Програмування на мові високого рівня при розв’язанні прикладної задачі на комп’ютері

Програмування на мові високого рівня при розв’язанні прикладної задачі на комп’ютері

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ОДЕСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Інститут радіоелектроніки та телекомунікацій

Кафедра електронних засобів та інформаційно-комп’ютерних технологій

КУРСОВА РОБОТА

з дисципліни: „Основи програмування та алгоритмічні мови"

Програмування на мові високого рівня при розв’язанні прикладної задачі на комп’ютері

Виконав студент гр.РК-091

Жмуд Є.В.

Керівник роботи

доц. Павлов О.Л.

Одеса ОНПУ 2012

Зміст

Вступ

Завдання на курсову роботу

. Розробка алгоритму рішення задачі

. Розробка програми на мові С++

. Тестування і налагодження програми

. Документування програми

Висновки

Список використаної літератури

Додатки

Вступ

В даній курсовій роботі буде представлено навички розробки, налагоджування, тестування і документування програми на мові високого рівня С++ при рішенні на ЕОМ прикладної інженерної задачі. Також ця робота служить для закріплення навичок використання апаратного і програмного забезпечення персонального комп’ютера.

Завдання на курсову роботу

Завдання на курсову роботу складається із загальної частини і індивідуального завдання. Загальна частина включає постановку конкретної прикладної задачі і опис методу її рішення. Індивідуальне завдання регламентує обов'язкові елементи, які повинні містити алгоритм і програма, що розробляється. У якості прикладної інженерної задачі для виконання даної роботи вибрана задача розрахунку резисторів мікросхеми. При цьому розрахункова методика відповідно спрощена і адаптована.

Резистори мікросхеми звичайно є смужками резистивної плівки різної форми. В даній роботі розглядаються тонкоплівкові резистори тільки двох видів: у формі прямокутника (мал.1) і у формі меандру (мал.2). Розрахунок резистора полягає у визначенні його розмірів (в мм) - довжини l і ширини b для прямокутного резистора (див. мал.1), ширини смужки b, відстані між смужками a, розмірів X і Y, а також числа ланок n - для резистора у формі меандру (див. мал.2).

Необхідні для розрахунку початкові дані зведені в таблицю. Для зручності розробки алгоритму і програми, початкові дані умовно розділені на дві групи - дані із змінними (табл.1) і постійними (табл.2) величинами, а також вказані їх реальні чисельні значення. Це дає можливість проводити контроль початкових даних і отримувати фізично обґрунтовані результати.

Таблиця 1 - Початкові дані для розрахунку (змінні значення)

Таблиця 2 - Початкові дані для розрахунку (постійні значення)

Порядок розрахунку резистора

k_ф = .

В залежності від значення k_ф обирається форма резистора:

▪ при 1 ≤ k_ф ≤ 10 - резистор прямокутної форми (мал.1);

▪ при 0,1 ≤ k_ф < 1 - резистор прямокутної форми, у якого довжина менше ширини (мал.1, l<b);

▪ при k_ф > 10 - резистор складної форми (використовуються резистори різних конструкцій, в даній роботі - резистор типа " меандр ", мал.2);

▪ при k_ф < 0,1 - резистор конструювати не рекомендується.

. Розрахунок резисторів прямокутної форми

Шукані розміри прямокутного резистора зв'язані наступним співвідношенням:

k_ф = .(2)

Для резистора з k_ф≥1 розрахунок розмірів починають з визначення ширини. Ширину резистора обирають із умови:

b ≥ max {b_техн b∆, b_потужн},(3)

де b∆ - мінімальна ширина резистора, при якій забезпечується задана точність:

;(4)

b_потужн - мінімальна ширина резистора, при якій розсіюється задана потужність:

.(5)

Після того, як визначена ширина резистора b, знаходять його довжину l за допомогою формули (2). Отримані розрахункові значення b і l округляють з урахуванням кроку координатної сітки h по формулі:

,(6)

де функція int(X) позначає виділення цілої частини X;_округл, W_розрах - відповідно округлене і розрахункове значення.

На цьому розрахунок резистора з k_ф≥1 завершують.

Для резистора з k_ф<1 розрахунок розмірів починають з визначення довжини. Довжину резистора вибирають з умови:

l ≥ max {т_ехн., l∆, l_потужн},(7)

де l∆ - мінімальна довжина резистора, при якій забезпечується задана точність:

;(8)

l_потужн - мінімальна довжина резистора, при якій розсіюється задана потужність:

.(9)

Після того, як визначена довжина резистора l, знаходять його ширину b, використовуючи формулу (2). Потім округляють набуті значення b і l по формулі (6), і на цьому розрахунок закінчують.

. Розрахунок резистора складної форми

Розрахунок резистора типу " меандр " проводять в такій послідовності.

Визначають ширину резистора по формулах (3)…(5) і округляють отримане значення по формулі (6).

Знаходять довжину середньої лінії меандру

.(10)

Задають відстань між смужками а (див. мал.2). Рекомендується прийняти a=b. Якщо a<a_min, то приймають a=a_min.

Знаходять крок однієї ланки меандру

t = a + b.(11)

Визначають число ланок меандру по наближеній формулі

.(12)

Обчислюють довжину меандру

X = n ∙ (a + b).(13)

Визначають ширину меандру

.(14)

Перевіряють умову

.(15)

Якщо ця умова виконується, то розрахунок закінчують. Інакше вимагається змінити конструкцію резистора через технологічні обмеження. Для цього змінюють відстань а і перераховують параметри резистора. В даній роботі при невиконанні умови (15) слід збільшити а на величину a_min і повторити обчислення по формулах (11)…(14).

Кінець розрахунку

При необхідності розрахунку декількох резисторів, для кожного з них задаються свої початкові дані (див. табл.1 і табл.2) і виконуються відповідні дії за формулами (1)…(15).

Отже, остаточно загальна частина завдання на курсову роботу формулюється таким чином: розробити алгоритм і програму розрахунку e тонкоплівкових резисторів. Кількість резисторів N задається користувачем разом із іншими початковими даними до розрахунку.

Індивідуальне завдання

1. Розробка алгоритму рішення задачі

Для представлення алгоритму в даній роботі був використаний графічний спосіб (метод блок-схем). Основна його перевага - це наочність. Блок-схеми наочно показують, як діють керуючі структури. Зображувати алгоритм у вигляді блок-схеми дуже зручно. Вона допомагає записати алгоритм структурно, у такому вигляді його легше зрозуміти і аналізувати.

Проектування алгоритму було проведено зверху вниз, з урахуванням основних принципів структурного програмування: чітка структуризація задачі, розбиття її на послідовність підзадач, реалізація під задач окремими модулями, покрокова деталізація логіки алгоритму, використання типових конструкцій і базових алгоритмічних структур.

Розробка блок-схеми алгоритму

В розробці блок-схеми алгоритму можна виділити наступні етапи:

) аналіз структури даних:

визначення початкових, проміжних і результуючих даних, типів даних (змінних і масивів; констант і змінні; цілих, дійсних і символьних);

) розробка блок-схем допоміжних алгоритмів:

а) визначення параметрів (якщо вони є) і значення, що повертається (якщо воно є), їх типів;

б) складання блок-схем, які закінчуються словом " повернення " і значенням, що повертається (у блоці " пуск-зупинка ");

) розробка блок-схеми основного алгоритму, який можна умовно розділити на наступні частини:

а) введення вихідних даних;

б) контроль даних;

в) основний розрахунок;

г) виведення результатів основного розрахунку;

ґ) пошук максимального розрахункового значення ширини і його виведення;

д) введення даних для додаткового розрахунку;

е) додатковий розрахунок;

є) виведення результатів додаткового розрахунку.

Блок-схема алгоритму находиться в ДОДАТКУ В.

. Розробка програми

Коротка характеристика мови програмування С++

C і C++ відносяться до числа найбільш потужних і найпоширеніших мов високого рівня.

Спочатку ця мова набула популярність як мова розробки операційної системи UNIX. На сьогоднішній день C++ стала домінуючою системно-утворюючою мовою. На неї написана більшість сучасних операційних систем, у тому числі ОС Windows.

Мова C++ з'явилася на початку 80-х років. Створена Б. Страуструпом з початковою метою позбавити себе і своїх друзів від програмування на асемблері, Сі чи різних інших мовах високого рівня.

Очевидно, що найбільше C++ запозичив з мови Сі, а також з безпосереднього його попередника мови BCPL. Ці запозичення забезпечили C++ потужними засобами низького рівня, що дозволяють вирішувати складні задачі системного програмування. Але що в першу чергу відрізняє C++ від Сі - це різна ступінь уваги до типів та структур даних. Це пов'язано з появою понять класу, похідного класу і віртуальної функції, перейнятих у свою чергу з мови Сімула 67. Це дає в C++ більш ефективні можливості для контролю типів і забезпечує модульність програми.

Розробка програми на мові С++

При розробці програми були враховані як загальні рекомендації по програмуванню, так і особливості завдання курсової роботи. Особливу увагу при розробці програми було приділено стилю програмування, зокрема, використанню коментарів, структурі запису тексту програми, вживанню ідентифікаторів, аналізу можливих ситуацій з передбаченням відповідних дій і повідомлень, організації наочного введення-виведення та ін.

3. Тестування і налагоджування програми

Мета тестування програми - виявлення помилок, що є в програмі.

Мета налагоджування - виявлення і усунення причин помилок.

План тестування

1)      порівняння програми зі схемою алгоритму;

2)      візуальний контроль програми на екрані дисплея або по роздруку;

)        трансляція програми;

)        редагування зовнішніх зв’язків (компоновка);

)        виконання програми і розрахунок тестового прикладу.

Тестовий приклад

Вихідні дані:

 = 4= 1 кОмP1 = 20 мВт ρ1 = 20 кОм/кв P₀1=10 мВт/мм²= 10 кОмP2 = 5 мВт ρ1 = 5 кОм/кв P₀1=10 мВт/мм²= 40 кОмP3 = 25 мВт ρ1 = 50 кОм/кв P₀1=10 мВт/мм²= 100 кОмP4 = 50 мВт ρ1 = 5 кОм/кв P₀1=20 мВт/мм²

Вихідні дані для додаткового розрахунку:

k = 2

ρ = (0,5;10;50) кОм/кв

Розрахунок вручну:

1) k_ф = 0,05  (-∞;0,1)

Резистор №1 конструювати не рекомендується.

2) k_ф = 2  [1;10]

Резистор №2 має прямокутну форму.

b∆ = 0,25 (мм)_потужн = 0,5 (мм)_техн = 0,1 (мм)= 0,5 (мм)= 1 (мм)_округл = 0,51 (мм)_округл = 1,01 (мм)

) k_ф = 0,8  [0,1;1)

Резистор №3 має прямокутну форму, у нього довжина менше ширини.

l∆ = 0,38 (мм)_потужн = 1,4142 (мм)_техн = 0,3 (мм)= 1,4142 (мм)= 1,76775 (мм)_округл = 1,42 (мм)_округл = 1,77 (мм)

) k_ф = 20  (10;+∞)

Резистор №4 типу меандр.

b∆ = 0,115 (мм)_потужн = 0,2886 (мм)_техн = 0,1 (мм)= 0,2886 (мм)_округл = 0,29 (мм)_сер = 5,8 (мм)=0,29мм < a_min=0,3мм ,  a = 0,3 (мм)= 0,59 (мм)= 3= 1,77 (мм)= 1,6333 (мм)/ a = 5,4433 < 10

Додатковий розрахунок резистора №2:

) При ρ = 0,5 кОм/кв:

Резистор типу меандр.

b∆ = 0,115 (мм)_потужн = 0,15811 (мм)_техн = 0,1 (мм)= 0,15811 (мм)_округл = 0,16 (мм)_сер = 3,2 (мм)=0,29мм < a_min=0,3мм ,  a = 0,3 (мм)= 0,46 (мм)= 2= 0,92 (мм)= 1,3 (мм)/ a = 4,3333 < 10

2) При ρ = 10 кОм/кв:

k_ф = 1  [1;10]

Резистор має прямокутну форму

b∆ = 0,5 (мм)_потужн = 0,7 (мм)_техн = 0,1 (мм)= 0,7 (мм)= 0.7 (мм)_округл = 0,71 (мм)_округл = 0,71 (мм)

3) При ρ = 50 кОм/кв:_ф = 0,2  [0,1;1)

Резистор має прямокутну форму, у нього довжина менше ширини.

l∆ = 0,32 (мм)_потужн = 0,316 (мм)_техн = 0,3 (мм)= 0,32(мм)= 1,6 (мм)_округл = 0,33 (мм)_округл = 1,6 (мм)

Розрахунок на ЕОМ: див. ДОДАТОК Б.

Налагодження програми

Налагодження програми заключається в виявленні та усуненні помилок, які з'явилися при її написанні, а саме:

)        недостача таких знаків як: "{", ";";

)        різні синтаксичні помилки;

3)      виявлена помилка в розрахунку к-того резистора;

4)      неправильно вказана мітка

Всі вище перечисленні помилки булі успішно виправлені.

. Документування програми

Призначення програми. Дана програма призначена для рішення на ЕОМ прикладної інженерної задачі - задачі розрахунку резисторів мікросхеми.

Режим роботи. Діалог користувача з ЕОМ організований у режимі " запит-відповідь " (видача запиту на екран дисплея - відповідь користувача із клавіатури).

Опис принципу роботи програми. Користувач повинен ввести кількість резисторів для їхнього розрахунку (у змінну N) й інші вихідні дані: по N значень P і R (у масиви P[m] і R[m]), ρ і P₀ (у змінні pO[m] і P₀[m]).

Потім проводиться візуальний контроль введених даних - вивід вихідних даних для розрахунку на екран. Користувачу задається питання, чи відповідають ці дані таблиці №1. Якщо відповідь негативна, то провадиться повторне введення всіх вихідних даних, потім візуальний контроль цих нових даних і т.д. - і так доти, поки відповідь не буде позитивною. При позитивній відповіді відбувається розрахунок резисторів.

В основному розрахунку для кожного резистора програма визначає його форму й відповідно до неї знаходить його розміри, а також визначає резистори, конструювання яких не рекомендується. Для прямокутного резистора програма обчислює l[i] і b[i], де i - номер цього резистора (обчислюються значення i-их елементів масивів l[i] і b[i]), для резистора у вигляді меандру обчислюються значення елементів масивів b[i], a[i], X[i], Y[i], n[i]. Результати виводяться на екран.

Потім знаходиться максимальне розрахункове значення ширини в масиві b[m] і виводиться на екран монітора.

Потім відбувається додатковий розрахунок k-ого резистора в діапазоні значень ρ при фіксації інших вихідних даних.

Спочатку користувач вводить номер резистора для додаткового розрахунку - число k у діапазоні [1;N]. Потім користувач вводить початкове значення ρ, виконуються додатковий розрахунок k-ого резистора й вивід на екран його результатів аналогічний основному до тих пір поки не введе 0 (0 - кінець розрахунку k-го резистора).

Відомості про перевірку програми. Програма не містить помилок і виконує всі розрахунки правильно, у чому можна переконатися за допомогою тестового приклада (див. додаток Б).

Висновки

програма комп'ютер задача алгоритм

Виконавши цю курсову роботу, я отримав навички розробки, налагоджування, тестування і документування програми на мові високого рівня С++ при рішенні на ЕОМ прикладної інженерної задачі.

В роботі був розроблений обчислювальний алгоритм, що реалізує заданий метод рішення певної прикладної задачі. Проектування програми проходило з використанням принципів модульного і структурного програмування. Алгоритм був зображений у вигляді блок-схеми.

За цим алгоритмом була розроблена програма на мові С++, що містить власні підпрограми, використовує одномірні масиви для зберігання початкових даних і результатів розрахунку, забезпечує взаємодію з користувачем (у формі " запит-відповідь ") та виведення результатів розрахунку у зручній формі.

В процесі тестування та відлагодження програми було усунуто ряд помилок. Завдяки цьому кінцева версія програми виконує вірні розрахунки, у чому можна переконатися за допомогою тестового прикладу.

Список використаної літератури

1.       Інформатика. Комп’ютерна техніка. Комп’ютерні технології / Посібник для ВНЗ. - К.: 2001.

2.      Вычислительная техника и программирование: Учебник для техн. вузов / Под ред. А.В.Петрова. - М.: Высш.шк., 1990.

.        Программирование на С++: Учеб. пособие / Под ред. А.Д.Хомоненко. - С-Пб.: 1999.

.        Конспект лекцій з дисципліни: " Алгоритмічні мови та програмування "

Додаток А

Текст програми на мові С++

#include <iostream>//Організація введення, виведення (cout, cin)

#include <math.h>//Математична бібліотека (sqrt () ...)

#include <conio.h>//Бібліотека для використання функції getch ()

using namespace std;

//Прототипи функції

double kf(double, double); //Обчислення коеф. форм. к-того резистора

double max_d(double, double, double); //Обчислення максимальної шириниCal_pr_fo_bl(); //Розрахунок резистора прямокутної форми b>lCal_pr_fo_lb(); //Розрахунок резистора прямокутної форми l>bi, k, Vv=0, povt=0, stp=0;//Глобальні змінні цілого типуdouble b_tex = 0.1, l_tex = 0.3, Db = 0.01, Dl = 0.03, Yr = 0.1, a_min = 0.3, h = 0.01;//Константи вещ. типу

const int m = 10;//Константа цілого типуR[m];//Номінальний опір резистораpO[m];//Опір квадрата резистивної плівкиP[m];//Потужність розсіювання резистораPo[m];//Макс. питома потужність розсіювання резистивної плівкиN;//Кількість резисторівkfe[m];//Коф. форм. к-того резистораl[m];//Довжина резистораb[m];//Ширина резистораX[m];//Довжина меандра

double Y[m];//Ширина меандра

double bD;//Мінімальна ширина резистораbpot;//Ширина задана потужністюlD;//Мінімальна довжина резистораlpot;//Довжина задана потужністюlser;//Середня лінія меандра

double piz;//Допоміжна змінна для рахунку к-того резистораmaxb=0;//Максимальна ширина bOtv;// [Y/N]

double a[m];//Відстань між смугамиt[m];//Крок ланкиn[m];//Число ланокmax_b(double a, double b, double c)//Обчислення максимальної ширини

{(a>b&&a>c)a;(b>a&&b>c)b;return c;

}Cal_pr_fo_bl()//Розрахунок резистора прямокутної форми b>l

{

bD=(Db+Dl/kfe[i])/Yr;=sqrt((pO[i]*P[i])/(R[i]*Po[i]));[i]=max_b(b_tex, bD, bpot);[i]=kfe[i]*b[i];[i]=int(b[i]/h)*h+h;[i]=int(l[i]/h)*h+h;

cout<<"\n Ширина резистора, b = "<<b[i]<<" мм"<<endl;<<" Довжина резистора, l = "<<l[i]<<" мм"<<endl;

}Cal_pr_fo_lb()//Розрахунок резистора прямокутної форми l>b

{

lD=(Dl+kfe[i]*Db)/Yr;=sqrt((R[i]*P[i])/(pO[i]*Po[i]));[i]=max_b(l_tex, lD, lpot);[i]=l[i]/kfe[i];[i]=int(l[i]/h)*h+h;[i]=int(b[i]/h)*h+h;

cout<<"\n Ширина резистора, b = "<<b[i]<<" мм"<<endl;<<" Довжина резистора, l = "<<l[i]<<" мм"<<endl;

}kf(double a, double b)//Обчислення коеф. форм. к-того резистора

{a/b;

}main () //Головна функція

{

(1)

{<<"Задайте кiлькiсть резисторiв для розрахунку [max 10] = ";>>N;(N>=1 && N<=10);

}(i=0; i<N; i++)

{(1)

cout<<"Номiнальний опiр резистора, [кОм] R = ";>>R[i];<<"Опiр квадрата резистивної плiвки, [кОм/кв] p = ";>>pO[i];<<"Потужнiсть розсiювання резистора, [мВт] P = ";>>P[i];<<"Макс.питома потужнiсть розсiювання резистивної плiвки, [мBт/мм2] Po = ";

cin>>Po[i];<<endl;

cout<<"Початковi даннi вiдповiдают данним Табл. №1 ? [Y/N] = ";>>Otv;(Otv=='Y' || Otv=='y');

}

}(i=0; i<N; i++)

{

PS:[i]=kf(R[i], pO[i]);(1<=kfe[i] && kfe[i]<=10)

{<<"\n_________________________________________"<<endl;<<"\n\tРезистор №"<<i+1<<" -- прямокутрної форми"<<endl;

Cal_pr_fo_bl();

}if (0.1<=kfe[i] && kfe[i]<1)

{<<"\n______________________________________"<<endl;<<"\n\tРезистор №"<<i+1<<" -- прямокутрної форми в якого ширина меньше довжини (l>d)"<<endl;_pr_fo_lb();

}if (kf(R[i], pO[i])>10)

{<<"\n______________________________________"<<endl;<<"\n\tРезистор №"<<i+1<<" -- резистор типу (меандр)"<<endl;=(Db+Dl/kfe[i])/Yr;=sqrt((pO[i]*P[i])/(R[i]*Po[i]));[i]=int(max_b(b_tex, bD, bpot)/h)*h+h;=b[i]*kfe[i];[i]=b[i];(a[i]<a_min)[i]=a_min;(1)

{[i]=a[i]+b[i];

n[i]=int(sqrt(lser/t[i]));[i]=n[i]*(a[i]+b[i]);[i]=(lser-a[i]*n[i])/n[i];((Y[i]/a[i])<=10);[i]=a[i]+a_min;

}<<"\n Ширина меандри, Y = "<<Y[i]<<" мм"<<endl;<<" Довжина меандри, X = "<<X[i]<<" мм"<<endl;<<" Ширина смушки, b = "<<b[i]<<" мм"<<endl;<<" Вiдстань мiж смужками, a = "<<a[i]<<" мм"<<endl;<<" Число ланок, n = "<<n[i]<<endl;

}if (kfe[i]<0.1)

{

cout<<"\n_________________________________________"<<endl;<<"\tРезистор №"<<i+1<<" -- резистор використовувати не рекомендовано"<<endl;

}(pO[i]==piz);

}(1<N)

{(povt==0)

{(i=0; i<N; i++)

{(maxb<b[i])=b[i];

}<<"\nМаксiмальная ширина b = "<<maxb<<" мм"<<endl;++;

}(Vv==0)

{(1)

{<<"\nВведiть номер резистора для додаткових обчислень = ";>>k;(1<=k&&k<=N);

else<<"Цього резистора не iснує"<<endl;

}=k-1;++;

}

}(1)

{<<"\nОпiр квадрата резистивної плiвки (для закiнчення обчислень введiть 0), [кОм/кв] p = ";

cin>>piz;(piz<=50);<<"\n\tMAX 50 [кОм/кв] "<<endl;

}=k;[i]=piz;(piz!=0)PS;();("cls");//Функція очищення екрана

cout<<"\tАвтор програми : Жмуд Е.В."<<endl;<<"\t20.09.2012"<<endl;();

}

Додаток Б

Тестовий приклад (розрахунок на ЕОМ)

Мал.1. Введення початкових даних, розрахунок та виведення результату.

Мал.2. Розрахунок k-го резистора.

Додаток В

Блок-схема алгоритму