«Санкт-петербургский государственный университет телекоммуникаций им. Проф. М.А. Бонч-Бруевича»

Курсовая работа по программированию “Анализ сигнала на выходе электрической цепи”

Выполнил:

Капралов Савва,

студент группы ИКПИ-31.

Принял:

Преподаватель Козин С.В.

Санкт-Петербург, 2014 год.

Содержание

1. Цель работы

2. Описание работы

3. Анализ поставленной задачи

4. Структура программы

5. Тестирование программы

6. Заключение

7. Исходный код

Цель работы

Целью этой курсовой работы является получение навыков в разработке программного обеспечения на языке C, а также анализ и решение поставленной задачи и обоснование выбранных методов реализации программы.

Описание задачи:

Имеется электрическая цепь, на вход которой подаётся определённый сигнал Uвх. Необходимо по заданному входному сигналу определить сигнал на выходе цепи ( Uвых )

Входной сигнал задаётся на временном отрезке в соответствии с графиком:

Рабочий набор:

T нач = 0

t кон = 20

t1 = 10

a = 50В

b = 0.75 1/c

c = 5 1/c

Сигнал на выходе формируется в соответствии с передаточной характеристикой:

Рабочий набор:

U1 = 20 В

U2 = 100 В

Также требуется рассчитать длительность переднего фронта входного и выходного сигнала .

Анализ поставленной задачи

Рассмотрим график входного сигнала. Он описывается данной функцией:

На промежутке от t нач до t1: Uvx(t) =

На промежутке от t 1 до t кон: Uvx(t) =

Выходной сигнал описан функцией, которая зависит от входного сигнала:

Очевидно, что на графике отражены две функции. Одна из них описывается уравнением:

Uвых(Uвх) = U1 / U2 * Uвх

Вторая формула:

Uвых(Uвх) = U2

Таким образом, можно ввести систему уравнений для выходного сигнала:

Uвых ( Uвх ) = U1 / U2 * Uвх при Uвх < U1

Uвых( Uвх ) = U2, при Uвх > U1

Таким образом, график функции Uвых(Uвх(t)) будет выглядеть вот так:

Разработка структуры программы

Программа разбита на функции, выполняющие свои задачи. Функции будут сгруппированы в модули, решающие схожие задачи. Возможны раличные вариант организации структуры – программа может состоять из единственного файла, но гораздо целесообразнее разбить ее на модули. Разбиение на модули может происходить по-разному, но исходя из задач программы, в которые входит, помимо вычислений, и работа с файлами, как для ввода, так и для вывода данных, были выделены главный модуль, являющийся связующим звеном и содержащий меню программы, модуль, отвечающий за вычисления и модуль, отвечающий за работу с файлами. Роль массивов в реализации функций программы существенна –эта структура данных, представляющая собой набор элементов одного типа, позволяет нам с легкостью хранить и обращаться к данным программы независимо от их объема. Программа состоит из следующих модулей:

Заголовочный файл mainheader.h

Здесь описываются директивы препроцессора и глобальные определения, необходимые для работы программы – объявления функций и глобальных переменных.

Модуль main.сpp

Содержит объявления всех глобальных переменных, функцию main() а также функции input_data() и display_data()

Глобальные переменные:

Массивы времени, входных и выходных данных double time[N];

double Uvx[N];

double Uvix[N];

Переменные рабочего набора

double t_begin = 0, t_end = 20, t_1 = 10;

double a = 50, b = 0.75, c = 5;

double U1 = 20, U2 = 100;

Функция main() является главной связующей между всеми модулями и функциями программы. В ней объявляются массивы данных и переменные рабочего набора и содержится главный цикл, который выполняется до тех пор, пока пользователь не выберет опцию выхода.

void Input_data() – функция, позволяющая ввести рабочие данные.

void display_data() – функция, выводящая на экран массивы времени, входного и выходного напряжения в виде таблицы.

Модуль calc.cpp

В этом модуле содержатся все функции вычислений.

void form_time() – функция, формирующая массив времени

void form_Uvx() – функция, формирующая массив входных данных

void form_Uvix() – функция, формирующая массив выходных данных

void getfront( double arr[N], frontside side ) – рассчитывает и выводит на экран тип и длительность указанного в переменной side фронта, где side – enumeration, принимающий значения LEFT и RIGHT

Модуль file_io.cpp

void read_data() – читает набор данных из файла data.txt

void write_data() – записывает в файл data.txt рабочие данные и массивы времени, входного и выходного напряжения в виде таблицы.

void output_arrays() – выводит массивы времени, входного и выходного напряжения в виде таблицы.в файлы array_time.txt, array_Uvx.txt и array_Uvix.txt в формате, удобном для чтения в программе Maxima.

Тестирование программы

Тесты, подтверждающие правильность работы программы. Рассчёты сделаны в wxMaxima.

Большой сигнал (а = 50)

time	Uvx	Uvx Maxima	Uvix	Uvix Maxima
0	0.00000	0	0.00000	0
2	38.84349	38.843	100.00000	100
4	47.51065	47.511	100.00000	100
6	49.44455	49.445	100.00000	100
8	49.87606	49.876	100.00000	100
10	49.97235	49.972	100.00000	100
12	0.00227	0.00227	0.01135	0.0113
14	0.00000	1.03055*10^-7	0.00000	5.15274*10^-7
16	0.00000	4.67878*10^-12	0.00000	2.33939*10^-11
18	0.00000	2.12417*10^-16	0.00000	1.06209*10^-15
20	0.00000	9.64375*10^-21	0.00000	4.82187*10^-20

Малый сигнал (а = 0.75)

Time	Uvx	UvxMaxima	Uvix	UvixMaxima
0	0	0	0	0
2	0.5826524	0.583	2.9132619	2.9133
4	0.7126597	0.713	3.5632985	3.5633
6	0.7416683	0.742	3.7083413	3.7083
8	0.7481409	0.748	3.7407047	3.7407
10	0.7495852	0.75	3.7479259	3.7479
12	0.0000340	3.40457*10^-5	0.0001702	1.70229*10^-4
14	0.0000000	1.54582*10^-9	0.0000000	7.72911*10^-9
16	0.0000000	7.01817*10^-14	0.0000000	3.50909*10^-13
18	0.0000000	3.18626*10^-18	0.0000000	1.59313*10^-17
20	0.0000000	1.44656*10^-22	0.0000000	7.23281*10^-22

Заключение

Поставленная задача успешно проанализированна и решена, получены навыки разработки программного обеспечения на языке C, а также навыки отладки и тестирования программы. Так как программа имеет модульную структуру, легко осуществить ее возможное расширение. Например, возможно добавить графический интерфейс переписав меню, но не затрагивая остального кода; также программа может быть адаптирована под решение более сложной задачи путем расширения соответсвующих функций вычислений.

Использованная литература:

Б. Керниган, Д. Ритчи – «Язык программирования С»

Герберт Шилдт – «Полный справочник по С»