Начинающим не так-то просто использовать gschem как оболочку для схемотехнического моделирования (для ngspice или gnucap). Вот что новому пользователю хотелось бы делать в gschem:

определять, какие виды анализа нужно запускать;
определять, графики каких напряжений и токов нужно выводить;
собственно запускать моделирование.

Запуск моделирования и постобработка могут быть во внешней программе, вызываемой посредством IPC.

Существует несколько графических оболочек, но они не решают всех вышеуказанных проблем:

Все оболочки имеют одну проблему — в них нельзя указать соединение, данные которого хотелось бы увидеть. Нужно знать имя соединения для узла.

Набросок проекта

Измерительные приборы

Измерителями тока могут быть обычные источники постоянного напряжения 0 В. Легче всего в качестве такого прибора использовать символ с двумя выводами, подобный обычному амперметру. Если нам захотелось бы подключить измеритель тока к выводу, то нужно, чтобы генератор списка соединений распознал его и заместил нашим “амперметром”. Если в качестве амперметра использовать источник напряжения, генератору не нужно будет знать имён соединений внутри схемы. Все источники напряжения 0 В со специальным именем устройства являлись бы измерителями тока.

Измерителями напряжения могут быть источники тока 0 А. Второй вывод источника тока присоединяется к GND атрибутом net. Поэтому снова генератору списка соединений не нужно будет знать имён соединений, так как он сможет использовать соединение, подключенное к этому специальному источнику тока. Подобно вышеописанному источнику напряжения мог бы быть специальный (графический) символ, который распознавался бы генератором списка соединений.

Источники тока и напряжения

Определить параметры источников не так просто. В настоящее время они хранятся внутри атрибутов value символа, например value=pulse 0 1 10n 10n 100n 1u 2u. Эти настройки должны соответствовать атрибутам SPICE pulse(V1 V2 TD TR TF PW PER).

Было бы здорово иметь диалоговое окно, предлагающее пользователям имена атрибутов, а не только строку значения.

Настройкой источников напряжения или тока могла бы заниматься модифицированная команда редактирования атрибутов (ee), которая вызывала бы для этих источников специальные диалоговые окна их свойств. В настоящее время эта команда вызывает диалоговое окно редактирования всех атрибутов символа.

Моделирование

Как сохранять параметры моделирования внутри gschem.

Для хранения параметров одного моделирования можно использовать символ с названием устройства SIMULATION. Все параметры, определяющие один вид моделирования сохраняются как атрибуты, прикреплённые к данному объекту:

вид анализа (dc, ac, tran,…);
параметры программы моделирования;
программа моделирования? (можем ли мы запускать моделирование для одной и той же схемы в двух программах моделирования сразу?);
параметры для моделирования (глобальные параметры, температура, …).

v 20061020 1
C 41500 49200 1 0 0 spice-directive-1.sym
{
device=spice_simulation_block
refdes=A1
simulation_name=random name
simulation_active=1
simulation_type=DC 0V 1V 0.1V
parametric_simulation1=V1 lin 0 5 0.1
parametric_simulation2=R1.value lin 10k 100k 10k
option_TNOM=100 Deg
option_ABSTOL=1e-3
global_param1=???
global_param2=???
}

Таких объектов моделирования в одной схеме могло бы быть много.

Для хранения дополнительных библиотек можно использовать либо директиву вложения (include), либо символ LIBRARY, содержащий все библиотеки в одном из двух видов:

как многострочный атрибут;
как несколько атрибутов библиотек, прикреплённых к символу LIBRARY.

Между глобальными, пользовательскими и локальными библиотеками должно быть различие. Глобальные и пользовательские библиотеки могут определяться в gafrc или в новом конфигурационном файле spicerc.

Создание диалогового окна для моделирования внутри gschem

Допустим, всё что нам нужно, чтобы добавить поддержку моделирования в gschem, это одно диалоговое окно.

В нём должен содержаться список моделирований (в виде списка из их названий с кнопками разрешения/запрета).
В нём должны быть иконки для добавления измерителей.
Оно могло бы содержать кнопки для большинства общих символов: резистора, конденсатора, катушки индуктивности, диода, … [R,C,L,D,M,E,F,G,H..]
Оно могло бы содержать несколько диалоговых элементов для настройки SPICE.
Оно могло бы содержать кнопки моделирования и закрытия.
Несколько добавочных кнопок, таких как, например: копировать моделирование, удалить моделирование, общие параметры…

При создании такого диалогового окна все объекты моделирования собираются в перечень видов моделирования (в виде списка с кнопками разрешения/запрета).

При изменении настроек меняются атрибуты соответствующего объекта моделирования.

Диалоговое окно параметров

Какие параметры нужны для этого диалогового окна? И почему?

Расставленные нами измерители можно использовать, чтобы сообщать программе моделирования о том, какие нам хотелось бы сохранять переменные, или программе построения графиков о том, какие хотелось бы увидеть графики. Это вещи совершенно различные, и нам нужна возможность выбирать следующее:

выводить на графиках все маркеры и сохранять только напряжения соответствующих узлов;
выводить на графиках все маркеры, но сохранять все напряжения и токи (с помощью источников напряжения);
сохранять напряжения узлов только для схемы текущего уровня или также и для подсхем.

Запуск моделирования

Кнопка моделирования в диалоговом окне должна вызывать следующие действия:

сохранение схемы (спрашивать пользователя или использовать временный файл?);
создание списка соединений с помощью gnetlist;
создание файлов моделирования и включение туда списка соединений (можно ли это сделать тоже с помощью gnetlist?);
выполнение скрипта запуска моделирования (guile, sh, …).

Этот скрипт мог бы вызывать даже диспетчер, который бы занимался множеством крупномасштабных моделирований.

Приложение

Символ измерителя тока (эскиз)

v 20061020 1
P 0 0 200 200 1 0 0
{
T 100 0 5 10 0 1 0 0 1
pintype=pas
T 0 100 5 10 0 1 0 0 1
pinseq=1
T 0 100 5 10 0 1 0 0 1
pinnumber=1
T 0 100 5 10 0 1 0 0 1
pinlabel=1
}
V 300 300 150 3 10 0 0 -1 -1 0 -1 -1 -1 -1 -1
L 300 200 240 360 3 10 0 0 -1 -1
L 300 200 360 360 3 10 0 0 -1 -1
T 0 500 9 10 0 0 0 0 1
device=VOLTAGE_PROBE
T 200 50 9 6 1 1 0 0 1
refdes=I_VP?
T 0 700 9 10 0 0 0 0 1
net=GND:2
T 0 900 9 10 0 0 0 0 1
value=DC 0A

Символ измерителя напряжения (эскиз)

v 20061020 1
P 0 200 150 200 1 0 0
{
T -150 50 5 10 0 1 0 0 1
pintype=pas
T 50 250 5 10 0 1 0 0 1
pinseq=1
T 50 250 5 10 0 1 0 0 1
pinnumber=1
T 50 250 5 10 0 1 0 0 1
pinlabel=1
}
V 300 200 150 3 10 0 0 -1 -1 0 -1 -1 -1 -1 -1
L 300 300 380 140 3 10 0 0 -1 -1
L 300 300 220 140 3 10 0 0 -1 -1
T 0 500 9 10 0 0 0 0 1
device=CURRENT_PROBE
T 200 370 9 6 1 1 0 0 1
refdes=V_IP?
P 600 200 450 200 1 0 0
{
T 500 50 5 10 0 1 0 0 1
pintype=pas
T 500 250 5 10 0 1 0 0 1
pinseq=2
T 500 250 5 10 0 1 0 0 1
pinnumber=2
T 500 250 5 10 0 1 0 0 1
pinlabel=2
}
L 240 180 360 180 3 10 0 0 -1 -1
T 0 700 9 10 0 0 0 0 1
value=DC 0V

Ещё один символ измерителя тока (эскиз), который использует Kurt Peters

v 20061020 1
T 700 650 8 10 1 1 0 0 1
refdes=VAM?
T 700 850 5 10 1 1 0 0 1
device=Ammeter
T 700 1050 5 10 0 0 0 0 1
footprint=none
T 700 1250 5 10 0 0 0 0 1
numslots=0
T 700 1450 5 10 0 0 0 0 1
description=ammeter for spice
P 300 1200 300 900 1 0 0
{
T 350 1000 5 8 1 1 0 0 1
pinnumber=1
T 350 1000 5 8 0 1 0 2 1
pinseq=1
T 400 850 9 8 1 1 0 5 1
pinlabel=+
T 300 700 5 8 0 1 0 5 1
pintype=pwr
}
P 300 0 300 300 1 0 0
{
T 350 100 5 8 1 1 0 0 1
pinnumber=2
T 350 100 5 8 0 1 0 2 1
pinseq=2
T 300 500 5 8 0 1 0 3 1
pintype=pwr
T 300 300 5 10 1 1 0 0 1
pinlabel=-
}
L 300 400 400 500 3 0 0 0 -1 -1
L 200 500 300 400 3 0 0 0 -1 -1
T 700 450 5 10 0 1 0 0 1
value=DC 0V
L 300 400 300 800 3 0 0 0 -1 -1
L 100 800 500 400 3 0 0 0 -1 -1
B 0 300 600 600 3 0 0 0 -1 -1 0 -1 -1 -1 -1 -1
L 200 800 100 800 3 0 0 0 -1 -1
L 100 700 100 800 3 0 0 0 -1 -1

Усовершенствование моделирования работы электрических схем в gschem

Обоснование