Deze presentatie loodst je door de SDM ontwerp methodiek en door de high-lights van de MultiSim software tool.

1. +
Gastcollege
Modelvorming
&
Simula5e
18
April
2011
Eindhoven
Gast:
Dominique
Hanssen

2. +
Rode
draad
door
deze
presenta5e
n Wie
zijn
jullie
n Wie
ben
ik
n Waarom
hier
vandaag
n Ontwikkel
methodiek
n SoJware-­‐Tools
n Q&A

3. +
Jullie
Wat
ik
weet
n Fontys
Engineering
studenten
–
P-­‐fase
Elektrotechniek
n E1A,
E2B
en
E2C
n Gastcollege
Modelvorming
&
Simula5e
n Les
van
dhr.
A.
Sasburg
en
dhr.
W.
Oosthuizen
Wat
ik
wil
weten
n Bekend
met
Modelvorming
&
Simula5e?
n Bekend
met
SoJware
tools
voor
M&S?
n Bekend
met
ontwerp
methodieken?
n Vooropleiding?

4. +
Modelvorming
&
Simula5e
n Inzicht
krijgen
in
modelleer-­‐
en
simula5etechnieken
n Kennis
maken
met
soJwaretools
(Matlab/Simulink
en
MS
Excel)
n Systeemdenken
n Aaakenen
van
te
analyseren
probleem/systeem
n Ontwerpen
van
(simpele)
modellen
van
specifieke
“Real
World”
systemen
n NI
Mul5Sim

5. +
Ik
n Dominique
Hanssen
n Commercieel
gedreven
Elektrotechniekstudent
–
CTI
E8
n Gestart
in
NJ’07
n Afstuderend
bij
YACHT
Technology
HTC
n Recruitment
n Onderzoek
n Interesses
&
Kenmerken
n Elektrotechniek,
hightech
sector
en
mensen
n Gedreven,
crea5ef,
klant-­‐georiënteerd,
Social
Media
2.0
en
ondernemend…
n Interna5onale
focus

6. +
Waarom
hier
vandaag
n Integra5on
Project
China,
Mei
2010
n Vrijstelling
Digitaal
Design
3
Prac5cum
lessen

7. +
Integra5on
Project
n Samenwerking
tussen:
Fontys
–
Hogeschool
Zeeland
–
Shanghai
Mari5me
University
n Contractduur:
4
jaar
-­‐
4
delen
n Voor
wie:
Top
studenten
n Elektronica
n Mechatronica
n Werktuigbouwkunde
n Waarom:
Laatste
studiejaar
in
Nederland
n ½
Jaar
onderwijs
–
½
jaar
afstuderen
n “Double
Degree”

8. +
Integra5on
Project:
Part
IV
n Doel:
De
studenten
bekend
maken
met
Project
Gestuurd
Onderwijs
n Opdracht:
Ontwerp
een
5mer
voor
een
Eierkoker
Ontwikkel
een
5mer
die
start
zodra
dat
een
aangesloten
thermometer
een
bepaalde
temperatuur
bereikt.
Het
design
hiervan
moet
gaan
volgens
de
ontwerp
methodiek
die
5jdens
de
theorie
lessen
behandeld
word.
n Ontwerp
methodiek:
SDM
(System
Development
Methodology)
n Vorm:
n Week
1
>
Theorielessen
+
Opdrachten
n Week
2
>
50%
Theorie
+
50%
Prak5jk
+
Toets
n Week
3
>
Prak5jk
+
Oplevering

9. +
Integra5on
Project:
Part
IV
n Technische
eisen:
n De
5mer
moet
gebaseerd
zijn
op
de
8051
μC.
n De
thermometer
moet
een
PT100
Karakteris5ek
bevauen.
n Een
maximum
van
vier
(4)
7-­‐segment
displays
mag
gebruikt
worden.
(“
.”
mag
gebruikt
worden
in
plaats
van
“:”
in
mm:ss
weergave
Een
maximum
van
drie
(3)
LED’s
mag
gebruikt
worden.)
n maximum
of
four
(4)
buuons
and/or
switches
may
be
used
n Een
maximum
van
vier
(4)
drukknoppen
en/of
schakelaars
mag
worden
gebruikt.
n Func>onele
eisen:
n Deze
verschillen
per
groep
en
worden
afgestemd
met
de
opdrachtgever.

10. +
System
Development
Methodology
“A
structured
road
towards
a
solu5on”
n Redenen
een
gestructureerde
benadering
n Grote
projecten
zijn
moeilijk
te
controleren.
Kleine
onderdelen
zijn
beter
te
handelen.
n Verkleinen
van
risico’s
doordat
men
sneller
tussen
verschillende
fasen
kan
schakelen
en
doordat
problemen
sneller
naar
voren
komen.
n Beter
verdeling
van
benodigde
kennis
en
vaardigheden
om
de
deel
problemen
op
te
lossen.
n Het
verkleinen
van
(mogelijke)
miscommunica5es
tussen
klant
en
ontwerper.
Een
voorbeeld……

11. +
Voorbeeld
Hoe
de
klant
het
in
gedachten
heeJ
Hoe
het
word
gespecificeerd
Hoe
het
word
ontworpen
Hoe
het
word
gemaakt
Cartoon
courtesy:
hup://www.asahi-­‐net.or.jp/~pu4i-­‐aok/core/funnies/funnye.htm

12. +
Wat
kunnen
we
hieraan
doen
n Praat
met
de
klant
en
zoek
(S.M.A.R.T.)
uit
wat
hij/zij
wil.
n Maak
een
schets
van
wat
jij
denkt
dat
er
gevraagd
word
en
met
alle
auributen
die
nodig
zijn
om
het
te
kunnen
maken.
(Birds
Eye
View)
n Overleg
deze
schets
met
de
klant.
n Zoom
in…
Maak
een
eerste
detail.
(External
Overview)
n Overleg
opnieuw
en
zoom
verder
in.
(Internal
Overview)
n Overleg
opnieuw!
n Maak
een
document
waarin
alle
beslissingen,
overeenkomsten
en
vereisten
worden
vastgelegd.
(Contract)
n Meest
belangrijke:
Het
is
nooit
de
eerste
keer
goed!

13. +
En
na
het
contract
Starten
met
ontwerpen!
Maar
waar…?
n Definieer
de
func5e
van
het
vereiste
systeem.
Documenteer
dit
in
een
zogeheten
“Func>onal
Design”.
n Verifieer
het
Func/onal
Design
met
het
Contract.
n Definieer
en
documenteer
de
fysieke
eigenschappen
in
een
zogeheten
“Physical
Design”.
n Verifieer
het
Physical
Design
met
het
Contract.
n Implementeer
een
prototype
n Test
het
prototype
en
verifieer
met
het
contract.

14. +
System
Development
Methodology

15. +
Laten
we
het
traject
eens
doorlopen

16. +
Voorbereiding
n Eerste
indruk
is
belangrijk:
Bereid
je
dus
voor!
n Krijg
een
globaal
overzicht
van
het
probleem.
n Wat
is
de
situa5e?
n Wat
is
de
bedoeling
van
de
oplossing?
n Wat
kun
je
al
verwachten?
n Verzamel
alle
relevante
informa5e
n Verleden:
Aanleiding
van
het
probleem
(Zakelijke
reden).
n Heden:
Beschrijf
de
huidige
situa5e.
n Toekomst:
Baken
de
oplossing
af
(Missie/Doel)

17. +
Baken
het
project
af
n Leg
minimaal
de
volgende
items
vast:
n Vereisten
van
het
func5onele
en
fysieke
ontwerp.
n ‘Nice
to
have’
Specifica5es?
n Verantwoordelijkheden?
Wie
doet
wat?
n Mogelijke
onderwerpen
die
bestudeerd
moeten
worden.
n Milestones,
op
te
leveren
producten
en
planning.
n Maak
al5jd
goede
aantekeningen!
n Werk
S.M.A.R.T.
!

18. +
Voorbeeld
Probleem
n Alcohol
en
drugs
is
oorzaak
nummer
één
bij
auto
ongelukken.
n Blaastesten
afnemen
in
het
dagelijkse
leven
is
een
5jdrovend
proces
en
drugsgebruik
is
moeilijk
te
traceren.
Oplossing
n Een
snelle
en
(goedkope)
oplossing
is
het
testen
van
de
reac5esnelheid
van
een
persoon
met
een
apparaat.
Hoe
zou
dit
eruit
kunnen
zien?

19. 1. Project
Summary
+
2. Project
Elevator
Pitch
Resultaat:
Project
Charter
(Voorbeeld)
3. Business
Reason
4. Project
Objective
5. Project
Team
6. Product
Description
1. Project
Summary
Project
Name
Reaction
tester
Document
Version
1.0
6.1.
Major
Deliverables
Start
Date
1
July
2010
Approved
By
James
Smith
Deliverable
Type
Size
Estimate
End
Date
1
December
2010
Approval
Date
20
June
2010
Reaction
tester
Prototype
Portable
Budget
$100.000
Documentation
.doc
50
pages
2. Project
Elevator
Pitch
6.2.
Out
of
Scope
FOR
the
Dutch
police
department
• Alcohol
and
drugs
tests
in
the
device
WHO
needs
an
adequate
device
to
test
the
reaction
speed
of
people
that
have
potentially
used
alcohol
or
drugs.
THE
reaction
Speed
Tester
project
7. Project
Approach
WILL
create
a
reaction
test
device
that
can
determine
The
project
consists
out
of
three
iterations.
At
the
end
of
each
of
the
three
iterations
the
the
reaction
speed
of
a
person
prototype
will
be
discussed
in
a
facilitated
workshop
for
how
to
use
the
device.
…
3. Business
Reason
8. Milestone
Planning
We
do
this
project
because:
Milestone
Date
• The
Dutch
Police
Department
noticed
an
increase
in
alcohol
and
drugs
abuse
in
M1
Birds
Eye
View
10
July
2011
traffic.
M2
Functional
designs
13
July
2011
• Alcohol
and
drugs
abuse
influences
the
reaction
speed
of
a
person.
This
is
dangerous
M3
Physical
designs
20
July
2011
in
traffic
where
reaction
speed
is
critical.
• Current
tests
for
alcohol
and
drugs
abuse
take
a
vast
amount
of
time
to
determine
if
9. Influencing
Factors
a
person
is
sober
or
not.
9.1.
Assumptions
4. Project
Objective
• Test
subjects
/
materials
will
be
provided
by
the
Dutch
Police
Department.
• A
device
that
can
accurately
and
quickly
determine
the
reaction
speed
of
a
person
to
• …
see
if
the
he/she
is
still
fit
to
drive.
9.2.
Constraints
5. Project
Team
• It
is
important
to
have
a
device
available
before
next
year
school
season
begins.
Project
Initiator
Dutch
Police
Department
Senior
Supplier
LabOnChip
Co.
• …
Senior
User
Police
agents
/
driver
System
Developer
Frank
Bouwens
9.3.
Dependencies
6. Product
Description
• Testing
is
done
be
the
Dutch
Police
Department.
6.1.
Major
Milestones
Deliverable
Type
Size
Estimate

20. +
En
nu…

21. +
BEV:
Birds
Eye
View
Step-­‐by-­‐step:
Oorzaak
van
Huidige
Situa5e
het
probleem
Omgeving
en
Requirements
/
inlvoeden
tools
Andere
oplossingen
(Side
Kicking)
De
minimale
vereisten

22. +
Voorbeeld
BEV
Hoe
kunnen
we
we
de
reac/esnelheid
van
een
bestuurder
controleren?
Resultaat
van
test
Resultaat
van
test
Reac5e
Tester
Invoer
bestuurder
?
Start
test
Reset
test
Poli/e
Ok
Niet
Ok

23. +
EPD:
End
Product
Defini5on
n Visualiseer
vanuit
de
gebruiker
hoe
de
oplossing
gebruikt
zal
worden.
n Beschrijf
de
interac5e
tussen
de
gebruiker
en
de
oplossing.
n Beschrijf
hoe
de
oplossing
het
meest
op5maal
gebruikt
word.
Neem
hier
alle
vereisten
en
componenten
in
mee.
n Illustreer
hoe
het
eindproduct
eruit
komt
te
zien.

24. +
Voorbeel:
EPD
Resultaat
test
Weergave
van
resultaat
Invoer
Reset
test
Start
test
Proces
Indica5e

25. +

26. +
Product:
External
Overview
(HW)
n Definieer:
n Een
func5onele
naam
voor
ieder
onbekend
blok.
n Interfaces
naar
externe
of
on-­‐board
actuatoren/sensoren.
n
Beschrijf:
n De
onbekende
blokken
van
het
systeem.
n Welk
type
actuatoren/sensoren.
n Fysieke
eigenschappen
van
componenten.
(Vb:
Kleur
LED’s)

27. +
Voorbeeld:
External
overview
(HW)

28. +
Product:
Internal
Overview
(SW)
n Definieer:
n Een
func5onele
naam
voor
ieder
onbekend
blok.
n Externe
interfaces
(Zie
ext.
Overview).
n Interne
interfaces
(Nieuw).
n Herkomst
en
bestemming
van
singalen.
n Naam
(func5e)
en
type
van
signaal.
n
Beschrijf:
n De
onbekende
blokken
van
het
systeem.
n Welk
type
actuatoren/sensoren.

29. +
Voorbeeld:
Internal
Overview
(SW)
Internal
overview
–
Reac5on
tester
::
Test_reac5on

30. +

31. +
Product:
Contract
n Definieer:
n Gegevens
opdrachtgever
en
ontwerper(s).
n (Minimale)
Technische
vereisten.
n (Minimale)
Func5onele
Vereisten.
n Eventuele
vereisten
m.b.t.
kwaliteit
van
het
systeem.
n
Werk
wederom
S.M.A.R.T.

32. +

33. +
Product:
Func5oneel
ontwerp
(HW
&
SW)
n Beschrijf
WAT
het
systeem
doet,
niet
HOE
n Bevat
een
BESCHRIJVING
van
de
func5es
en
systeem
vereisten,
niet
de
UITWERKING
hiervan
n Gekeken
naar
het
ONTWERP,
niet
naar
de
IMPLEMENTATIE
n Bevat
REGULIERE
schrijJaal,
geen
JARGON

34. +
Voorbeeld:
Digitale
dobbelsteen
4
è
5
3
bits
0
/
9V
?
?
?
?
Controller
“clock”
6
side
decoder
Controller
element
“counter”
Throw
value
0
tot
5
1
out
of
6
code
Uout
9
“unsigned
throw
+
selec5on
Binary”
e.g.
4
è
5
visible
tin
tout
control
Binair
worp
Transfer
func5on
fuit
000
1
table
Hz
001
2
010
3
5
tF
Uin
011
4
fmax
=
+
100
Hz
100
5
101
6
110
reset

35. +

36. +
Product:
Fysiek
ontwerp
(HW
&
SW)
n Beschrijf
HOE
het
systeem
werkt,
niet
WAT
het
doet
n Bevat
de
UITWERKING
van
de
func5es
en
systeemvereisten,
geen
BESCHRIJVING
n Gekeken
naar
de
IMPLEMENTATIE,
niet
naar
het
ONTWERP
n Bevat
JARGON,
geen
SCHRIJFTAAL

37. +
Voorbeeld:
Fysiek
ontwerp
(HW)

38. +
Voorbeeld:
Fysiek
ontwerp
(SW)
Fibonacci
sequence:
0,
1,
1,
2,
3,
5,
8,
13,
21,
34,
55,
89,
144,
…
Fn = Fn−1 + Fn−2 , where F1 = 1 and F0 = 0
ANSI-­‐C
code:
int
main(void)
{
int
i=0,
n,
n_1,
n_2;
n_2
=
0;
n_1
=
1;
prin€(“%d,
%d,
“,
n_2,
n_1);
for(i=0;
i<
25;
i++)
{
n
=
n_1
+
n_2;
n_2
=
n_1;
n_1
=
n;
prin€(“%d,
“,
n);
}
return(0);
}

39. +

40. +
Fase
8:
Realisa5e
Process (Phase) Product
Problem Confrontation Problem Orientation
Problem Analysis Birds Eye View +
End Product Definition
Ext. Problem Definition
Ext. and Int. overview
Int. Problem Definition hardware and software
Contract Contract
Functional Design Functional Design HW + SW
Physical Design Physical Design HW + SW
Design Product(s)
Realisation Prototype
Test Test results
End Product(s)

41. +
Product:
Prototype
n Deze
fase
richt
zich
op:
n Ontwikkeling
van
de
volledige
applica5e
(C/C++,
Assembly,
VHDL,
Verilog,
etc.)
n Makken
en
assembleren
van
de
Hardware
n ‘Testomgeving’
opzeuen
n Resultaat
is
een
PRTOTYPE
die
gebaseerd
is
op
de
vorige
fasen

42. +
Voorbeeld:
Realisa5e
PCB
bord
met
componenten

43. +
En
dan…

44. +
Product:
Test
resultaten
(Rapport)
n Creëer
een
document
waarmee:
n Geverifieerd
kan
worden
dat
het
prototype
(product)
aan
de
minimale
vereisten
voldoet.
n Basis
voor
deze
test
is
het
contract!
n Verzorg
een
demonstra5e
voor
de
opdrachtgever.
n Een
goede
objec+eve
test
word
bij
voorkeur
NIET
uitgevoerd
door
de
ontwikkelaar
of
een
engineer.

45. +
Voorbeeld:
Testrapport

46. +
Eindproduct!
Process (Phase)
Problem Confrontation Problem Orientation
Problem Analysis Birds Eye View +
End Product Definition
Ext. Problem Definition
Ext. and Int. overview
Int. Problem Definition hardware and software
Contract Contract
Functional Design Functional Design HW + SW
Physical Design Physical Design HW + SW
Design Product(s)
Realisation Prototype
Test Test results
End Product(s)

47. +
Pauze

48. +
NI
Mul5sim

49. +
Wat
is
Mul5Sim?
n Schema
ontwerp
&
Simuleer
tool
n Erg
gebruiksvriendelijk
n SPICE
simulator
n Interac5ef
!!
h`p://www.ni.com/mul>sim

50. +
2
Type
componenten

51. +
Componentenzoeken
Menu
bar
Place
Component

52. +
Componenten
plaatsen
• ‘Component
browser’
• Selecteer
componenten
1
• Plaats
de
componenten
in
het
‘circuit
window’
• Wanneer
gewenst:
Draai
of
flip
2
compontenten
• Verbind
alle
componenten
3

53. +
Automa5sch
verbinden
(1)

54. +
Automa5sch
verbinden
(2)

55. +
Hoe
gebruiken
we
‘Bussen’
Circuit
Menu
bar
Tools
Wizards

56. +
Circuit
wizard
Circuit
Menu
bar
Tools
Wizards
Een
krach5ge
tool
om
snel
circuits
te
kunnen
genereren!

57. +
Rapporten
genereren
Menu
bar
Reports
…..
n Netlist
Rapport
n Bill
Of
Material
(BOM)
n Hoeveelheid
van
ieder
component
n Beschrijving
(Type
en
Waarde)
n ‘Package’
en
‘Footprint’

58. +
Simuleren
n Waarom
simuleren?
n Gebruik
de
interac5eve
simulator
n Druk
‘F5’
of
gebruik
de
‘Run
Simula5on
Buuon’
n Gebruik
de
‘Measurement-­‐Probe’
n Voltage
(Direct
weergave:
‘Peak-­‐to-­‐Peak’,
RMS
of
DC)
n Extern
apparatuur
(LabVIEW
/
myDAQ
/
ELVIS)

59. +
Virtuele
Componenten
Mul5meter
Func5egenerator
Oscilloscope
Schema5c
Symbol
Schema5c
Symbol
Schema5c
Symbol
Front
Panel
Front
Panel
Front
Panel

60. +
Wat
nog
meer…

61. +
3D
Virtuele
Componenten

62. +
3D
Breadbord

63. +
Extern
Apparatuur:
MyDAQ
hup://www.youtube.com/watch?v=3UmTmUj4h1g

64. +
Extern
Apparatuur:
NI
ELVIS

65. +
Schakel
/
Exporteer
naar
Ul5Board

66. +
Schema
klaar
en
nu?

67. +
PCB
ontwerp

68. +
Ul5Board
3D
Weergave

69. +
Hoe
zit
het
dan
met
Embedded
Projecten?

70. +
De
MCU
module

71. +
De
MCU
module
n Volledig
geïntegreerde
MultSim
module
n Standaard
MCU’s
n Intel®/Atmel® 8051/8052 chips
n Microchip PIC16F84a
n Ingeboude
Compiler
EN
Assembler
voor
iedere
MCU
n Eigenschappen
iden5ek
voor
iedere
MCU

72. +
De
MCU
module
n “Real
World”
gedrag
n UARTS
n TIMERS
n INTERRUPTS
n Geavanceerd
randapparatuur
n Extern
RAM/ROM
n Terminals
n Keypads
n LCD
n Systemen
als:
n Stoplichten,
Lopende
banden
en
tank
systemen

73. +
Simula5e
Instellingen
n MCU
Simula5e
NIET
‘Real-­‐Time’
n Max ‘Step-Time’ = 0.2 Sec
n Controleer altijd deze instellingen
Menu
bar
Simulate
I.S.S.

74. +
Voorbeeld
a.d.v.
Gear
indicator
n Het probleem
Ik.. En het berijden van een motorfiets
n Mijn idee
Een apparaat waarmee
ik kan zien in welke versnelling dat ik zit
n De oplossing
MCU Module + 8051 + 7-Segment +…..

75. +
Voorbeeld
a.d.v.
Gear
indicator
BEV

76. +
Begin
een
MCU
project
1 : Plaats een Micro Controller Unit (MCU)

77. +
Begin
een
MCU
project
2 : Definieer je ‘workspace’
1. Voer het werkpad in: vb. C:MCU Projects
2. Voer een naam in: vb. Introduction
Note:
CLICK NEXT

78. +
Begin
een
MCU
project
3 : Definieer je ‘workspace’ verder
1. Vul project gegevens in (Type en Taal/Compiler)
2. Geef project een naam: vb. 8051 Gear Indicator

79. +
3D
Virtuele
Componenten
4 : Geef je source op

80. +
Plaats
en
verbind
de
componenten
Gerbuikte
componenten:
• 7-­‐seg
com-­‐A
• MCU:
8051
• 11
MHz
crystal
• …………

81. +
Vul
de
source
code
in
• Design toolbox main.c
• Regel nummers !!
• Meerdere source files is mogelijk
RIGHT
MCU
Code
Desing
Toolbox
Manager
CLICK

82. +
Simuleer
• Druk op de simulatie knop
• Laad de HEX file in
• Controleer de spreadsheet view

83. +
Controleer
je
spreadsheet
view
Dubbelklik
op
het
nummer
van
de
regel
om
in
de
code
naar
de
corresponderende
lijn
te
springen!

84. +
Bij
een
goed
werkende
simula5e..

85. +
Bedankt
–
Q&A