Мошкин В. В.. Программное и алгоритмическое обеспечение систем сбора и обработки данных. Методические указания по выполнению курсовых работ

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «МИРЭА Российский технологический университет»

(РТУ МИРЭА)

Мошкин В. В.

Программное и алгоритмическое обеспечение систем сбора и обработки данных

Методические указания по выполнению курсовых работ

Москва 2020

3

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Выполнение курсовой работы является формой самостоятельной работы обучающихся под руководством преподавателя.

Основной целью курсовой работы является формирование и закрепление, компетенций путем практического использования знаний, умений и навыков, полученных обучающимися в рамках теоретического обучения, а также выработка самостоятельного творческого подхода к решению конкретных профессиональных задач.

При выполнении курсовой работы по дисциплине «Основы разработки прикладного программного обеспечения» решаются следующие задачи:

закрепление и углубление теоретических знаний обучающихся в области разработки алгоритмов;

получение обучающимися практических навыков разработки прикладных программ в среде LabVIEW;

получение навыков самостоятельной работы с литературой;

ознакомление с основными требованиями государственных стандартов (ГОСТ) и единой системы оформления конструкторской документации (ЕСКД);

выработка умения четко и кратко излагать суть решаемой проблемы, и обосновывать принятые решения.

2. ТЕМАТИКА КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Тематика заданий определяется рабочей программой дисциплины «Основы разработки прикладного программного обеспечения» и ориентирована на закрепление навыков разработки прикладных программ в среде графического программирования LabVIEW.

Каждый обучающийся получает индивидуальное задание на выполнение курсовой работы, которое содержит:

название темы разработки;

исходные данные для разработки;

перечень вопросов, подлежащих разработке, и обязательного графического материала.

Обучающийся имеет право выбора темы курсовой работы из предложенного кафедрой списка. Он также может предложить свою тему при условии обоснования ее целесообразности.

4

Примерные темы курсовых работ

1.Программа шифрования текстового файла. На интерфейсе пользователя должны быть представлены элементы обеспечивающие: 1. выбор режима работы (шифрование или дешифрование); 2. ввод ключа для шифрования или дешифрования; 3. ввод пути к исходному файлу; 4. ввод пути к конечному файлу;

5.отображение содержимого исходного и конечного файлов. Содержимое исходного и конечного файлов должны отображаться в отдельных окнах.

2.Программа синтеза периодического сигнала. Результирующий сигнал синтезируется по заданному набору из 10 гармоник. Амплитуда и фаза каждой гармоники регулируется на лицевой панели с помощью ползунковых регуляторов. При построении блок-диаграммы использовать математические функции из палитры Functions » numeric. Результаты синтеза отобразить в графической форме.

3.Программа моделирования амплитудного детектора. Программа должна формировать амплитудно-модулированный сигнал в формате Waveform и выделять его огибающую с использованием преобразования Гильберта «Fast Hilbert Transform.vi». На лицевой панели должны отображаться: исходный сигнал, продетектированный сигнал, элементы управления для задания параметров исходного сигнала (частота, амплитуда и фаза несущего и модулирующего сигналов).

4.Программа гармонического анализа периодического сигнала. Программа должна определять спектральный состав исходного периодического сигнала, представленного в формате Waveform и загружаемого из набора файлов на диске. Для вычисления амплитуд и фаз спектральных составляющих сигнала использовать разложение функции в ряд Фурье. На лицевой панели должны отображаться: исходный сигнал, амплитудно-частотная и фазочастотная характеристики исходного сигнала, а также элементы управления для выбора и загрузки файла с сигналом.

5.Программа расчета распределения магнитного поля соленоида. Программа должна рассчитывать и строить на графике распределение индукции магнитного поля на оси однослойной катушки (соленоида). Для расчета использовать формулу поля кругового тока. На лицевой панели предусмотреть ввод следующих параметров: 1– диаметр каркаса катушки, 2– длина катушки, 3– диаметр провода, 4– число витков обмотки, 5– сила тока в обмотке катушки. Диапазон изменения координаты вдоль оси катушки равен удвоенной ее длине.

6.Программа расчета биоритмов человека. Программа должна рассчитывать и строить на графике интеллектуальный, эмоциональный и физический

5

циклы человека по заданным на лицевой панели параметрам: 1- дата рождения; 2- дата начала исследуемого интервала времени; 3- дата окончания исследуемого интервала времени. На экран должны также выводиться критические даты для каждого из циклов.

7.Программа сложения гармонических сигналов. Программа должна, моделировать процесс сложения двух гармонический сигналов, значения амплитуды, частоты и фазы которых регулируются с помощью ползунковых регуляторов на лицевой панели. Полученный сигнал должен отображаться на графическом индикаторе.

8.Программа построения фигур Лиссажу. Программа должна демонстрировать построение на двухкоординатном осциллографическом индикаторе фигур Лиссажу. Программа должна содержать два формирователя гармонических сигналов с дискретными значениями частот: F, 2F, 3F, 4F. Один из формирователей должен обеспечивать плавное регулирование частоты колебаний в преде-

лах 50% от выбранного значения.

9.Программа изменения яркости и контрастности фотографии. Программа должна редактировать яркость и контрастность графического изображения, загружаемого из файла формата BMP. Для редактирования цвета предусмотреть возможность изменения каждой цветовой составляющей изображения – R, G и B в диапазоне от 0 до 200% от исходного значения. Результат редактирования должен сохраняться в файл на диске. На интерфейсе пользователя должно быть представлено: 1. путь к исходному файлу; 2. путь к конечному файлу; 3. исходное и измененное изображения.

10.Программа аппроксимации экспериментальных данных. Программа должна сглаживать полиномом степени m (m=1…5) экспериментальные данные, представленные в виде массива координат точек на плоскости. Исходный массив задается вручную с клавиатуры или вводится из файла. Степень полинома задается элементом управления на лицевой панели. Использовать вирту-

альный подприбор General Polynomial Fit.VI из палитры Analysis>>Curve Fitting. Исходный массив и сглаживающая кривая должны строиться на одном графике. Коэффициенты сглаживающего полинома должны выводиться на лицевую панель в виде массива.

11.Программа определения взаимного расположения прямых линий. Про-

грамма должна определять угол между двумя прямыми в пространстве. Каждая прямая задается точкой в пространстве Мi(xi,yi,zi), через которую она проходит, и направляющим вектором s(mi,ni,pi), которому она параллельна (i=1,2). Программа должна идентифицировать и выводить сообщение о следующих си-

6

туациях: 1- принадлежность двух прямых одной плоскости; 2- перпендикулярность двух прямых; 3- параллельность двух прямых; 4.-совпадение двух прямых; 5- скрещивание двух прямых; 6- пересечение двух прямых.

12.Программа моделирования колебательного контура. Программа должна моделировать работу последовательного LC колебательного контура с затуханием при подаче на него гармонического напряжения. Предусмотреть отображение в графической форме амплитудно-частотной характеристики контура. Параметры контура и величина его затухания должны регулироваться на лицевой панели.

13.Программа просмотра графических файлов. Программа должна выводить на графический индикатор изображение файлов формата JPG. Реализовать следующие режимы работы: 1- выбор картинки из списка; 2- последовательный просмотр картинок в ручном режиме по очереди вперед или назад; 3- слайдшоу с возможностью просмотра вперед, назад и со случайным выбором; 4- изменение времени отображения картинки в режиме слайд-шоу. Под картинкой должна выводиться справочная информация о ней: 1- ширина изображения; 2- высота изображения; 3- размер картинки в байтах.

14.Программа редактирования графических файлов. Программа должна редактировать изображения в формате JPG. Слева отображается исходная картинка, справа – результат преобразования. С помощью манипулятора мышь при нажатой левой кнопке выделяется фрагмент исходного изображения. После отпускания кнопки мышки фрагмент отображается в окне справа. Предусмотреть возможность масштабирования вырезанного изображения. На лицевой панели должно быть представлено: 1- путь к файлу исходной картинки; 2- путь для сохранения вырезанного фрагмента; 3- параметры исходного и полученного изображений (ширина изображения, высота изображения, размер картинки в байтах.

15.Программа моделирования движения заряженной частицы. Программа должна моделировать движение заряженной частицы (электрона) в электростатическом поле системы из двух одинаковых конденсаторов, расположенных на одной линии на расстоянии, равном длине пластин. Предусмотреть возможность изменения начальной скорости частицы, угла, под которым частица влетает в пространство между обкладками первого конденсатора, напряжения на каждом конденсаторе и полярности подключения источников питания.

16.Программа редактирования звуковых файлов. Программа должна обеспечивать загрузку с диска, воспроизведение, а также редактирование звуковых файлов формата WAV. Редактирование предусматривает копирование, выреза-

7

ние и вставку звуковых фрагментов. Содержимое звуковых файлов и редактируемых фрагментов должно отображаться на графиках Waveform Graph. Выделение фрагментов производится с помощью двух курсоров (начало и конец фрагмента). Предусмотреть окно вывода параметров звукового файла. Обеспечить возможность сохранения отредактированного файла на диск.

17.Программа рисования геометрических фигур. Программа должна выполнять функции графического редактора. Рисование выполняется мышью. Режим рисования выбирается из меню или с помощью кнопок на лицевой панели. Предусмотреть следующие режимы работы: 1- рисование точек; 2- рисование линий; 3- рисование прямоугольников; 4- рисование окружностей и эллипсов; 5- стирание изображения с помощью ластика; 6- полная очистка изображения. Предусмотреть возможность сохранения нарисованной картинки в файл в формате BMP.

18.Программа расчета магнитного поля катушек Гельмгольца. Программа должна рассчитывает распределение индукции магнитного поля на оси системы двух одинаковых однослойных катушек (катушки Гельмгольца). Для расчета использовать формулу расчета поля кругового тока. На лицевой панели должны задаваться следующие параметры: 1– диаметр каркаса катушек, 2– длина катушек, 3– диаметр провода, 4– число витков, 5– расстояние между катушками,

–сила тока в обмотках катушек (катушки включены последовательно). Распределение магнитного поля на оси катушек должно отображаться на графическом индикаторе.

19.Программа моделирование музыкального синтезатора. Программа должна моделировать работу музыкального синтезатора, имеющего 7 клавиш с чистыми нотами от «ДО» до «СИ» и 5 клавиш с полутонами (фрагмент клавиатуры фортепиано) в пределах одной октавы. Предусмотреть возможность переключения номера октавы. Для повышения наглядности работы модели рекомендуется использовать мнемонические схемы, информационные табло, графические или символьные индикаторы, а также их комбинации.

20.Программа определения статистики текстового файла. Программа должна загружать с диска текстовый файл (формат *.txt), выводить его в окне текстового индикатора и определяет статистику, т.е. подсчитывает число букв, слов, знаков и абзацев. Результаты должны отображаться на соответствующих индикаторах на лицевой панели. Предусмотреть возможность поиска и выделения в тексте заданного слова.

21.Программа моделирования движения планет. Программа должна моделировать и отображать в графической форме движение планет вокруг Солнца с

8

учетом, что движение планет происходит в одной плоскости. Траектории движения планет следует изобразить точечными линиями. Соотношение размеров планет и скоростей их движения должны соответствовать реальности. Все движущиеся планеты и солнце должны иметь отличающиеся цвета.

22.Программа управления подъемной платформой. Программа должна моделировать процесс управления подъемной платформой. Подъемная платформа может перемещаться вверх (кнопка «Вверх») или вниз (кнопка «Вниз»). Если конечное положение достигнуто, вырабатывается звуковой сигнал и движение возможно только в противоположном направлении. Остановка движения платформы осуществляется нажатием кнопки «Стоп». После остановки в промежуточном положении движение возможно в любую сторону. Для повышения наглядности работы системы рекомендуется использовать мнемонические схемы, информационные табло, графические или символьные индикаторы, а также их комбинации.

23.Программа спектрального анализа звукового сигнала. Программа должна загружать звуковой сигнал, хранящийся в файле формата WAV и вычислять его спектр в диапазоне частот от 20 Гц до 20 кГц. Изображение спектра сигнала должно отображаться на графическом индикаторе. Предусмотреть возможность измерять параметры (частота, амплитуда и фаза) спектральных линий сигнала, выбираемых с помощью курсоров. Результаты измерений должны отображаться в цифровой форме на лицевой панели.

24.Программа моделирования работы эквалайзера. Программа должна загружать звуковой сигнал, хранящийся в файле формата WAV и выполнять его эквализацию, т.е. усиливать или ослаблять частотные составляющие сигнала в каждой из заданных полос эквалайзера. Должно быть реализовано не менее 10 полос. Предусмотреть отображение органов управления и частотной характеристики эквалайзера на лицевой панели. Обработанный эквалайзером сигнал должен сохраняться в файл на диске для дальнейшего воспроизведения сред-

ствами Windows.

25.Программа моделирования работы ревербератора. Программа должна загружать звуковой сигнал, хранящийся в файле формата WAV и выполнять его реверберацию, т.е. наложение на исходный сигнал эхо-сигнала, полученного в результате задержки и изменения уровня и времени затухания исходного сигнала. Органы управления работой ревербератора и осциллограммы исходного и обработанного сигналов должны отображаться на лицевой панели. Обработанный ревербератором сигнал должен сохраняться в файл на диске для дальнейшего воспроизведения средствами Windows.

9

3. ТРЕБОВАНИЯ К КУРСОВОЙ РАБОТЕ

Содержание курсовой работы должно строго соответствовать заданию на ее выполнение. Общий объем Работы, как правило, не должен быть менее 15 и не более 50 листов.

Курсовая работа состоит из расчетно-пояснительной записки и графической части.

Расчетно-пояснительная записка представляет собой текстовый документ, оформленный в соответствии с требованиями ЕСКД на листах формата А4 в печатном виде.

Графическая часть должна состоять из иллюстраций в тексте, схемы алгоритма, принципиальной схемы спроектированного устройства, выполненных на листах формата A4 или А3 и, если это необходимо, временных диаграмм работы устройства.

Пояснительная записка должна иметь следующую структуру:

титульный лист;

задание на выполнение курсовой работы;

реферат;

содержание;

перечень сокращений, условных обозначений, единиц, терминов;

введение;

основная часть работы;

заключение (или выводы);

список использованных источников;

приложения.

Титульный лист

Титульный лист Работы оформляется по установленному образцу, приведенному в Приложении 1.

Задание на выполнение курсовой работы

Типовая форма задания на выполнение курсовой работы приведена в Приложении 2.

Реферат

Реферат курсовой работы (рекомендуемый объем 1-2 стр.) представляет собой краткое изложение содержания Работы с основными выводами и рекомендациями. Требования к оформлению реферата изложены в ГОСТ 7.32-2001.

10