Методические указания к курсовой работе санкт-петербург

Введение

• 
  постановка задачи и описание рабочего набора исходных данных;
  
• 
  таблица идентификаторов, использованных при решении поставленной задачи;
  
• 
  таблица описаний входящих в программу пользовательских процедур и функций с указанием их назначения, входных и выходных параметров;
  
• 
  текст программы, выполненный на языке Turbo Pascal;
  
• 
  контрольный расчет, выполненный в виде таблицы вычислений и предварительное построение графиков входного и выходного сигналов (ожидаемые графики);
  
• 
  список используемой литературы и содержание пояснительной записи.
  

• 
  повторить теоретический материал, изучавшийся ими при выполнении контрольных работ № 1 и № 2;
  
• 
  освоить новый материал, данный в приложении к курсовой работе.
  

• 
  процедуры и функции (приложение 1);
  
• 
  работа с текстовыми файлами (приложение 2);
  
• 
  работа с интегрированной математической системой MathCAD. Построение графиков (приложение 3).
  

• 
  величина «А» определяет вид входного сигнала Uвх(t) согласно табл. 4;
  
• 
  величина «Б» определяет вид электрической цепи (или ее передаточную характеристику Uвых(t) = f (Uвх) согласно табл. 5;
  
• 
  величина «В» определяет рассчитываемую характеристику выходного сигнала согласно табл. 6.
  

• 
  формирование массива отсчетов входного сигнала;
  
• 
  вычисление величины заданной характеристики W выходного сигнала (в данном случае такой характеристикой является максимальное значение выходного сигнала);
  
• 
  организация текстовых файлов и запись в них массивов отсчетов входного и выходного сигналов;
  
• 
  построение графиков входного и выходного сигналов.
  

then uout[i]:=4

else uout[i]:=(uin[i]-1)*(uin[i]-1);

end; {of procedure UOUT1}

{--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------}

{Описание функции нахождения максимальнго значения выходного сигнала}


function MAXI(n : integer;

uout : Array Type):real:

var

max: real;

i: integer;

begin

max:=uout[i];

for i:=2 to n do

if uout[i]>max

then max:=uout[i];

maxi:=max;

end; {of function MAXI}

{--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------}

{Описание процедуры записи массивов входного и выходного сигналов}

{на диск в файлы с именами f1.prn и f2.prn}


procedure WRITEINFO(n : integer;

uin, uout: Array Type);

var

f1, f2 : text;

I : integer;

begin

assign(f1, `f1.prn`); {связывание и открытие файлов}

assign(f2, `f2.prn`);

rewrite(f1);

rewrite(f2);

for i:=1 to n do

begin

writeln(f1,uin[i]:7:3); {запись в файлах}

writeln(f2,uout[i]:7:3);

end;

close(f1); {закрытие файлов}

close(f2);

end; {of procedure WRITEINFO}

{---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------}

{процедура вывода на экран результатов работы программы}


procedure REZULT(n : integer;

kl : byte;

uin, uout : Array Type);


var

i: integer;

begin

if kl=1 {признак вывода результатов на экран монитора}

then

begin

writeln(`Отсчеты входного сигнала`):

for i:=1 to n do

writeln(`uin[`.i.`]=`uin[i]:7:3; {вывод входных отсчетов}

writeln(`Отсчеты выходного сигнала`);

for i:=1 to n do

writeln(`uout[`.i.`]=`,uout[i]:7:3); {вывод вых. Отсчетов}

writeln(`Макс. Значение вых. Сигнала=`,MAXI(n,uout):7:3);

end

else

begin

writeln;

writeln;

writeln(`Программа закончила свою работу. Массивы`);

writeln(`входных и выходных отсчетов сформированы`);

writeln(`и записаны в файлы f1.prn и f2.prn соответственно`);

end

end; {of procedure REZULT}

{---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------}

var

n : integer;

kl : byte; {глобальные параметры, напрямую недоступные}

tn, tm, tk, Um : real; {ни одной из выше описанных процедур}

uin, uout : Array Type;


{----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------}

BEGIN {of main}

Circr;

Data(n, kl, tn, tm, tk, Um, Uin2);

Uin1 (n, kl, tn, tm, tk, Um, uin);

Uout1(n, kl, Uin2, uin, uout);

Writeinfo(n, uin, uout);

Rezult(n, uin, uout);

Readln

END. {of main}


Рис 3. Текст программы


^ Таблица идентификаторов

Таблица 1

Обозначение в задаче	Индентификатор	Назначение
	n	Текущее значение количества отсчетов входного сигнала
	kl	Признак-ключ, определяющие режим работы kl=1, если вывод на монитор, kl – любое другое число, например 0, если вывод в файл на диск
Uвх(t)	uin	Массив для хранения отсчетов входного сигнала
Uвых(t)	uout	Массив для хранения отсчетов выходного сигнала
tнач	tn	Начальный момент наблюдения входного сигнала
tкон	tk	Конечный момент наблюдения входного сигнала
tм	tm	Параметр входного напряжения Uвх(t). Граничная точка, отделяющая две ветви Uвх(t)
Uм	Um	Параметр входного напряжения Uвх(t). Входное напряжение, соответствующее моменту времени tм
t	t	Текущий момент времени
a	a	Коэффициент, появляющийся при переходе от графического изображения сигнала к его аналитическому виду
b	b
	del	Временной интервал между двумя соседними отсчетами входного сигнала
	i	Счетчик цикла
Uвх1	Uin2	Параметр передаточной характеристики
	max	Переменная для хранения максимального значения выходного сигнала
	f1, f2	Логические имена файлов

^ Таблица описания пользовательских подпрограмм

Таблица 2

Подпрограмма	Входные и выходные параметры	Назначение
procedure DATA (var n: integer; var kl: byte; var tn, tm, tk, Um, Uin2: real);	Все формальные параметры процедуры являются выходными (var – параметры)	Позволяет ввести с клавиатуры необходимые для решения задачи исходные данные и передать эти данные в другие подпрограммы
procedure UIN1 (n: integer; kl: byte; tn, tm, tk, Um: real; var uin:Arraytype);	n, kl, tn, tm, tk, Um – входные параметры. Используются процедурой при формировании массива входных отсчетов сигнала. uin – выходной var – параметр хранит значения отсчетов входного сигнала	Процедура формирует массив отсчетов входного сигнала, который в дальнейшем может быть использован в других подпрограммах
procedure UOUT1 n integer; kl: byte; Uin2: real; uin: Arraytype; var uout: Array Type);	n, kl, Uin2, uin – входные параметры процедуры, используемые при формировании массива выходных отсчетов сигнала. uout – выходной var –параметр, хранит значения отсчетов выходного сигнала	Процедура формирует массив отсчетов выходного сигнала, который в дальнейшем может быть использован другими подпрограммами
function MAXI(n: integer; uout: Array Type): real;	n и uout – входные параметры значения, с их помощью функция рассчитывает свое единственное значение – максимальное значение выходного сигнала	Функция находит максимальное значение выходного сигнала и возвращает его в точку вызова
procedure WRITEINFO (n: integer; uin, uout: Array Type);	n, uin, uout – входные параметры, которые процедура использует для проведения операции записи массивов входных и выходных сигналов в файлы на диск	Процедура записывает отсчеты входного и выходного сигналов в нужном формате в файлы f1.prn и f2.prn соответственно
procedure REZULT (n integer; kl: byte; uin, uout: Array Type);	n, kl, uin, uout – входные параметры, используемые процедурой для вывода результатов на экран монитора	Выводит результат работы программы на экран монитора, если пользователь ввел с помощью процедуры Data нужное значение признака kl=1

Пояснения к тексту программы


Предложенная для решения задача разбита на четыре основные части (подзадачи). Каждая из этих частей реализована в виде подпрограммы (процедуры или функции).

Ввод исходных данных, необходимых для решения задачи, выделен также в самостоятельную процедуру под именем DATA. В программе предусмотрен вывод результатов решения задачи на экран монитора по желанию пользователя (процедура REZULT).

Все подпрограммы разработаны в соответствии с принципом максимальной изоляции данных. Это значит, что любая из подпрограмм описана с использованием только формальных параметров и локальных переменных без ссылок на глобальные переменные, что позволяет сделать подпрограммы в некотором смысле универсальными, а также повысить их надежность за счет устранения их влияния друг на друга.


^ Процедура формирования массива входных отсчетов


Описание процедуры UIN1 смотри в тексте программы на рис.3.


Пояснения к тексту процедуры UIN1


После приведения входного сигнала Uвх(t) к аналитическому виду можно с помощью процедуры UIN1 сформировать массив входных отсчетов в заданных пользователем равноотстоящих точках диапазона наблюдения выходного сигнала.

Описание процедуры помещено в разделе деклараций основной программы. Это описание является «образцом действий», в соответствии с которым данная процедура будет выполняться каждый раз при вызове ее из основной программы. Имя процедуры - UIN1 задано в заголовке процедуры. В круглых скобках перечислен список формальных параметров. Шесть из них являются параметрами значениями, один – параметр – переменная, о чем свидетельствует стоящее перед ним зарезервированное слово var. Использование var-параметра в данном случае необходимо, так как в результате работы процедуры будет сформирован массив отсчетов входного сигнала, который в дальнейшем необходимо будет передать в процедуру формирования массива выходных отсчетов. Поэтому после выхода из процедуры UIN1 массив отсчетов входного сигнала должен быть сохранен, ибо без него невозможна дальнейшая работа других подпрограмм (см. прил. 1).

В разделе описаний локальных переменных var описаны текущее время t, два коэффициента «a» и «b», вычисляемые по выведенным выше формулам, шаг изменения временного интервала del, вычисляемый по формуле:

, i – счетчик цикла.

Раздел описания переменных внутри процедуры является описанием локальных параметров. Эти параметры доступны только внутри той процедуры, где они описаны (в данном случае внутри процедуры UIN1).

Результат работы переменных UIN1 – сформированный массив отсчетов входного сигнала.


^ Процедура формирования массива выходного отсчетов


Описание процедуры UOUT1 смотри в тексте программы на рис. 3.


Пояснения к тексту процедуры UOUT1


Список формальных параметров процедуры UOUT1 содержит входные параметры значения n, kl, Uin2, uin, необходимые для расчета и формирования массива выходных отсчетов. По сути эти параметры являются локальными и не сохраняют свои значения после выхода из процедуры; uout – является выходным var-параметром, следовательно, этот параметр сохранит все свои значения и после выхода из процедуры и может быть использован как главной программой, так и другими процедурами.

Связь подпрограмм с «внешним миром» осуществляется только с помощью var-параметров (или глобальных параметров) (см. прил. 1).

Результат работы процедуры UOUT1 – сформированный массив отсчетов выходного сигнала.


^ Функция для нахождения максимального значения выходного сигнала


Описание функции MAXI смотри в тесте программы на рис. 3.


Пояснения к тексту функции MAXI


Обратите внимание на заголовок функции и его отличия от заголовка процедуры. Имя функции MAXI. Результат работы функции – единственное значение, представляющее максимальное значение выходного сигнала. Этот результат передается в точку вызова функции из основной программы с помощью имени самой функции MAXI, поэтому в заголовке функции, задан тип этого результата (в данном случае MAXI:real).

Список формальных параметров состоит из входных параметров n и uout. Эти параметры заданы как параметры-значения (отсутствует служебное слово var). После выхода из функции нам понадобиться только одно единственное значение – max значение выходного сигнала, которые мы должны были найти в соответствии с заданием, поэтому последним оператором внутри функции стоит оператор присваивания, с помощью которого вычисленное значение максимума выходного сигнала присваивается переменной с именем функции MAXI, значение которого и будет передано затем в точку вызова функции.


Процедура записи массивов входного и выходного сигналов в файлы с именами f1.prn и f2.prn


Описание процедур WRITEINFO смотри в тексте программы на рис. 3.


Пояснения к тексту процедуры WRITEINFO


Имя процедуры – WRITEINFO. Список формальных параметров-значений состоит из входных параметров n, uin, uout.

В разделе локальных переменных введены описания двух файлов переменных f1 и f2 типа text. В разделе операторов этим файловым переменным f1 и f2 ставятся в соответствие физические файлы на диске с именами «f1.prn» и «f2.prn» соответственно. Это выполняется с помощью специальной процедуры assign. Имена файлов могут быть любыми, но они должны иметь расширение prn, так как в дальнейшем предполагается использование математической системы MathCD, которая для записи и чтения векторов и матриц использует файлы именно с этим расширением.

После окончания записи в файлы их необходимо закрыть с помощью процедуры close.


^ Процедура вывода на экран результатов работы программы


Описание процедуры REZULT смотри в тексте программы на рис. 3.


Пояснения к тексту REZULT

Список формальных параметров процедуры состоит из входных параметров-значений n, kl, uin, uout. Процедура выводит по определенному признаку результат работы программы на экран монитора. Это может быть контрольный расчет, выполненный студентом, или решение задачи при рабочем наборе исходных данных.

ЗАМЕЧАНИЕ: Для проверки контрольного расчета студент может воспользоваться окном наблюдения WATCH при проведении пошаговой отладки программы (функциональная клавиша F8).


^ Главная программа

Мы разбили задачу на ряд более простых самостоятельных подзадач, каждую из которых решали независимо друг от друга, реализовав их с помощью набора подпрограмм. Завершает работу над задачей написание главной программы, которая организует совместную работу всех подпрограмм, вызывая их в необходимой последовательности.


^ Контрольный расчет


Методические указания по выполнению контрольного расчета приведены в прил. 7.

В рассматриваемом варианте необходимо выбрать контрольный набор значений исходных данных для следующих величин: N, tнач, tм, tкон, Uм, Uвх1.

Величины tнач, tкон могут быть выбраны из соображений удобства вычислений. Выберем tнач = 1с, tкон = 7с. Количество расчетных точек N рекомендуется брать не менее 4. Выберем N = 4, при этом вычисления величин Uвх(t) и Uвых(t) выполняются для моментов времени t1 = tнач = 1с, t2 = 3c, t3 = 5c, t4 = tкон = 7с. Для контроля правильности реализации разветвления в подпрограмме формирования массива Uвх следует проверить, что при этом в вычислениях величины Uвх(t) использовались хотя бы по одному разу все приведенные при переходе от графика к аналитическому выражению формулы. Из формул видно, что при t = tнач и t = tкон не проверяется правильность формул, так как образуются нулевые сомножители. Поэтому необходимо выбрать значения величины tм таким образом, чтобы вычисления для t = t2 выполнялась формула Uвх(t) = b(tкон – t). С этой целью выбираем tм = 4с. (см. рис. 4).




Рис. 4. Вычисленные значения входного и выходного сигнала для контрольного расчета


Аналогично проверяется подпрограмма формирования массива Uвых. Значение величины Uм, влияющее на амплитуду входного напряжения Uвх(t), выбирается так, чтобы среди отсчетов величины Uвх(t) были значения, меньше Uвх1 и не меньше Uвх1, с тем чтобы проверить расчетные формулы обеих ветвей выходного сигнала. Выберем Uм = 6В, Uвх1 = 3В. Результаты вычислений элементов массива Uвх и Uвых приведены в табл. 1.

В подпрограмме-функции определения Umax для поверки ветвей алгоритма необходимо, чтобы максимум функции Uвых(t) не находился на границах интервала [tнач, tкон]. Как видно из рис. 4 b в рассматриваемом варианте это требование выполняется. Из таблицы вычислений видно, что для контрольного расчета максимальное значение Uвых(I) равно Umax = 9В.


^ Таблица вычислений

Таблица 3

Назначение набора	Набор данных						Ручные вычисления				Вычисления на ЭВМ
	N	tнач	tкон	tм	Uм	Uвх1	I	Uвх(I)	Uвых(I)	Umax	I	Uвх(I)	Uвых(I)	Umax
Контрольный	4	1	7	4	6	3	1 2 3 4	0 4 4 0	4 9 9 4	9
Рабочий		0,5	6	2,5	20,5	3

^ Выполнение программы при рабочем наборе исходных данных


Для рабочего набора исходных данных tнач = 0,5с; tм = 2,5с; tкон = 6с; Uм = 20,5В; Uвх1 = 3В берутся из таблицы вычислений. Остается выбрать величину n. Рекомендуется выбрать начальное значение n, совпадающее со значением n, взятым при контрольном расчете. В нашем случае n = 4. Далее выполняя расчеты для реального необходимого количества точек.


ЗАМЕЧАНИЕ: После успешного завершения работы над программой отсчеты массивов входного и выходного сигналов помещены в файлы f1.prn и f2.prn. На этом работа в системе Turbo Pascal (Borland Pascal) считается оконченной. Студенты запускают систему MathCAD и работают в ней над построением графиков входного и выходного сигналов в полном соответствии с рекомендациями, помещенными в приложении 3. Результаты работы демонстрируются преподавателю и заносятся в пояснительную записку в виде двух графиков. На этом выполнение курсовой работы можно считать завершенным.

Скачать 483,05 Kb.

оставить комментарий

страница	1/4
Дата	03.10.2011
Размер	483,05 Kb.
Тип	Методические указания, Образовательные материалы