Порядок выполнения работы
Задача: для ВИ, созданного в предыдущий лабораторной работе, разработать программу вычисления среднего значения температуры по заданному количеству измеренных значений N, выбора и индикации максимального и минимального значений; обработку и воспроизведение результата выполнять по команде оператора; разработать программу построения гистограммы распределения измеренных значений температуры для реализаций выборок размера N.
1. Вызовите ВИ, созданный в предыдущий лабораторной работе. Используя безусловный цикл, сформируйте массив измеренных значений температуры, содержащий N элементов. Для этого вызовите структуру безусловного цикла Functions » Structures » For Loop и охватите ею все элементы внутри условного цикла (за исключением выключателя ВИ). На передней панели установите цифровой дисплей для ввода количества итераций цикла, которые обозначьте «Число усреднений». Присоедините терминал дисплея количества итераций к терминалу N структуры безусловного цикла. С помощью указателя мыши в виде катушки, соедините вывод ПВИ измерения температуры с границей цикла. При этом будет сформирован туннель, который будет накапливать значение температуры в одноизмеримый массив. Для этого установите режим его работы из автоиндексированием. Этот режим устанавливается через контекстное меню туннеля и обозначается квадратными скобками внутри туннеля. Следует отметить, что при отключенном режиме автоиндексирования (туннель целиком закрашен) данные, передаваемые внешним устройствам на выходе циклической структуры, формируются только при выполнении последней итерации цикла. Установите значение размера массива измеренных значений температуры N=20 с помощью дисплея «Число усреднений».
2. Выведите значение массива температурных измерений на графический индикатор. Установите дисплей графического индикатора Waveform Graf на передней панели ВИ. Подключите терминал графического индикатора за пределами безусловного цикла к туннелю, который содержит массив. Включите ВИ на выполнение и исследуйте разность вывода температурных значений на индикаторы Waveform Chart и Waveform Graf. Отличия занесите в протокол.
3. Сформируйте и проведите настраивание X и Y шкал графических индикаторов. Нажмите ПКМ на графическом индикаторе и выберите из контекстного меню опцию X(Y) Scale » Formatting. Появится диалоговое окно, которое разрешает устанавливать разные стили изображения Х(Y)-шкалы, линейный или логарифмический масштаб, разные опции сеток на экране индикатора (вид сеток, цвет), формат и точность отображения чисел на шкале, цену распределения шкалы. Зарисуйте и занесите в протокол стили шкал, форматы отображения чисел, нанесите сетку на экран, измените ее цвет. Измените масштаб и форму изображения шкал. Восстановите исходный стан опций шкал и закройте окно.
4. Вычислите среднее значение температуры по формуле:
,
где Т, − i элемент массива результатов измерений, общее количество которых представляет N.
Установите другую структуру безусловного цикла за пределами условного цикла While Loop для выполнения последовательного ввода элементов массива и выполнения операции их усреднения. Терминал количества циклов структуры при этом оставьте неопределенным, а количество итераций выполнения программы внутри цикла задайте размером массива. Это позволит обрабатывать массивы разных размеров даже тогда, когда их размер не определен заранее. Для выполнения операции усреднения в пределах безусловного цикла постройте накапливающий сумматор, который в каждом такте итерации будет в текущем режиме суммировать элементы массива результатов измерений. Затем вычисленную сумму поделите на число элементов суммирования. Таким образом, после выполнения последней итерации усреднения будет вычислено нужное значение средней температуры.
Установите сумматор, делитель и пару шифтов (входной и выходной) на границах структуры. Подключите выход сумматора к правому шифту, один его вход − к левому, а на второй вход последовательно в каждой итерации цикла подайте по-одном элементу массива. На выходе сумматора после выполнения очередной итерации будет получена сумма всех элементов массива, которые поступили на сумматор. Таким образом, с помощью сумматора, шифтов и циклической структуры получим устройство, которое называется накапливающий сумматор. Количество итераций усреднения определите с помощью терминала текущей итерации i. Следует помнить, что подсчет количества выполненных итераций начинается с 0. Поэтому для определения количества выполненных итераций суммирования (усреднения) увеличьте значение текущей итерации на единицу (например, с помощью функции Increment). Разделите накопленную сумму из выхода сумматора на число итераций и получите среднее значение температуры.
Подключение массива значений температуры осуществите через туннель на границе структуры безусловного цикла усреднения. Установите режим работы туннеля − с автоиндексированием (квадратные скобки внутри туннеля). При этом ввод элементов массива выполняется последовательно, а количество итераций усреднения определяется размером массива. Для начальной инициализации левого шифта к нему вне циклической структуры подключите константу с нулевым значением (в противном случае последнее значение шифта после выхода из цикла сохраняется к следующему обращению к циклической структуре).
Выведите среднее значение температуры из выхода правого шифта на цифровой дисплей передней панели, которой присвойте имя «Среднее». Данные на выходе шифта появляются только после завершения работы циклической структуры. Отметьте, как изменяется толщина проводника, который передает данные значений температуры от ПВИ измерение температуры к накопительного сумматора.
Запустите ВИ и проверьте работоспособность узла усреднения для разных длительностей реализации измеренных температур, зависящих от числа N. Проанализируйте зависимость отклонения (погрешности) среднего значения от значения температуры, заданной при моделировании, для наблюдений различной продолжительности (N=10, 50, 100). Результаты оформите в виде таблицы.
5. Выстройте схему управления процессом выполнения операции усреднения с помощью кассетной структуры. Вызовите кассетную структуру и охватите ею безусловный цикл усреднения. Установите на передней панели кнопку «Пуск усреднения» и подключите терминал кнопки к селектору кассетной структуры. Установите на передней панели световой индикатор «Готово» для индикации окончания процесса усреднения. Разместите терминал индикатора вне кассетной структуры. На странице True кассетной структуры разместите логическую константу Т и соедините ее с терминалом индикатора. Тогда во время выполнения операции усреднения световой индикатор будет включен. Соединяющий туннель на границе структуры будет не закрашен, что свидетельствует о неопределенности состояния туннеля на других страницах кассетной структуры. Переключитесь на страницу False, установите логическую константу F и соедините ее с туннелем, который должен теперь закраситься. Это обеспечит выключение светового индикатора при выключении процесса усреднения.
Запустите ВИ и с помощью кнопки «Пуск усреднения» выполните управление процессом усреднения. Измените механизм действия кнопки. Дайте рекомендации из выбора механизма действия кнопки для разового выполнения режима усреднения.
6. Определите максимальное и минимальное значения температуры в избранном массиве измеренных значений размером N. Установите в пределах безусловного цикла усреднения два устройств, которые выполняют функции сравнения и сортировки двух чисел Мах&Міп в меню Functions » Comparison. Установите по одной пари шифтов для каждого из этих устройств сортировки. Подключите элементы массива, которые поступают, до одного из входов каждого устройства сортировки. На другие входы подключите соответствующие левые шифты, один из которых имеет начальную инициализацию 0 (минимально возможная температура), а другой − 100 (максимально возможная температура). Инициализацию выполните константами, подключенными по левую сторону от шифтов вне циклической структуры. Сделайте правильное подключение выходов сортировщиков к правым шифтам для выделения максимального и минимального значения температур из массива, который поступает. Установите и подключите цифровые дисплеи Min и Max для отображения этих значений. Запустите ВИ и проверьте правильность работы сортировщика значений температуры. При необходимости выполните отладку ВИ в пошаговом режиме. Объясните работу сортировщика.
7. Постройте гистограмму статистического распределения измеренных величин в реализации продолжительностью N. Вызовите на функциональную панель функцию построения гистограмму Functions » Mathematics » Probability and Statistics » Histogramm. Установите графический индикатор XY Graf на передней панели ВИ. Установите цифровой дисплей для ввода числа интервалов разбивки диапазона изменения температур в исследуемом массиве. Все вызванные терминалы установите в пределах условного цикла, но за пределами других структур. Подключите исследуемый массив и терминал цифрового дисплея к функции построения гистограмм. Выходы функции гистограмм подключите к графическому индикатору через функцию объединения Bundle, учитывая положение входов координат X и Y при формировании гистограммы (смотрите схему подключения в окне контекстной помощи). Выберите нужное количество интервалов разбивки гистограммы и объем выборки, которая анализируется. Запустите ВИ и наблюдайте гистограмму, соответственно выбрав режим ее отображения с помощью меню графического дисплея.
8. Сохраните разработанное ВИ. Распечатайте переднюю панель и функциональные схемы ВИ и ПВИ для оформления протокола. Занесите в протокол выводы, рекомендации и результаты исследования случайного процесса измерения температуры.