适合工程师使用的十大免费数学分析与设计工具

        这里是根据受欢迎的需求整理出来的另外一批免费工具，工程师和DIYer可以在他们的各种项目中使用这些工具。鉴于经济现状，‘免费’就像黄金一样，这些工具至少值得你没有在上面花费的每一分钱。
我们请求工程师将工具自发添加到我们的原始清单中。在后面几页显示的结果中包括一种替代电子表格(Excel)的极具吸引力的新兴工具，名叫R Project，用于统计运算。工程师们表示，这种工具能够处理很大的数据量，具有更加灵活的图形化功能，因此值得深入学习。工程师们对FreePCB也给予了很高的评价，除了功能形式略有折衷外，它允许用户使用简单的图形界面进行PCB原理图的设计和编辑。
如果遗漏了您最喜爱的免费工具，欢迎补充哦。
用于统计运算的R Project——可替代Excel



首先是R&R公司(是Robert Gentleman和Ross Ihaka创建的)的R Project，或简写为‘R’。这是一个可下载的软件环境，主要用于提供统计性的运算和图形。
这个软件提供统计和图形化的技术，包括线性/非线性建模、时间序数分析和经典的统计测试等许多功能。该软件兼容大多数操作系统，可以在基于各种UNIX平台、Windows和MacOS的PC机上运行。R也是一种开源软件，可以让用户随意修改以适合他们的需要，不用担心违法问题。
Sage可在各种数学应用中提供帮助



你被某些数学问题难住过吗？也许你需要用基于CAD模型的计算。不管是什么样的问题，Sage都能帮助到你。该软件使用近100种开源包创建，并统一在一种界面下以方便使用。这种平台可以用于大量数学应用，包括微积分、代数和基础数学。平台还集成有许多先进的‘Doc Brown’应用程序，比如群论、密码学和组合学等等。这种可下载的软件可以通过网络浏览器访问，并在本地连接到你的Sage安装程序，或通过Sage网络服务器访问。界面非常有趣，采用‘笔记本’的形式，允许用户创建自己定制的图形、数学表达式(适合弦论迷)，并且能够根据具体项目增加/删除输入。另外，你能像使用儿时的复古玩具那样创建难以置信的‘旋转图形’艺术品。
用于高级解释性语言数值计算的GNU Octave



另外一个流行的免费数学工具是GNU Octave，主要用于数值计算，比如化学工程和科学计算中需要的那些数值计算。这是一个软件平台，汇聚了大量的设计用于解决数字线性代数问题的工具，深入到非线性方程的‘根基’，并集成了普通函数。有趣的事情不止这些，因为Octave还集成了用于操作多项式和整合常微分与微分代数方程的工具。就像大多数著名的开源软件那样，Octave也可以被用户用包括C、C++和FORTRAN等许多种语言进行修改和再次发布。


       
用于嵌入式设计应用的Microchip公司MPLAB开发平台
电路设计是一个很大的市场，其设计实现自从近年越来越流行的单板计算机推出以来已经造就了很大的制造商市场。在微控制器(MCU)市场中电路设计也很流行，它允许客户通过配置系统来适应他们的需要。当然，制造MCU的大多数公司都有自己的免费工具供客户使用，比如Microchip公司的MPLAB开发平台。这种平台包含了从编译器到模拟器和调试器的所有东西，涉及电路的几乎方方面面。一些更加流行的工具包括用于开发微控制器/数字信号控制器(DSC)代码的MPLAB X IDE，用于在线调试的MPLAB ICD 3，以及用于Mircochip Flash DSC和MCU器件的MPLAB REAL ICE模拟器。



Maxim Integrated公司的EE-SIM交互式工具
设计和仿真平台的价格通常非常昂贵，只要看看SolidWorks平台，你就能很快理解其中的原因了。从概念设计参数到计划的材料成本以及中间的任何对象都有相应的工具。那些不能负担这些软件套件费用的人完全可以采用Maxim Integrated公司的EE-SIM设计创建和仿真工具，这些工具的功能就如字面意义一样。该平台允许用户输入他们的设计要求，然后自动产生交互式原理图，再由用户调整个别元件以满足他们的规范要求。一旦他们选好了元件，他们就能开展设计仿真，最终产生容易理解的波形(包括波特图和电压图)。用户甚至还能保存他们的原理图，然后将包含制造商器件型号的这些原理图下载下来。对于一个免费的设计与仿真平台来说EE-SIM给人的印象是非常深刻的。该平台已经帮助我完成了许多繁重的工作。



TI的WEBENCH设计中心——综合性工具
另外一种设计与仿真套件来自TI公司，它集成了各种各样的工具，可以满足你能想象的所有要求。由于有无数的SBC和评估板，因此为它们提供相应的工具也是说得过去的。TI公司的WEBENCH设计中心所加载的软件可以覆盖设计和仿真的方方面面，它会让你的大脑兴奋不已。这些工具包含定制电源、滤波和传感设计所需的所有东西，并且有非常详细而且随时可以修改的原理图。WEBENCH Power Designer的图形用户界面可以清晰地显示从电源要求到想要的LED流明数的所有结果，而且有一个方便的按键让用户根据个人喜好在BOM成本、元件外形尺寸和设计效率之间作出调整。所有TI的设计和仿真工具都通过你选用的网络浏览器运行，项目设计可以在线保存或下载，无论你处于设计过程中的哪个阶段。WEBENCH帮助我在过去完成了一个LED项目，没有它的话这个项目不会这么快完成，也不会做得这么完美。




       
iCircuit公司的电路设计器和仿真器可供四处奔走的人使用！
随着过去几年来移动设备市场中适合四处奔走的工程师使用的应用数量不断增加，电路设计和仿真不再只局限于PC端。EveryCircuit、Circuit Simulator和Electrodroid就是其中一些可供下载的比较流行的免费移动应用。不过就适合几乎任何平台的实时设计和仿真工具而言，iCircuit很快就要拔得头筹。那么为何iCircuit有别于上述其它应用呢？很简单，它即使在设计过程中也一直在运行仿真，只要一加电就像在跟电路玩游戏。该应用据称有30个单元用于电路设计，包括电阻、MOSFET和数字门电路，并且集成了一个方便的万用表，可立即读取电路中任何地方的电流和电压。甚至还有一个内置的示波器用于跟踪多个信号，并观察这些信号值随时间的变化！使用iCircuit的唯一缺点是用户需要带多个CPU内核的新款移动设备，因为该应用很耗资源。这款免费应用可以用于苹果的iPhone和iPad以及基于安卓和Windows的移动设备。



FreePCB——在基于Windows的PC机上运行的免费PCB设计与编辑工具
为何提到免费设计软件就觉得电路应该很有趣？对PCB—以及用于设计和编辑的免费软件工具来说可爱之处在哪里？答案是以FreePCB的形式为例，允许用户使用简单的图形界面进行PCB原理图的设计和编辑。这种界面不会因2D图形本身获什么奖项，但它的‘美丽’之处在于其功能。用户能够设计出铜层数量达16层、最大尺寸达60X60英寸的PCB！好好想象一下，这可是一个5平方英尺的母板啊！该软件套件提供了PCB版图设计所需的所有工具，包括英制和米制功能、Ivex Design International、PCB Matrix和IPC库。FreePCB还提供了封装向导/封装编辑器用于封装设计和编辑、设计规则检查器，以及导入导出PADS-PCB网表的功能。该软件设计在Windows下工作，但可以通过MacPorts应用在使用Virtual Box或Wine的Mac和Linux系统上运行。



GDB：GNU项目调试器——诊断崩溃的软件
所有软件都会崩溃，这是不可避免的，它的发生只是时间问题。为了更好地理解哪里出错，软件工程师和代码编写人员通常会使用调试软件来掌握跨多个平台的冲突和其它错误。一个较好的免费调试器——不需要介绍就能用的——是GDB公司推出的方便易用的GNU调试器。GNU调试器可以帮助用户观察程序运行过程中发生的事，或者程序崩溃时刻发生的情况。该软件包含4个主要工具用于帮助诊断问题，包括它在启动时的程序规范、在特定条件下停止、检查它在停止运行时发生的事情以及用于实验和纠正所见缺陷的程序编辑。GDB可以在许多编程语言中使用，包括Ada、C、C++、对象型C和Pascal。它还具有在大多数Linux和Windows平台上运行的优点。




       
Cypress Perform的PSoC Creator 3.0 SP1——设计SoC
设计工程的发展方向是什么？全能型芯片。
当今世界到处都是带独立SoC(系统级芯片)的移动设备和SBC，这些SoC允许从CPU到GPU的所有东西集成在单片硅片(或其它材料)上。SoC设计不再局限于具有复杂制造中心的技术型公司，因为技术的发展使得制造商和基于家庭的工程师可以在他们的业余时间设计自己的PSoC。正如你能猜到的那样，在这个领域也有许多免费的软件开发工具，比如Cypress Perform公司的PSoC Creator3.0 SP1，它允许用户设计自己的可编程系统级芯片并进行制造(这部分费用比较高)。这个软件套件含有集成式设计平台所需的所有东西，包括以PSoC 3、PSoC 4和PSoC 5LP系统为中心的硬件/固件应用设计可以使用的PSoC Creator。它还包含PSoC Components，可以让用户拖放虚拟的模拟和数字可定制元件，并用完整的API库满足他们的需要。最近该软件平台推出了一种内置的C源代码编译器/编辑器，与调试工具一起可以清除创建过程中产生的任何有害故障。另外还集成了用于I2C、USB、UART和SPI接口的完整通信库。使用PSoC Creator可以做许多事情，随着更多的制造商、业余爱好者和工程师能够在自己家里舒适地生成自己的SoC，这也许就是未来电路设计的发展方向。随着时间的推移，3D打印机和外包制造变得越来越负担得起，人们因此能够非常方便地生产出他们自己的SoC。