Анализ сигнала на выходе электрической цепи. Курсовая работа. Радионов Н.В (2). Курсовая работа Анализ сигнала на выходе электрической цепи Передаточная характеристика 7 вариант Входной сигнал 3

• Название: Курсовая работа Анализ сигнала на выходе электрической цепи Передаточная характеристика 7 вариант Входной сигнал 3
• Анкор: Анализ сигнала на выходе электрической цепи
• Дата: 30.01.2022
• Размер: 366.33 Kb.
• Имя файла: Курсовая работа. Радионов Н.В (2).docx
• Тип: Курсовая; #346500

Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций

им. проф. М.А. Бонч-Бруевича

Факультет инфокоммуникационных сетей и систем

Курсовая работа
Анализ сигнала на выходе электрической цепи

Передаточная характеристика – 7 вариант

Входной сигнал – 3 вариант

Преподаватель: Новоженин А.В.

Выполнил: студент группы ИКПИ-93 Радионов Никита


Санкт-Петербург

2020 г.

Оглавление

Постановка задачи 3

Требования к работе 4

Организация работы программы 5

Организация программы, модуль “main.c” 5

Таблица идентификаторов 6

Функции модуля “functions.c” 8

Функция form_array_time 8

Функция form_array_U_input 9

Функция form_array_U_output 10

Функция min_value_index 11

Функция write_data 12

Функция text_menu 13

Функция welcome 14

Функция output_table 15

Функция parametr 16

Функция main 17

Приложение 1 18

Листинг модуля “main.c” 18

Листинг модуля “functions.c” 20

Тест программы 25

Тест 1 25

Расчёт параметра с заданной точностью: 26

Результат: 26

Тест 2 27

Расчёт параметра с заданной точностью: 28

Результат: 28

Заключение 29

Постановка задачи

Необходимо написать программу на ЭВМ, рассчитывающую значения входного и выходного сигналов с течением времени. Дополнительно необходимо высчитать время, при котором входное напряжение достигнет минимального значения с заданной точностью.



Входной сигнал описан аналитически:



Рабочий набор: U = 2B; a = 3; tнач = Пс; Tкон = 2Пс

Передаточная характеристика описана аналитически:



a = 5B; b = 0.05(1/B); Uвх1 = 10В

Требования к работе

Требования к коду курсовой работы следующие:

1. 
   Программа должна иметь модульное строение;
   
2. 
   Программа должна выводить значения в форме таблицы с заголовком вида:
   

N	Time	Uin	Uout

3. 
   Ввод входных данных должен быть организован с клавиатуры.
   
4. 
   Расчет временных характеристик. В данной работе рассчитываются импульсы входного и выходного сигналов электрической цепи;
   
5. 
   Запись результатов вычислений (в виде таблицы), входные данные и временные характеристики в файл, с установленным названием(“array_time.txt”, “array_input.txt”, “array_output.txt”).
   
6. 
   Чтение результатов предыдущих вычислений из файла;
   
7. 
   Построение графиков входного и выходного сигналов по результатам вычислений.
   
8. 
   Расчет значения параметра с заданной точностью.
   

Организация работы программы

Организация программы, модуль “main.c”

Программа будет выполнять две задачи: Чтение данных с клавиатуры, расчеты. Поэтому программа состоит из трёх файлов:

1. 
   main.c – файл, который хранит в себе главную, исполнительную функцию;
   
2. 
   functions.c – файл, который хранит в себе все необходимые функции;
   
3. 
   headears.h – заголовочный файл, который описывает функции;
   

Программа начинается с блока описания переменных, массивов и файлов, затем выводится приветственное сообщение, взятое из файла “welcome.txt”. Далее на экран выводится меню, с помощью вызова функции text_menu. Меню организовано с помощью команды switch. До тех пор, пока не будет введено значение «0» в ответ на запрос в главном меню. После работы с каждым пунктом, пользователю снова будет доступно главное меню, где он сможет дальше пользоваться программой.

Главное меню состоит из 5-ти пунктов:

1. 
   Контрольный расчет для n точек и вывод результата на экран – пользователю предлагается ввести количество точек для расчёта. После ввода n, программа запускает функции: form_array_time, form_array_U_input, form_array_U_output. Результатом работы данных функций является заполнение соответствующих массивом. Следом выполняется функция output_table, которая выводит на экран результат работы предыдущих функций, оформленный в виде вышеописанной таблицы.
   
2. 
   Расчет параметра с заданной точностью – этот пункт рассчитывает момент времени, когда входное напряжение достигнет минимального значения. пользователю предлагается ввести точность. Следом запускается функция parametr, которая рассчитывает значение параметра и выводит на экран результат своей работы. Результатом работы вышеупомянутой функции является таблица с пошаговыми вычислениями, с которыми пользователь может ознакомиться.
   
3. 
   Построение графика входного напряжения – после того, как пользователь перешел в этот пункт меню, будет произведена запись в файл “array_input.txt” данных из массива array_U_input посредством работы функции write_data. Затем, на основе данных из файла “array_input.txt”, будет вызвана функция system, которая запустит скрип graf_input.plt. В результате пользователь увидит график входного напряжения.
   
4. 
   Построение графика выходного напряжения – после того, как пользователь перешел в этот пункт меню, будет произведена запись в файл “array_output.txt” данных из массива array_U_output посредством работы функции write_data. Затем, на основе данных из файла “array_output.txt”, будет вызвана функция system, которая запустит скрип graf_output.plt. В результате пользователь увидит график выходного напряжения.
   

0. 
   Выход – при выборе этого пункта меню программа завершает свою работу.
   

Исходный код модуля main.c можно увидеть в приложении к курсовой работе.

Таблица идентификаторов

Название переменной	Тип	В функции	Начальное значение	Назначение
n	int	main	-	Количество измерений сигнала
temp_index	int		-	Хранит индекс
choice	int		-	Используется в switch-е
N	int		1000	#define, как максимально возможное n, для выделения памяти под массивы.
array_U_input[N]; array_U_output[N]; array_time[N];	double		-	Массивы входного, выходного сигналов и времени.
dt	double	form_array_time	-	Шаг изменения времени
tn	double		П	Начальное время
tk	double		2П	Конечное время
temp	double	(в нескольких)	-	Временная переменная
i	int		-	Для счетчика
u	double	form_array_U_input	2.0	Установленное значение
a	double		3.0	Установленное значение
uv1	int	form_array_U_output	10	Установленное значение
b	double		0.05	Установленное значение
a	int		5	Установленное значение
*f1,*f2,*f3	FILE	write_data	-	Файловая переменная.
p	double	parametr	-	Контроль точности
eps	double			Заданная точность
par	double		30	Начальное значение параметра
par1	double		-	Измененное значение параметра
n_local	int		-	Локальные переменные, созданные для предотвращения потери данных
array_time_local[]	double		-
array_U_input_local[]	double		-
array_U_output_local[]	double		-

Функции модуля “functions.c”

Функция_form___array___time'>Функция form_array_time

Назначение функции:

Формирование массива времени.

Исходные данные:

tn(начальное время) = Пс, tk(конечное время) = 2Пс

Блок-схема:



Разработка интерфейса:

Название form_array_time означает «формирование массива времени».

Алгоритм функции:

Высчитывает dt, после чего n раз высчитывает время и записывает в массив array_time

Функция form_array_U_input

Назначение функции:

Формирование массива входного напряжения.

Исходные данные:

u = 2, a = 3

Блок-схема:



Разработка интерфейса:

Название form_array_U_input означает «формирование массива входного напряжения».

Алгоритм функции:

Высчитывает n раз значение входного напряжения и записывает в массив array_U_input.

Функция form_array_U_output

Назначение функции:

Формирование массива выходного напряжения.

Исходные данные:

a = 5, b = 0.05, uv1 = 10

Блок-схема:



Разработка интерфейса:

Название form_array_U_input означает «формирование массива выходного напряжения».

Алгоритм функции:

Высчитывает n раз значение выходного напряжения в зависимости от значения входного и записывает в массив array_U_output.

Функция min_value_index

Назначение функции:

Поиск индекса массива, значение по которому является минимальным.

Исходные данные:

n, array_time[], array_U_input[]

Блок-схема:



Разработка интерфейса:

Название min_value_index означает «Индекс минимального значения».

Алгоритм функции:

Функция n раз сравнивает текущее значение с предыдущим и при необходимости перезаписывает счетчик.

Функция write_data

Назначение функции:

Запись данных в файл.

Исходные данные:

n, array_time[], array_U_input[], array_U_output[]

Блок-схема:



Разработка интерфейса:

Название write_data означает «Запись данных».

Алгоритм функции:

Функция n раз записывает в каждый из файлов значения из массивов array_time, array_U_input, array_U_output.

Функция text_menu

Назначение функции:

Выводит на экран меню выбора для пользователя.

Разработка интерфейса:

Название text_menu означает «Текст меню».

Блок-схема:



Алгоритм функции:

Функция выводит текст меню на экран.

Функция welcome

Назначение функции:

Выводит на экран информацию о работе и студенте.

Исходные данные:

Название файла – “welcome.txt”.

Блок-схема:



Разработка интерфейса:

Название welcome означает «Приветствие».

Алгоритм функции:

Пока не встретится конец файла, считывает символ и выводит его на экран.

Функция output_table

Назначение функции:

Выводит данные в виде таблицы

Исходные данные:

n, array_time[], array_U_input[], array_U_output[]

Блок-схема:



Разработка интерфейса:

Название output_table означает «Вывод таблицы».

Алгоритм функции:

Функция выводит шапку таблицы, а затем n раз данные.

Функция parametr

Назначение функции:

Расчёт параметра с заданной точностью.

Исходные данные:

p = 1, eps, par = 30, par1, temp_index, n, array_time[], array_U_input[], array_U_output[]

Блок-схема:



Разработка интерфейса:

Название parametr означает «Параметр».

Алгоритм функции:

Функция позволяют ввести значение eps(точность), на основе чего следом выполняются вычисления, пока условие будет верным.

Функция main

Назначение функции:

Главная функция

Блок-схема:

Приложение 1

Листинг_модуля_“'>Листинг модуля “main.c”

#include "functions.h"

#include "headers.h"

#include "functio"

#include “math.h”

#include

#include

#define _USE_MATH_DEFINES

#define N 10000

int main()

{

system("cls");

welcome();

int n;

int temp_index;

// double temp;

double array_time[N];

double array_U_input[N];

double array_U_output[N];

// MENU

int choice = -1;

while(choice != 0)

{

text_menu();

printf("Поле для ввода: ");

scanf("%d", &choice);

system("cls");

switch(choice)

{

case 1: // Расчет контрольных точек

// Ввод колличества точек

printf("Input n: ");

scanf("%d", &n);

// Формирование массивов значений

form_array_time(n, array_time);

form_array_U_input(n, array_time, array_U_input);

form_array_U_output(n, array_U_input, array_U_output);

// Вывод результат на экран

output_table(n, array_time, array_U_input, array_U_output);

system("Pause");

break;

case 2: // Расчет параметра

temp_index = min_value_index(n, array_time, array_U_input);

parametr(n, array_time, array_U_input, array_U_output);

system("Pause");

system("cls");

break;

case 3: // Построение графика входного напряжения

write_data(n, array_time, array_U_input, array_U_output);

system("gnuplot -persist graf_input");

break;

case 4: // Построение графика выходного напряжения

write_data(n, array_time, array_U_input, array_U_output);

system("gnuplot -persist graf_output");

break;

case 0: // Завершение работы

printf("Завершение работы");

break;

default:

printf("Неверное значение, попробуйте снова!\n");

break;

}

}

return 0;

}

Листингмодуля “functions.c”

void form_array_time(int n, double array_time[])

{

double dt;

double tn = M_PI, tk = 2 * M_PI;

dt = (tk - tn) / (n - 1);

for(int i = 0; i < n; i++)

{

array_time[i] = tn + i * dt;

}

}

void form_array_U_input(int n, double array_time[], double array_U_input[])

{

double temp; // Временная переменная

double u = 2.0;

double a = 3.0;

for(int i = 0; i < n; i++)

{

temp = u * exp(a * sin(array_time[i]));

array_U_input[i] = temp;

}

}

void form_array_U_output(int n, double array_U_input[], double array_U_output[])

{

double temp;

int a = 5;

double b = 0.05;

int uv1 = 10;

for(int i = 0; i < n; i++)

{

if(array_U_input[i] <= uv1)

{

array_U_output[i] = a;

}

else

{

array_U_output[i] = b * pow(array_U_input[i], 2);

}

}

}

int min_value_index(int n, double array_time[], double array_U_input[])

{

double temp = array_U_input[0];

int temp_index = 0;

for(int i = 0; i < n; ++i)

{

if(array_U_input[i] < temp)

{

temp = array_U_input[i];

temp_index = i;

}

}

return temp_index;

}

void write_data(int n, double array_time[], double array_U_input[], double array_U_output[])

{

FILE *f1,*f2,*f3;

f1=fopen("array_time.txt","w");

f2=fopen("array_input.txt", "w");

f3=fopen("array_output.txt", "w");

for(int i = 0; i < n; i++)

{

fprintf(f1,"%6.3lf\n", array_time[i]);

fprintf(f2,"%6.3lf %6.3lf\n",array_time[i], array_U_input[i]);

fprintf(f3,"%6.3lf %6.3lf\n",array_time[i], array_U_output[i]);

}

fclose(f1);

fclose(f2);

fclose(f3);

}

void text_menu()

{

printf("============================Меню выбора=================\n");

printf("|Введите 1, если необходимо получить контрольный расчет для n точек |\n");

printf("|Введите 2, если необходимо получить расчет параметра с заданной точностью |\n");

printf("|Введите 3, если необходимо построить график входного напряжения |\n");

printf("|Введите 4, если необходимо построить график выходного напряжения |\n");

printf("|Введите 0, чтобы завершить работу |\n");

printf("=============================================================\n");

}

void output_table(int n, double array_time[], double array_U_input[], double array_U_output[])

{

printf("N Time Uin Uout\n");

printf("______________________________\n");

for(int i = 0; i < n; i++)

{

printf("%d\t%6.3lf\t%6.3lf\t%6.3lf\n", i + 1, array_time[i], array_U_input[i], array_U_output[i]);

}

}

double parametr(int n, double array_time[], double array_U_input[], double array_U_output[])

{

double p = 1; // текущая погрешность

double eps;

double par = 30;

double par1;

int temp_index;

printf("Введите заданную точность: ");

scanf("%lf", &eps);

// Создание локальных переменных

int n_local = n;

double array_time_local[N];

double array_U_input_local[N];

double array_U_output_local[N];

// Копирования исходных массив во временные для предотвращение потери данных

for(int i = 0; i < n; i++)

{

array_time_local[i] = array_time[i];

array_U_input_local[i] = array_U_input[i];

array_U_output_local[i] = array_U_output[i];

}

// Расчет параметра по заданной точности

while(p > eps)

{

form_array_time(n_local, array_time_local);

form_array_U_input(n_local, array_time_local, array_U_input_local);

temp_index = min_value_index(n_local, array_time_local, array_U_input_local);

par1 = array_time_local[temp_index];

p = fabs(par - par1) / par1;

printf("n = %d\tparametr = %lf\tpogrechnost = %lf\n", n_local, par1, p);

par = par1;

n_local *= 2;

}

printf("...............................................................\n");

printf("%6.6lfс - Время при котором будет достигнуто "

"минимальное входное напряжение\n", par1);

printf("...............................................................\n");

}

void welcome()

{

FILE *f = fopen("welcome.txt","r"); // Открытие файла для чтения

char ch;

while (!feof(f)) // Считывание данных из файла до тех пор,

{

fscanf(f,"%c",&ch); // пока не найдено значение конца файла

printf("%c",ch);

}

fclose(f);

printf("\n"); // Закрытие файла

}

Тест программы

Для проверки программы используем тесты с разным количеством n.

Тест 1

n = 10
n Time Uin Uout

1 3.142 2.000 5.000

2 3.491 0.717 5.000

3 3.840 0.291 5.000

4 4.189 0.149 5.000

5 4.538 0.104 5.000

6 4.887 0.104 5.000

7 5.236 0.149 5.000

8 5.585 0.291 5.000

9 5.934 0.717 5.000

10 6.283 2.000 5.000
Графики:

Входной сигнал:



Выходной сигнал:

Расчёт параметра с заданной точностью:

Погрешность = 0.001

4.709931с - Время при котором будет достигнуто минимальное входное напряжение

Результат:

Выходное напряжение остаётся неизменным на всём промежутке данного времени.

Тест 2

n = 15
n Time Uin Uout

1 3.142 2.000 5.000

2 3.366 1.026 5.000

3 3.590 0.544 5.000

4 3.815 0.308 5.000

5 4.039 0.192 5.000

6 4.264 0.134 5.000

7 4.488 0.107 5.000

8 4.712 0.100 5.000

9 4.937 0.107 5.000

10 5.161 0.134 5.000

11 5.386 0.192 5.000

12 5.610 0.308 5.000

13 5.834 0.544 5.000

14 6.059 1.026 5.000

15 6.283 2.000 5.000

Графики:

Входной сигнал:



Выходной сигнал:

Расчёт параметра с заданной точностью:

Погрешность = 0.001

4.709110с - Время при котором будет достигнуто минимальное входное напряжение

Результат:

Выходное напряжение остаётся неизменным на всём промежутке данного времени.

Заключение

В процессе тестирования не было обнаружено ошибок. Результаты ручных и машинных вычислений совпадают, что свидетельствует о том, что программа составлена правильно.