+  

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

+  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  

 

+  Jullie  

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  weet  

Wat  ik  wil  weten  n  Bekend  met  Modelvorming  &  Simula5e?  

n  Bekend  met    SoJware  tools  voor  M&S?  

n  Bekend  met  ontwerp  methodieken?  

n  Vooropleiding?      

 

 

+  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  

+  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      

+  Waarom  hier  vandaag  

n  Integra5on  Project  China,  Mei  2010  

n Vrijstelling  Digitaal  Design  3  Prac5cum  lessen  

+  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”    

+  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  

 

+  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.          

+  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……  

+   Voorbeeld  

Cartoon  courtesy:  hup://www.asahi-­‐net.or.jp/~pu4i-­‐aok/core/funnies/funnye.htm  

Hoe  de  klant  het  in  gedachten  heeJ   Hoe  het  word  gespecificeerd    

Hoe  het  word  ontworpen   Hoe  het  word  gemaakt  

+  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!  

+  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.  

+  System  Development  Methodology  

+  Laten  we  het  traject  eens  doorlopen  

+  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)  

       

+  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.    !  

+  Voorbeeld  

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.  

n  Een  snelle  en  (goedkope)  oplossing  is  het  testen  van  de  reac5esnelheid  van  een  persoon  met  een  apparaat.  

 

Probleem  

Oplossing  

Hoe  zou  dit  eruit  kunnen  zien?  

+  Resultaat:  Project  Charter  (Voorbeeld)    

1. Project  Summary  Project  Name   Reaction  tester   Document  Version   1.0  Start  Date   1  July  2010   Approved  By   James  Smith  End  Date   1  December  2010   Approval  Date   20  June  2010  Budget   $100.000      

2. Project  Elevator  Pitch  FOR  the  Dutch  police  department  WHO  needs  an  adequate  device  to  test  the  reaction  speed    of  people  that  have  potentially  used  alcohol  or  drugs.  THE  reaction  Speed  Tester  project  WILL  create  a  reaction  test  device  that  can  determine    the  reaction  speed  of  a  person  

3. Business  Reason  We  do  this  project  because:  

• The  Dutch  Police  Department  noticed  an  increase  in  alcohol  and  drugs  abuse  in  traffic.  

• Alcohol  and  drugs  abuse  influences  the  reaction  speed  of  a  person.  This  is  dangerous  in  traffic  where  reaction  speed  is  critical.  

• Current  tests  for  alcohol  and  drugs  abuse  take  a  vast  amount  of  time  to  determine  if  a  person  is  sober  or  not.  

4. Project  Objective  • 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.  

5. Project  Team  Project  Initiator   Dutch  Police  Department   Senior  Supplier   LabOnChip  Co.  Senior  User   Police  agents  /  driver   System  Developer   Frank  Bouwens  

6. Product  Description  

6.1.  Major  Milestones  

6.2.  Out  of  Scope  • Alcohol  and  drugs  tests  in  the  device  

7. Project  Approach  The  project  consists  out  of  three  iterations.  At  the  end  of  each  of  the  three  iterations  the  prototype  will  be  discussed  in  a  facilitated  workshop  for  how  to  use  the  device.  …  

Deliverable   Type   Size  Estimate  Reaction  tester   Prototype   Portable  Documentation   .doc   50  pages  

1. Project  Summary  

2. Project  Elevator  Pitch  

3. Business  Reason  

4. Project  Objective  

5. Project  Team  

6. Product  Description  

6.1.  Major  Deliverables  

6.2.  Out  of  Scope  • Alcohol  and  drugs  tests  in  the  device  

7. Project  Approach  The  project  consists  out  of  three  iterations.  At  the  end  of  each  of  the  three  iterations  the  prototype  will  be  discussed  in  a  facilitated  workshop  for  how  to  use  the  device.  …  

8. Milestone  Planning     Milestone   Date  M1   Birds  Eye  View   10  July  2011  M2   Functional  designs   13  July  2011  M3   Physical  designs   20  July  2011  

9. Influencing  Factors  

9.1.  Assumptions  • Test  subjects  /  materials  will  be  provided  by  the  Dutch  Police  Department.  • …  

9.2.  Constraints  • It  is  important  to  have  a  device  available  before  next  year  school  season  begins.  • …  

9.3.  Dependencies  • Testing  is  done  be  the  Dutch  Police  Department.  

Deliverable   Type   Size  Estimate  Reaction  tester   Prototype   Portable  Documentation   .doc   50  pages  

+  En  nu…  

+  BEV:  Birds  Eye  View  

Huidige  Situa5e   Oorzaak  van  het  probleem  

Requirements  /  tools  

Omgeving  en  inlvoeden  

Andere  oplossingen  (Side  Kicking)  

De  minimale  vereisten  

Step-­‐by-­‐step:  

+  Voorbeeld  BEV  

Ok   Niet  Ok  

Invoer  bestuurder  

Resultaat  van  test   Reac5e  Tester  

?  

Resultaat  van  test  

Start  test  

Reset  test  

Hoe  kunnen  we  we  de  reac/esnelheid  van  een  bestuurder  controleren?  

Poli/e  

+  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.  

 

 

 

 

+  Voorbeel:  EPD  

Resultaat  test  

Invoer  

Start  test  Reset  test  

Weergave  van  resultaat  

Proces  Indica5e  

+  

+  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)  

+  Voorbeeld:  External  overview  (HW)  

+  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.  

+  

Internal  overview  –  Reac5on  tester  ::  Test_reac5on  

Voorbeeld:  Internal  Overview  (SW)  

+  

+  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.  

+  

+  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  

+  Voorbeeld:  Digitale  dobbelsteen  

Controller  

?  ?   ?   ?  

Throw  value  Controller  element  

6  side  “counter”  

decoder  “clock”  

0  tot  5  “unsigned  Binary”  

1  out  of  6  code  throw  +  selec5on  e.g.  4  è  5  visible  

4  è  5  

0  /  9V  

3  bits  

Binair  worp  000  1  001  2  010  3  011  4  100  5  101  6  110  reset  

Transfer  func5on  table  

Uout  

control  tin   tout  

9  

Uin  5   tF  

fuit  Hz  

fmax  =  +  100  Hz  

+  

+  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  

+  Voorbeeld:  Fysiek  ontwerp  (HW)  

+  Voorbeeld:  Fysiek  ontwerp  (SW)  Fibonacci  sequence:  0,  1,  1,  2,  3,  5,  8,  13,  21,  34,  55,  89,  144,  …      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);    }  

0 and 1 where, 0121 ==+= −− FFFFF nnn

+  

+  Fase  8:  Realisa5e    

Problem Confrontation

Problem Analysis

Ext. Problem Definition

Int. Problem Definition

Contract

Functional Design

Physical Design

Design Product(s)

Realisation

Test

End Product(s)

Problem Orientation

Birds Eye View + End Product Definition

Ext. and Int. overview hardware and software

Contract

Functional Design HW + SW

Physical Design HW + SW

Prototype

Test results

Process (Phase) Product

+  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  

+  Voorbeeld:  Realisa5e  PCB  bord  met  componenten  

+  En  dan…  

+  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.  

+  Voorbeeld:  Testrapport  

+  Eindproduct!  

Problem Confrontation

Problem Analysis

Ext. Problem Definition

Int. Problem Definition

Contract

Functional Design

Physical Design

Design Product(s)

Realisation

Test

End Product(s)

Problem Orientation

Birds Eye View + End Product Definition

Ext. and Int. overview hardware and software

Contract

Functional Design HW + SW

Physical Design HW + SW

Prototype

Test results

Process (Phase)

+  Pauze  

+  NI  Mul5sim  

+  Wat  is  Mul5Sim?  

n  Schema  ontwerp  &  Simuleer  tool  

n  Erg  gebruiksvriendelijk  

n  SPICE  simulator  

n  Interac5ef  !!        h`p://www.ni.com/mul>sim  

+  2  Type  componenten  

+  Componentenzoeken  

Menu  bar   Place   Component  

+  Componenten  plaatsen  

1  •  ‘Component  browser’  • Selecteer  componenten    

2  

• Plaats  de  componenten  in  het  ‘circuit  window’  

• Wanneer  gewenst:  Draai  of  flip  compontenten  

3  • Verbind  alle  componenten  

+  Automa5sch  verbinden  (1)  

+  Automa5sch  verbinden  (2)  

+  Hoe  gebruiken  we  ‘Bussen’  

Menu  bar   Tools   Circuit  Wizards  

+  Circuit  wizard    

Menu  bar   Tools   Circuit  Wizards  

Een  krach5ge  tool    om  snel  circuits  te  kunnen  

genereren!  

+  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’          

+  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)  

+  Virtuele  Componenten  

Mul5meter                

Schema5c  Symbol  

Front  Panel  

Func5egenerator                

Schema5c  Symbol  

Front  Panel  

Oscilloscope                

Schema5c  Symbol  

Front  Panel  

+  Wat  nog  meer…  

+  3D  Virtuele  Componenten  

+  3D  Breadbord  

+  Extern  Apparatuur:  MyDAQ  

hup://www.youtube.com/watch?v=3UmTmUj4h1g    

+  Extern  Apparatuur:  NI  ELVIS  

+  Schakel  /  Exporteer  naar  Ul5Board    

+  Schema  klaar  en  nu?  

+  PCB  ontwerp  

+  Ul5Board  3D  Weergave  

+  Hoe  zit  het  dan  met  Embedded  Projecten?  

+  De  MCU  module  

+  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    

+  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  

+  Simula5e  Instellingen  

Menu  bar   Simulate   I.S.S.  

n MCU  Simula5e  NIET  ‘Real-­‐Time’    

n  Max ‘Step-Time’ = 0.2 Sec

n  Controleer altijd deze instellingen

+  

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 +…..

Voorbeeld  a.d.v.  Gear  indicator  

+  Voorbeeld  a.d.v.  Gear  indicator  

BEV  

+  Begin  een  MCU  project  

1 : Plaats een Micro Controller Unit (MCU)

+  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

+  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”

+  3D  Virtuele  Componenten  

4  : Geef je source op

+  Plaats  en  verbind  de  componenten  

 Gerbuikte  componenten:  •  7-­‐seg  com-­‐A          •  MCU:  8051  •  11  MHz  crystal  •  …………      

     

+  Vul  de  source  code  in  

•  Design toolbox “main.c” •  Regel nummers !!

•  Meerdere source files is mogelijk

Desing  Toolbox  

RIGHT  CLICK  

MCU  Code  Manager  

+  Simuleer  

•  Druk op de simulatie knop •  Laad de HEX file in •  Controleer de spreadsheet view

+  Controleer  je  spreadsheet  view  

Dubbelklik  op  het  nummer  van  de  regel  om  in  de  code  naar  de  corresponderende  

lijn  te  springen!  

+  Bij  een  goed  werkende  simula5e..  

+  Bedankt  –  Q&A