické sekce,
určení optimálního řazení sekcí,
rozdělení celkového zesílení na jednotlivé sekce pro vyrovnanou dynamiku celého filtru,
syntéza jednotlivých biquadratických sekcí - výběr vhodných zapojení a výpočet velikostí součástek,
analýza výsledné struktury s možností zahrnutí reálných vlastností operačních zesilovačů a zaokrouhlení hodnot rezistorů do zvolené řady.
Systém SYNTFIL byl vytvořen s ohledem na návrhové postupy uvedené v literatuře [6,7]. Nejenže dokáže během několika vteřin poskytnout konkrétní řešení zadaného problému, ale dává k posouzení uživateli hned několik aproximací, mezi nimiž si uživatel může vybrat tu, která mu v dané chvíli připadá nejvhodnější pro jeho požadavky.
Vstupním parametrem pro návrh filtru je zadání tolerančního schématu. Po jeho zadání se pouhým kliknutím myši zobrazí řády jednotlivých aproximací, společně se také zobrazí hodnota útlumu na mezi nepropustného pásma. Užitečné je také porovnání s výsledky počítané pro filtr o řád nižší. Tato funkce se vyplatí v případě, že filtr vychází blízko hranice. Dále následuje zobrazení přenosové funkce. Uživatel se může rozhodnout pro realizaci pomocí pasivních součástek nebo pomocí aktivních struktur s operačními zesilovači. Ať si vybere návrhář jednu nebo druhou možnost, vždy mu bude nabídnuto schéma zapojení. Zde si může zvolit zda použije hodnoty součástek z řady, či se chce přiblížit reálným součástkám a nastaví jejich parazitní vlastnosti. Z každého bodu se lze vrátit a návrh uskutečnit s obměnami jiným směrem. Při práci se automaticky generuje protokol, který je možno uložit a vytisknout. V protokolu se nacházejí zásadní údaje týkající se výpočtu, např. přenosová funkce, řád filtru, atd. a také schémata s hodnotami jednotlivých stavebních prvků v normované i nenormované formě. Součástí systému je i nápověda, která přijde vhod při řešení složitějších částí návrhu. Program sleduje zadávané hodnoty a v případě chyby ji nahlásí a nabídne její opravení. Systém návrhových stránek je vytvořen tak, aby se dalo návrhem projít bez větších potíží. Jediné co musí uživatel zadat jsou hodnoty tolerančního schématu, výběr aproximace a zobrazení určitého druhu výstupu.
Pro širší využití v zahraničí je užitečná jazyková mutace. SYNTFIL disponuje anglickým jazykovým rozhraním, do kterého se lze v libovolném místě přepnout. Zpětná změna je také možná v kterémkoliv místě návrhu. Tato funkce je jistě přínosná pro zahraniční studenty, kteří mají s českým jazykem potíže. Překlad se týká pouze návrhových obrazovek, automaticky generovaného protokolu a nezahrnuje nápovědu.
Závěrem je třeba poznamenat, že důležitou roli v úspěšnosti softwarového produktu mezi uživateli je jeho jednoduché intuitivní ovládání. Je sice dobré mít program s mnoha ovládacími prvky, pokud jsou ale neuspořádané, pak má uživatel problém vybrat správnou možnost a program se stává spíše nepřítelem než přítelem. V případě testovaného systému SYNTFIL je poměr ovládacích prvků vyvážený a pro uživatele lehce použitelný.