Методические указания по самостоятельной работе для студентов дневной формы обучения по специальности 201000 «Многоканальные телекоммуникационные системы»



Скачать 395.41 Kb.
страница1/2
Дата17.10.2016
Размер395.41 Kb.
ТипМетодические указания
  1   2
Министерство информационных технологий и связи РФ

Федеральное агентство связи

ГОУ ВПО «Сибирский государственный университет

телекоммуникаций и информатики»

Уральский технический институт связи и информатики (филиал)

Использование ЭВМ в исследовании узлов и блоков телекоммуникационного оборудования
Методические указания по самостоятельной работе

для студентов дневной формы обучения по специальности

201000 «Многоканальные телекоммуникационные системы»


Екатеринбург,

2006

ББК 32.88-01



УДК 621.391
Рецензент: доцент Лапина Н.Ф.
Татаркина О.А.

Использование ЭВМ в исследовании узлов и блоков телекоммуникационного оборудования: Методические указания по самостоятельной работе для студентов дневной формы обучения по специальности 201000 «Многоканальные телекоммуникационные системы»/ Татаркина О.А. – Екатеринбург: УрТИСИ ГОУ ВПО «СибГУТИ», 2006. - 28 с.


Методические указания и контрольные задания по самостоятельной работе студентов предназначены для студентов дневной формы обучения на базе среднего (полного) общего образования.

Методические указания позволят студентам спланировать работу по изучению теоретического материала курса, ознакомиться с основными принципами построения синхронной цифровой иерархии, выполнить домашнее контрольное задание и подготовиться к зачету.


Рекомендовано НМС УрТИСИ ГОУ ВПО «СибГУТИ» в качестве методических указаний по курсу «Использование ЭВМ в исследовании узлов и блоков телекоммуникационного оборудования» для студентов дневной формы обучения специальности 201000 «Многоканальные телекоммуникационные системы».

ББК 32.88-01

УДК 621.391


Кафедра многоканальной электросвязи











 УрТИСИ ГОУ ВПО «СибГУТИ», 2006


пояснительная записка
Методические указания по самостоятельной работе студентов составлены в соответствии с рабочей программой дисциплины «Использование ЭВМ в исследовании узлов и блоков телекоммуникационного оборудования»» и предназначены для студентов специальности 201000 «Многоканальные телекоммуникационные системы», имеющих в качестве базовой подготовки среднее (полное) общее образование.

Методические указания по самостоятельной работе студентов позволят студентам, обучающимся по дневной форме, самостоятельно разобраться в структуре дисциплины, изучить основной теоретический материал и выполнить домашнее задание.

К выполнению самостоятельной работы следует приступать после изучения соответствующих разделов рекомендованной литературы. Выполнение самостоятельной работы следует производить с необходимыми пояснениями, расчетами, выводами, приводить схемы, формулы и графики, пояснять значения символов в них.

Самостоятельная работа выполняется в отдельной тетради и предоставляется преподавателю для проверки. По результатам проверки выставляется зачет.



В методических указаниях предусматривается изучение материалов по темам, не рассмотренных на лекционных занятиях. Для лучшего понимания и усвоения материала необходимо предварительно изучить материал по указанной теме и лишь затем приступить к конспектированию материала учебника. Конспектирование материала учебника может производиться в конспекте лекций.

На проведение самостоятельной работы в соответствии с программой отводится 20 часов.

Количество часов на выполнение каждой работы и её тема указаны в таблице.

ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ




Виды и содержание самостоятельной работы студента

Время

(час)


1

Тема 1.2 Микропроцессорные устройства

2

2

Тема 1.4 Интерфейсы

2

3

Тема 2.2 Аналого-цифровое преобразование сигналов

3

4

Тема 2.3 Аналоговые и цифровые сигналы

3

5

Тема 3.1 Основные понятия математического моделирования

2

6

Тема 3.4 Системы автоматизированного проектирования

2

7

Тема 4.1 Средства измерений для цифровых каналов и трактов на базе микропроцессоров

6




Итого по учебному плану:

20

СОДЕРЖАНИЕ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ
Тема 1.2 Микропроцессорные устройства

Тема 1.4 Интерфейсы
1 Цель работы:

1.1 Углубление знаний по принципам синтеза процессоров.

1.2 Приобретение новых знаний по темам «Микропроцессорные устройства» и «Интерфейсы».
2 Литература:

2.1 Кучумов А. И. Электроника и схемотехника: Учеб. пособие для студентов вузов. – М.: Гелиос АРВ, 2004.

2.2 Калабеков Б.А. Микропроцессоры и их применение в системах передачи и обработки сигналов: Учеб. пособие для вузов. – М.: Радио и связь, 1988.

2.3 Фрике К. Вводный курс цифровой электроники: Учеб. пособие для студ. вузов / Пер. с нем. под ред В. Я. Кремлева. – М.: Техносфера, 2004.

2.4 Микропроцессорные системы: Учеб. пособие для вузов/ Под общ. ред. Д. В. Пузанкова. – СПб.: Политехника, 2002.
3 Задание:

3.1 В соответствии с вариантом привести структурную схему. Описать кратко ее узлы. Исходные данные по вариантам в таблице 1. Составить конспект по способам адресации данных в микропроцессорных устройствах.


Таблица 1 - Исходные данные по вариантам

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

БИС

КР580


ИК80

Микро-про-

цессор


на МПК

КР580


ЦПЭ

на


К589

ИК

02



Микро-

процессор

КР1810

ВМ86


МПУ

на


КР181О

ВМ86


ЦПЭ

на


К589

ИК02


Микро-

про-


цессор

КР1804


ВС1

БИС

КР580


ИК80

Микро-

про-цессор

Intel


Микро-

про-


цессор

КР1804


ВС1

3.2 Составить конспект по теме «Интерфейсы».


4 Методические указания:

Для выполнения задания изучить литературу [2.2 стр. 76-107, 175-184, 277-307], [2.3]. Необходимо рассмотреть особенности построения микропроцессорных комплектов различных серий, привести схему заданного устройства, кратко описать назначение всех узлов.

Используя [2.2] дать определение интерфейса, описать режимы обмена информацией между узлами УВК: прямой доступ к памяти и режим прерывания, принципы функционирования арбитров и организации стекового способа адресации памяти.

Тема 2.2 Аналого-цифровое преобразование сигналов

Тема 2.3 Аналоговые и цифровые сигналы
1 Цель работы:

1.1 Углубление знаний по аналого-цифровому и цифро-аналоговому преобразованию сигналов.

1.2 Подготовка к выполнению лабораторных работ «Цифро-аналоговые преобразователи» и «Аналого-цифровые преобразователи».
2 Литература:

2.1 Кучумов А. И. Электроника и схемотехника: Учеб. пособие для студентов вузов. – М.: Гелиос АРВ, 2004.

2.2 Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM PC: Программа Electronics Workbench и ее применение. – М.: Солон-Р, 2001.

2.3 Калабеков Б.А. Микропроцессоры и их применение в системах передачи и обработки сигналов: Учеб. пособие для вузов. – М.: Радио и связь, 1988.

2.4 Микропроцессорные системы: Учеб. пособие для вузов/ Под общ. ред. Д. В. Пузанкова. – СПб.: Политехника, 2002.

2.5 Использование ЭВМ в исследовании узлов и блоков телекоммуникационного оборудования: Методические указания к выполнению лабораторных работ/ О.А. Татаркина – Екатеринбург: УрТИСИ ГОУ ВПО «СибГУТИ», 2004.


3 Задание:

3.1 На основе 10-разрядного аналого-цифрового преобразователя рассмотреть преобразование сигналов из аналоговой формы в цифровую.

3.2 Составить схему n-разрядного цифро-аналогового преобразователя на резисторной матрице R – 2R. Число разрядов определяется последней цифрой номера в журнале. Произвести расчет токов резисторной матрицы.

3.3 Изучить схему алгоритма ДПФ, ОДПФ и быстрого преобразования Фурье. Опишите алгоритмы.

3.4 При подготовке к выполнению лабораторной работы «Цифро-аналоговые преобразователи» ответить на контрольные вопросы.

1) Укажите назначение всех контрольно-измерительных приборов программы Electronics Workbench.

2) Модели, каких измерительных приборов могут быть использованы для исследования цифро-аналоговых преобразователей?

3.5 При подготовке к выполнению лабораторной работы «Аналого-цифровые преобразователи» ответить на контрольные вопросы.

1) Что из себя представляет АЦП прямого преобразования, в каких устройствах его целесообразно использовать?

2) Определите разрешающую способность ЦАП входящего в состав АЦП?


4 Методические указания:

Для выполнения заданий 3.1-3.3 воспользуйтесь литературой [2.3] и конспектом лекций.

При подготовке к выполнению лабораторных работ используйте литературу [2.2], [2.5].

Тема 3.1 Основные понятия математического моделирования
1 Цель работы:

1.1 Углубление знаний по основам математического моделирования.


2 Литература:

2.1 Кучумов А. И. Электроника и схемотехника: Учеб. пособие для студентов вузов. – М.: Гелиос АРВ, 2004.

2.2 Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM PC: Программа Electronics Workbench и ее применение. – М.: Солон-Р, 2001.

2.3 Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение: пер с англ. – М.: Изд. Дом «Вильямс», 2003.


3 Задание:

3.1 Дать определение математической модели, привести схему обобщенной математической модели, перечислить методы получения моделей.

3.2 Составить конспект на тему «Использование математических моделей».
4 Методические указания:

В процессе проектирования новой или модернизации существующей технической системы решаются задачи расчета параметров и исследования процессов в этой системе. Физическое моделирование связано с большими материальными затратами, поскольку требуется изготовление макетов и их трудоёмкое исследование. Часто физическое моделирование просто невозможно из-за чрезвычайной сложности устройства. Поэтому при проведении многовариантных расчетов реальную систему заменяют моделью. В широком смысле модель определяют как отражение наиболее существенных свойств объекта.

Математическая модель технического объекта – совокупность математических объектов и отношений между ними, которая адекватно отражает свойства исследуемого объекта, интересующие исследователя (инженера).

Наиболее универсальным является математическое описание процессов – математическое моделирование. В понятие математического моделирования включают и процесс решения задачи на ЭВМ.

Математическая модель описывает зависимость между исходными данными и искомыми величинами.

Элементами обобщенной математической модели являются (рисунок 1):

- множество входных данных (переменные) X,Y; X – совокупность варьируемых переменных; Y – независимые переменные (константы);

- математический оператор L, определяющий операции над этими данными; под которым понимается полная система математических операций, описывающих численные или логические соотношения между множествами входных и выходных данных (переменные);

- множество выходных данных (переменных) G(X,Y); представляет собой совокупность критериальных функций, включающую (при необходимости) целевую функцию.

 


Рисунок 1 – Обобщенная математическая модель

 

Математическая модель является математическим аналогом проектируемого объекта. Степень адекватности ее объекту определяется постановкой и корректностью решений задачи проектирования.



Множество варьируемых параметров (переменных) X образует пространство варьируемых параметров Rx (пространство поиска), которое является метрическим с размерностью n, равной числу варьируемых параметров.

Множество независимых переменных Y образуют метрическое пространство входных данных Ry. В том случае, когда каждый компонент пространства Ry задается диапазоном возможных значений, множество независимых переменных отображается некоторым ограниченным подпространством пространства Ry.

Множество независимых переменных Y определяет среду функционирования объекта, т.е. внешние условия, в которых будет работать проектируемый объект.

Это могут быть:



  • технические параметры объекта, не подлежащие изменению в процессе проектирования;

  • физические возмущения среды, с которой взаимодействует объект проектирования;

  • тактические параметры, которые должен достигать объект проектирования.

Выходные данные рассматриваемой обобщенной модели образуют метрическое пространство критериальных показателей RG.

 Схема использования математической модели в системе автоматизированного проектирования показана на рисунке 2.

 

Рисунок 2 – Математическая модель в САПР

 

Основными требованиями, предъявляемыми к математическим моделям, являются требования адекватности, универсальности и экономичности.



Адекватность. Модель считается адекватной, если отражает заданные свойства с приемлемой точностью. Точность определяется как степень совпадения значений выходных параметров модели и объекта.

Точность модели различна в разных условиях функционирования объекта. Эти условия характеризуются внешними параметрами. В пространстве внешних параметров выделить область адекватности модели, где погрешность меньше заданной предельно допустимой погрешности. Определение области адекватности моделей – сложная процедура, требующая больших вычислительных затрат, которые быстро растут с увеличением размерности пространства внешних параметров. Эта задача по объему может значительно превосходить задачу параметрической оптимизации самой модели, поэтому для вновь проектируемых объектов может не решаться.



Универсальность – определяется в основном числом и составом учитываемых в модели внешних и выходных параметров.

Экономичность модели характеризуется затратами вычислительных ресурсов для ее реализации – затратами машинного времени и памяти.

Противоречивость требований к модели обладать широкой областью адекватности, высокой степени универсальности и высокой экономичности обусловливает использование ряда моделей для объектов одного и того же типа.

 Получение моделей в общем случае – процедура неформализованная. Основные решения, касающиеся выбора вида математических соотношений, характера используемых переменных и параметров, принимает проектировщик. В тоже время такие операции, как расчет численных значений параметров модели, определение областей адекватности и другие, алгоритмизированы и решаются на ЭВМ. Поэтому моделирование элементов проектируемой системы обычно выполняется специалистами конкретных технических областей с помощью традиционных экспериментальных исследований.

Методы получения функциональных моделей элементов делят на теоретические и экспериментальные.



Теоретические методы основаны на изучении физических закономерностей протекающих в объекте процессов, определении соответствующего этим закономерностям математического описания, обосновании и принятии упрощающих предположений, выполнении необходимых выкладок и приведении результата к принятой форме представления модели.

Экспериментальные методы основаны на использовании внешних проявлений свойств объекта, фиксируемых во время эксплуатации однотипных объектов или при проведении целенаправленных экспериментов.

Несмотря на эвристический характер многих операций моделирование имеет ряд положений и приемов, общих для получения моделей различных объектов. Достаточно общий характер имеют



  • методика макро моделирования,

  • математические методы планирования экспериментов,

  • алгоритмы формализуемых операций расчета численных значений параметров и определения областей адекватности.

Вычислительная мощность современных компьютеров в сочетании с предоставлением пользователю всех ресурсов системы, возможностью диалогового режима при решении задачи и анализе результатов позволяют свести к минимуму время решения задачи.

При составлении математической модели от исследователя требуется:



  • изучить свойства исследуемого объекта;

  • умение отделить главные свойства объекта от второстепенных;

  • оценить принятые допущения.

Модель описывает зависимость между исходными данными и искомыми величинами. Последовательность действий, которые надо выполнить, чтобы от исходных данных перейти к искомым величинам, называют алгоритмом.

Алгоритм решения задачи на ЭВМ связан с выбором численного метода. В зависимости от формы представления математической модели (алгебраическая или дифференциальная форма) используются различные численные методы.

Формализация задачи и применение численных методов позволяют использовать хорошо изученные приемы решения и стандартное (универсальное) математическое обеспечение ЭВМ. Применение ЭВМ повышает эффективность научных исследований, позволяет проводить моделирование сложных объектов и явлений.

Математическое моделирование включает следующие шаги:

1)   выбор расчетной схемы и определение необходимой детализации;
2)   математическое описание (составление системы уравнений);
3)   выбор метода решения;
4)   приведение модели (включающей уравнения, метод, исходные данные и начальные условия) к виду, удобному для решения на ЭВМ;
5)   составление программы для ЭВМ;
6)   проведение расчетов (моделирование);
7)   при необходимости повторить шаги 3 – 6;
8)   анализ результатов;
9)   при необходимости повторить шаги 1 – 8;
10) оформление отчета (описание, схемы, рисунки, графики, формулы);
11) при необходимости повторить шаги 1 – 10, 3 – 10, 8 – 10.

Развитие ЭВМ и программного обеспечения приводит к ускорению и облегчению выполнения каждого шага моделирования.

До недавнего времени преобладал традиционный подход, отработанный на “больших” ЭВМ.

При этом каждый этап был изолирован от других и рассчитан на работу специализированной группы. Так постановкой задачи занимались “постановщики”, разрабатывали методы решения и программировали математики и программисты, обработкой на ЭВМ и построением графиков решения занимались операторы и т.д. Большое количество времени (человеческого и машинного) требовалось на отладку программ. Решение на ЭВМ проводилось в основном в пакетном режиме. Т.е. закладывали пакет входных данных (на перфокартах, магнитных лентах или в другом виде) и получали выходные данные (в основном на бумаге, реже на магнитном носителе).

При традиционном подходе хорошо решаются многовариантные задачи на хорошо отработанных моделях. Многомодельные системы в основном используются в дорогих системах автоматизированного проектирования (САПР).

Увеличение быстродействия ЭВМ и развитие графического интерфейса позволило получать и отображать результаты в графическом виде в темпе решения, что значительно сократило объем промежуточных распечаток и бумажных отчетов.

На шаге 3 широко используются стандартные пакеты прикладных программ, для которых есть обоснование и контрольные примеры. Программисты со стажем наверняка помнят знаменитый пакет прикладных научных подпрограмм SSPLIB для ЕС ЭВМ, значительно расширивший вычислительные возможности языка Фортран.

Модульный состав пакета соответствует модульной структуре самого Фортрана и широко используемого в то время подхода: наработка необходимого набора методов решения и ряда моделей для определенного класса задач.

При системном подходе к моделированию должен рассматриваться весь комплекс вопросов: планирование, проведение и обработка результатов вычислительного эксперимента.

Важной задачей является обработка результатов вычислений. На этом этапе используются методы, хорошо зарекомендовавшие себя при экспериментах с реальными объектами. Результаты, полученные на математических моделях, могут быть сравнимы с результатами натурного эксперимента.

Первые персональные компьютеры в основном облегчали этап оформления результатов моделирования (шаг 10). Здесь используются текстовые редакторы, графические редакторы, программы построения графиков.

Наверное, нет смысла перечислять все текстовые редакторы, которые в разное время использовались для оформления научно-технических отчетов. Однако, на наш взгляд, особое (историческое) место занимает Лексикон, с использование которого можно было получить печатный текст, похожий на машинописный, как требовалось по ГОСТу.

Для построения графиков результатов использовался известный многим пакет GRAPHER, первые версии которого работали еще под MS DOS.

Современные пакеты подготовки печатной продукции включают средства оформления текста, подготовки математических формул, графиков, схем, таблиц. Современные технологии позволяют подготовить документ, включающий как объекты документы других типов или гиперссылки на другие документы и программы обработки.

Наибольшее применение (по количеству) в задачах моделирования получили персональные компьютеры. Изначально широкое их использование определялось не их быстродействием, а возможностью гармонично настроить рабочее место исследователя, организовать передачу данных между задачами, получить законченный отчет.

Рассмотрим программное обеспечение персональных компьютеров, используемое на различных этапах математического моделирования.

В последние годы в развитии программного обеспечения для персональных ЭВМ прослеживается тенденция применения интегрированных пакетов, включающих наряду со специализированными программами и программы подготовки отчетов.

Пакет MATLAB

Модульный подход к моделированию прослеживается и в современных пакетах.

Одним их из них является MATLAB фирмы “The MathWorks Inc” (USA), который по существу переместился с “больших” машин на персональные компьютеры.

Система MATLAB предназначена для выполнения инженерных и научных расчетов и высококачественной визуализации получаемых результатов. Эта система применяется в математике, вычислительном эксперименте, имитационном моделировании.

В пакет входит множество хорошо проверенных численных методов (решателей), операторы графического представления результатов, средства создания диалогов. Отличительной особенностью MATLAB по сравнению с обычными языками программирования является матричное представление данных и большие возможности матричных операций над данными. Используя пакет MATLAB можно как из кубиков построить довольно сложную математическую модель, или написать свою программу (весьма похожую на Фортран-программу). А можно используя SIMULINK и технологию визуального моделирования составить имитационную модель или систему автоматического регулирования.

Гибкий язык MATLAB дает возможность инженерам и ученым легко реализовывать свои идеи. Мощные численные методы и графические возможности позволяют проверять предположения и новые возникающие идеи, а интегрированная среда дает возможность быстро получать практические результаты.

Сегодня MATLAB используется во множестве областей, среди которых обработка сигналов и изображений, проектирование систем управления, финансовые расчеты и медицинские исследования. Его открытая архитектура делает возможным использование MATLAB и сопутствующих продуктов для исследования данных и создания собственных инструментов, использующих функциональные возможности MATLAB.

Для проектирования систем управления, цифровой обработки сигналов, коммуникационных систем широко используется Simulink, позволяющий моделировать динамические системы, оценивать их работу, модифицировать проект с помощью графических блок-диаграмм. Simulink – это интерактивная среда для моделирования и анализа широкого класса динамических систем.

Благодаря тесной интеграции с MATLAB, Simulink имеет непосредственный доступ к широкому диапазону средств проектирования и анализа. Традиционный подход к проектированию систем обычно заключается в создании прототипа, за которым следует всестороннее тестирование и внесение соответствующих изменений. Этот подход требует больших временных и финансовых затрат. Эффективной и общепринятой альтернативой является имитационное моделирование. Simulink – мощный инструмент для моделирования, обеспечивающий быстрое построение и тестирование виртуальных прототипов, и дающий доступ к любому уровню детализации проекта с минимальными усилиями. Используя Simulink для итеративного исправления проекта до построения прототипа, инженер может разработать проект быстро и эффективно.

 Пакет MATHCAD

Другая сторона развития программного обеспечения — ориентация на “непрограммирующего пользователя”. В этом случае пользователь такого пакета получает возможность сосредоточиться на сущности самой задачи, а не способах ее программной реализации. В свою очередь пользователь должен ясно представлять возможности используемого пакета и заложенных в нем методов, а также уметь выбрать необходимый пакет, соответствующий решаемой задаче.

 Все этапы создания и использования математической модели легко проследить при работе с пакетом MATHCAD фирмы “MathSoft Inc.” (USA).

MATHCAD — универсальный математический пакет, предназначенный для выполнения инженерных и научных расчетов. Математическое обеспечение пакета позволяет решать многие задачи в объеме инженерного вуза.

Разработчики пакета совершенствуют пакет от версии к версии. В настоящее время существуют версии MATHCAD 8.0 и MATHCAD 2000, обладающей еще большими возможностями. Существуют оригинальная (англоязычная) и русифицированная версии программы.

Что отличает пакет MATHCAD от калькулятора: вычисление с произвольной точностью, работа с различными типами данных (комплексные, векторы, матрицы), использование библиотеки математических функций (которая может быть дополнена программами на ФОРТРАНе).

Основное преимущество пакета перед типичными языками программирования – естественный математический язык, на котором формулируется решаемая задача.

Пакет объединяет в себе: редактор математических формул, интерпретатор для вычислений, библиотеку математических функций, процессор символьных преобразований, текстовый редактор, графические средства представления результатов. Пакет MATHCAD относится к интегрированным пакетам, т.е. позволяет не только произвести вычисления, но и получить документ – итоговый отчет с комментариями, формулами, таблицами и графиками. В отличие от издательских систем формулы в MATHCAD работают.

К положительным качествам MATHCAD следует отнести открытость – все приведенное в документе может быть воспроизведено, а интеграция в одном документе исходных данных, метода решения и результатов позволяет сохранить настройки для решения подобных задач.

Какой из пакетов выбрать? У каждого из них есть свои преимущества и недостатки. Лучший выход – ознакомиться с возможностями каждого, чтобы в дальнейшем умело интегрировать их при решении различных задач.

Другие продукты фирмы MathSoft.

S-PLUS 2000 – новая версия популярной статистической программы фирмы.

Пакет STATISTICA

Во многих естественнонаучных областях статистические методы были и остаются важной составной частью процедуры обработки результатов измерений. Это касается практически всех отраслей знания: физики, химии, биологии, геологии, метеорологии и многих других. Современные программы для статистической обработки данных позволяют применять сложные современные методы анализа даже в тех областях, где ранее такие исследования были чрезвычайно трудоемкими и, следовательно, проводились достаточно редко. Некоторые примеры применения системы STATISTICA для обработки экспериментальных данных можно найти в научных работах, опубликованных в Интернете.

Методы математической статистики изучают не только студенты естественнонаучных специальностей, но и экономисты, инженеры, психологи, социологи и многие другие специалисты. Поэтому курс мат. Статистики входит в программу большинства высших учебных заведений, а неотъемлемой его частью становится освоение соответствующего программного обеспечения. Опыт работы многих преподавателей вузов показал, что система STATISTICA может служить не только эффективным инструментом для научных исследований, но и чрезвычайно удобной средой для обучения методам статистического анализа.

Система STATISTICA активно используется в учебном процессе в вузах. Примеры программ курса статистики можно найти в Интернете на web-страницах соответствующих учебных заведений.

Продукты фирмы StatSoft.

STATISTICA 5.5 – Мощный пакет статистического и графического анализа данных.

Quick STATISTICA – Базовый набор наиболее часто используемых статистических методов + все графические возможности системы STATISTICA + языки программирования.

Power analysis – Приложение для анализа необходимых условий получения надежных статистических результатов.

Neural Networks – Универсальная программа для проведения нейросетевого анализа.

Student Edition of STATISTICA – Краткая версия  STATISTICA для студентов.

 Другие математические пакеты

Все многообразие математических пакетов не ограничивается перечисленными выше системами. Не претендуя на полноту, перечислим некоторые:

MAPLE V – система символьных преобразований (частично входит в MATHCAD),

MATHEMATICA – мощная система аналитического решения.

 Графические пакеты

Графические пакеты предназначены для визуализации результатов расчетов. В качестве наиболее известных назовем следующие продукты компании Golden Software:  

Surfer 7.0 – для построения пространственных поверхностей, линий уровня и карт;
Grapher 2 – для построения двумерных графиков,
MapViewer 3.0
Didger 2.0

Программное обеспечение схемотехнического моделирования

Electronics Workbench (EWB) – разработка фирмы Interactive Image Technologies. Особенностью программы является наличие контрольно-измерительных приборов, по внешнему виду и характеристикам приближенных к их промышленным аналогам. После составления схемы и её упрощения путем оформления подсхем моделирование начинается щелчком обычного выключателя.


Тема 3.4 Системы автоматизированного проектирования
1 Цель работы:

1.1 Углубление знаний по задачам автоматизации процесса проектирования и методологии решения проектных задач с помощью средств вычислительной техники.


2 Литература:

2.1 Кучумов А. И. Электроника и схемотехника: Учеб. пособие для студентов вузов. – М.: Гелиос АРВ, 2004

2.2 Проектирование и техническая эксплуатация систем передачи: Учеб. для вузов/ В.В. Крухмалев, В.Н. Гордиенко, В.И. Иванов и др.; Под ред. В.Н. Гордиенко, В.В. Крухмалева. – М.: Радио и связь, 1996

2.3 Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM PC: Программа Electronics Workbench и ее применение. – М.: Солон-Р, 2001

2.4 Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение: пер с англ. – М.: Изд. Дом «Вильямс», 2003
3 Задание:

3.1 Составить конспект по теме «Схема решения проектно-конструкторских задач с помощью средств вычислительной техники».


4 Методические указания:

Основным технологическим средством автоматизации проектирования является цифровая ЭВМ, оперирующая с информацией, представленной в циф­ровой форме и физически существующей в виде различ­ных состояний их элементов. Поэтому возникает необхо­димость в разработке методов превращения разнообразной конструкторской документации в цифровую форму и пред­ставлении всех задач и элементов процесса проектирования только в виде операций над числами и логическими вы­ражениями с доведением их до алгоритмов и машинных программ. Но при автоматизации проектно-конструкторского процесса следует постоянно помнить, что ЭВМ — это вспомогательное средство, а не замена конструкто­ра. Наиболее эффективно вычислительная техника может быть использована, когда имеются математические модели, описывающие объект проектирования и имитирующие его функционирование в заданной окружающей среде.

Для действительного эффективного использования ав­томатизированных методов и средств проектирования не­обходимо учитывать, что любой эксперт, в том числе и генеральный конструктор, обладает вполне определенными и, к сожалению, весьма ограниченными физиологическими возможностями обработки информации. Следовательно, необходима декомпозиция проблемы. Последнее означает, что для автоматизации требуется система процедур, позволяющая конструктору на основе ограниченной ин­формации вести направленный поиск оптимальных пара­метров новых технических средств.

Основная проблема автоматизации проектирования в настоящее время связана не только и не столько с во­просами совершенствования средств вычислительной тех­ники, сколько с тем обстоятельством, что в науке о кон­струировании новых технических средств не выявлены аналитические и логические зависимости, связывающие назначение технических средств с их структурой и харак­теристиками. Например, в технологической науке отсут­ствуют формализованные взаимосвязи между параметрами обрабатываемой детали, структурой и характеристиками технологического процесса.

Основное внимание при традиционном проектирова­нии уделялось задачам анализа функционирования тех­нических средств с целью выявить влияние различных фак­торов на точность, производительность и экономическую эффективность их работы. В то же время методы синтеза технических средств на основе их назначения и характери­стик внешней среды, в условиях которой будет функциони­ровать новое техническое средство, исследованы еще недостаточно. Необходимо создание теории проектирова­ния, предполагающей переход от традиционных задач анализа и эмпирических классификаций к проблематике задач синтеза технических систем.

Проектирование выступает как комплексная проблема, в которой в сложной взаимосвязи переплетаются задачи синтеза, моделирования, анализа, оценки, оптимизации и отбора альтернатив. Для решения таких сложных задач необходимо применение методологии системного подхода. При использовании методологии системного подхода для формализации процесса проектирования следует исходить из того, что специфика сложных объектов и процессов не исчерпывается особен­ностями составляющих его частей и элементов, а заклю­чена в характере связей и отношений между ними. Рас­ширение исходной базы за счет таких понятий, как, на­пример, структура, функция, организация, связь, от­ношение, обеспечивает определенные преимущества си­стемному подходу перед традиционными методами исследований и позволяет создавать более адекватные действитель­ности модели сложных объектов и процессов.

Определяющим этапом проектирования является по­становка общей задачи, при которой формулируется слу­жебное назначение (функция) технической системы и вырабатывается концепция проекта на основе анализа системной модели буду­щего технического сред­ства как элемента подсис­темы более высокого уро­вня иерархии. Адекватное описание такой модели возможно только при все­стороннем рассмотрении проблемы, для решения которой создается новое техническое средство.

На следующем этапе необходимо выполнить анализ общей задачи проектирования. Здесь на основе рассмо­трения системной модели будущего технического средства выявляются связи объекта проектирования с окружаю­щей средой, определяются компоненты проектной за­дачи, ограничения и критерии выбора рациональных ва­риантов. Результаты данного этапа служат для поиска пу­тей дальнейшего хода решения проектных задач. Если уда­ется использовать имеющееся техническое средство, то конструкторский процесс не выполняется. Найденные аналоги могут лечь в основу будущей конструкции. Но может случиться и так, что в процессе анализа задачи проектирования выявится невозможность использования существующих технических возможностей для решения проблемы. Тогда постановка задачи должна быть изме­нена, например, разбита на подзадачи.

При проведении конструкторских работ первой опера­цией является функциональный анализ объекта проекти­рования для создания внутренней многоуровневой струк­туры объекта проектирования. Результаты этого этапа не­обходимы в первую очередь для объективного разбиения задачи проектирования на части и определения стратегии решения общей задачи.

Каждый элемент структуры объекта проектирования представляется в виде системной модели; его служебное назначение описывается как функция элемента многоуров­невой системы. Затем проводится исследование объекта проектирования, т. е. выявляются и описываются внешние и внутренние связи его системной модели. При этом требуется проведение целого ряда научно-исследователь­ских работ, под которыми подразумевается не только ана­лиз литературных источников, но и эксперименты на на­турных образцах.

Весьма важным является следующий этап — формали­зация объекта проектирования. От полноты формального описания объекта зависит выбор метода решения задачи, а, следовательно, определяется возможность применения при проектировании средств вычислительной техники. Если задача не формализована, то конструктор в дальней­шем пользуется одним из эвристических методов решения задачи. Когда задача формализована полностью, т. е. имеется полная математическая модель объекта проектиро­вания, ее можно решать с помощью ЭВМ автоматически. Если же задача формализована частично, т. е. не все связи системной модели удалось выразить в виде аналитических и логических зависимостей, то разрабатывается так назы­ваемый диалоговый метод решения, включающий вариант математической модели объекта и сценарий взаимодейст­вия конструктора и ЭВМ.

После выбора одного из алгоритмических методов реше­ния весь процесс проектирования можно формализовать и разработать алгоритмы автоматизированного конструи­рования.

Перед программированием больших проектно-конструкторских задач необходима разработка информацион­ного обеспечения автоматизированного проектирования, которое должно снабжать все проектные процедуры тре­буемой постоянной и переменной информацией для безостановочной работы программ ЭВМ. После программи­рования проектной задачи выбираются необходимые технические средства, на которых и решается задача. Ре­зультаты проектно-конструкторского процесса докумен­тируются в виде текстовых и графических материалов.

Следовательно, для наиболее полного и эффективного использования вычислительной техники в проектно-конструкторской деятельности инженеров необходимы глубо­кие знания разработчиков по вопросам теории проекти­рования, конструирования, математического моделирования, использования вычисли­тельных методов решения проектных задач, теории ав­томатизированной переработки информации и применения современных вычислительных средств.


Тема 4.1 Средства измерений для цифровых каналов и трактов на базе микропроцессоров
1 Цель работы:

1.1 Изучение принципов построения микропроцессорных устройств для средств измерени й цифровых трактов и каналов.


2 Литература:

2.1 Проектирование и техническая эксплуатация систем передачи: Учеб. для вузов/ В.В. Крухмалев, В.Н. Гордиенко, В.И. Иванов и др.; Под ред. В.Н. Гордиенко, В.В. Крухмалева. – М.: Радио и связь, 1996

2.2 Калабеков Б.А. Микропроцессоры и их применение в системах передачи и обработки сигналов: Учеб. пособие для вузов. – М.: Радио и связь, 1988

2.3 Фрике К. Вводный курс цифровой электроники: Учеб. пособие для студ. вузов / Пер. с нем. под ред В. Я. Кремлева. – М.: Техносфера, 2004

2.4 Микропроцессорные системы: Учеб. пособие для вузов/ Под общ. ред. Д. В. Пузанкова. – СПб.: Политехника, 2002

2.5 Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение: пер с англ. – М.: Изд. Дом «Вильямс», 2003


3 Задание:

3.1 Указать назначение анализатора телефонных каналов. Привести в конспект структурную схему процессора семейства ADSP-2100, рассмотреть назначение элементов схемы.


4 Методические указания:

Анализатор телефонных каналов предназначен для проведения измерений параметров каналов тональной частоты (ТЧ) первичных сетей связи, ведомственных телефонных сетей и коммутируемой телефонной сети общего пользования (ТфОП). Анализатор должен обеспечивает создание нормированных электрических испытательных сигналов для тестирования каналов связи, а также позволяет определить количественные показатели состояния связи для тестируемых каналов в автоматическом и автоматизированном режимах.

Обработка, накопление, выдача и представление измерительной информации может обеспечивается внешним универсальным управляющим компьютером и специализированной управляющей компьютерной программой.

Измерение затухания уровня эхо-сигнала относительно уровня передаваемого сигнала производится в диапазоне от 10 до 60 дБ, производятся измерения коэффициентов 2 й и 3 й гармоник для гармонического испытательного сигнала с частотой 1020 Гц и коэффициентов продуктов нелинейных искажений 2 го и 3 го порядков для четырехчастотного испытательного O.42 сигнала. Измерение относительной АЧХ производится в диапазоне от 100 до 3700 Гц при неравномерности относительной АЧХ не более 35 дБ и номинальном уровне мощности испытательного сигнала на входе анализатора 6 дБм, измерение относительной частотной характеристики группового времени прохождения (ГВП) при номинальном уровне мощности испытательного сигнала на входе измерителя  6 дБм в диапазонах: по интервалу частот ГВП и опорной частоте - от 300 до 3400 Гц; измерение затухания продуктов паразитной модуляции испытательного сигнала с частотой 1020 Гц токами питания частотой 50 Гц и гармониками относительно уровня испытательного сигнала в линии связи. Структурная схема анализатора представлена на рисунке 3.

Анализатор объединяет в себе измерительно-анализирующее устройство и генератор нормированных электрических испытательных воздействий. По характеру представления измерительной информации анализатор является регистрирующим измерительным прибором и показывающим измерительным прибором с представлением на экране компьютерного дисплея измерительной информации в цифровой и аналоговой (графической) форме.

Основными составными частями анализатора являются генераторный и измерительно анализирующий блоки.

Генераторный блок при анализе каналов связи задает волновую форму сигнала программным путем и обеспечивает следующие режимы генерации:

- режим генерации постоянного по частоте гармонического сигнала с постоянным или изменяющимся по линейному закону уровнем мощности - для измерений амплитудных характеристик канала связи, затухания сигнала, отношения уровней сигнала и шума (Сигнал/Шум), в том числе по Рекомендации МСЭ Т О.132, коэффициентов нелинейных искажений, измерения частоты и изменения частоты в канале связи, дрожания фазы, дрожания амплитуды, затухания продуктов паразитной модуляции, подсчета числа перерывов связи, подсчета числа импульсных помех, подсчета числа скачков фазы и подсчета числа скачков амплитуды;

- режим генерации гармонического сигнала с изменяющейся по линейному закону частотой - для почастотного измерения АЧХ;

- режим генерации многочастотного сигнала - МЧС генератор - для измерений относительного группового времени прохождения (ГВП), относительной амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) и импеданса канала связи;

- режим генерации псевдослучайного сигнала для измерений соотношения уровней Сигнал/Шум (шумы квантования)

- режим генерации четырехчастотного сигнала для измерений нелинейных искажений

- режим генерации радиоимпульсов для измерения эхо-сигнала;

- режим генерации двухчастотного сигнала измерительной и эталонной частот для определения амплитудно частотной характеристики и частотной характеристики группового времени прохождения.


Рисунок 3 – Структурная схема анализатора

В каждом режиме генерации номинальные уровни мощности испытательных сигналов и номинальные значения частот гармонических испытательных сигналов задаются дискретно.

Измерительно-анализирующий блок обеспечивает мониторинг (измерение и протоколирование) тестируемых каналов связи с использованием собственного или внешнего генератора испытательных сигналов. При этом в зависимости от автоматически определяемого вида входного сигнала анализатор автоматически включает измерение тех параметров, для измерения которых и предназначен соответствующий измерительный сигнал.

Измерительно-анализирующий блок как средство измерений с нормированными метрологическими характеристиками проводит определение следующих параметров и характеристик:

- уровня мощности сигнала;

- частоты гармонического сигнала;

- уровня не взвешенного шума;

- уровня псофометрического шума;

- отношения уровней мощности псевдослучайного сигнала и не взвешенного шума;

- соотношения уровней гармонического сигнала и псофометрически взвешенного шума, а также соотношения уровней гармонического сигнала и не взвешенного шума;

- дрожания фазы гармонического сигнала;

- дрожания амплитуды гармонического сигнала;

- частотных характеристик ГВП и АЧХ;

- уровня селективных помех, в том числе псофометрических;

- продуктов нелинейных искажений 2 го и 3 го порядков для четырехчастотного сигнала;

- коэффициентов гармоник для гармонического сигнала;

- затухания продуктов паразитной модуляции сигнала;

- затухания эхо-сигнала;

- модуля полного сопротивления линии связи (в диапазоне от 300 до 3400 Гц);

- электрической емкости линии связи;

- изменения частот 1020 Гц и 2000 Гц в канале связи путем измерения отклонения частоты гармонического сигнала от значений 1020 и 2000 Гц.

Измерительно-анализирующий блок как средство определения количественных показателей состояния связи обеспечивает подсчет на заданном интервале времени фактов превышения устанавливаемых пороговых значений. Анализатор осуществляет счет:

- импульсных помех,

- перерывов связи,

- скачков амплитуды и

- скачков фазы.

С ненормируемыми метрологическими характеристиками производится тестирование каналов связи по параметрам, приведенным ниже:

- соотношение Сигнал/Шум по сигналу МЧС-генератора;

- соотношение Сигнал/Шум по сигналу О.42-генератора;

- уровень поступающего на вход многочастотного, псевдослучайного, или четырехчастотного сигнала;

- индуктивность линии связи;

- среднеквадратическое отклонение уровня гармонического испытательного сигнала в линии связи (СКО уровня) от среднего значения;

- максимальный из зафиксированных на интервале 1 с скачок фазы гармонического сигнала;

- максимальный из зафиксированных на интервале 1 с скачок амплитуды гармонического сигнала;

- максимальная на интервале 1 с мгновенная мощность измеряемого сигнала;

- минимальная на интервале 1 с мгновенная мощность гармонического сигнала;

- относительное время действия импульсных помех;

- процентная доля секундных интервалов с импульсными помехами на измерительном интервале;

- процентная доля секундных интервалов с перерывами связи на измерительном интервале;

- процентная доля секундных интервалов с импульсными помехами и перерывами связи на временном измерительном интервале;

- относительное время действия перерывов связи;

- относительное время действия импульсных помех и перерывов связи;

- построение эхограммы - зависимости затухания от задержки эхо сигнала.

Основную функциональную нагрузку в анализаторе выполняет Процессор ADSP-21msp58. На этом процессоре реализуются функции 16 разрядного ЦАП-АЦП, блока сигнальной обработки и последовательно интерфейса. Процессор ADSP-21msp58 представляет собой совокупность программируемых микропроцессоров с общей структурой, оптимизированную для обработки аналогового сигнала в цифровой форме, а так же для других прикладных целей. Кроме того, процессор включают аналоговый интерфейс для преобразования сигнала звуковой частоты.

Архитектура семейства ADSP-2100 приспособлена к выполнению задач с помощью цифрового сигнального процессора и построена таким образом, что устройства за один такт могут выполнять следующие действия:

- генерировать следующий адрес программы;

- выбирать следующую команду;

- выполнять один или два шага программы;

- модифицировать один или два указателя адреса данных;

- выполнять вычисление.

В этом же такте процессоры, которые имеют релевантные модули могут:

- принимать и/или передавать данные через последовательный порт;

- принимать и/или передавать данные через главный порт интерфейса;

- принимать и/или передавать данные через DMA порты;

- принимать и/или передавать данные через аналоговый интерфейс.

В каждом процессоре семейства ADSP-2100 четыре внутренних шины соединяют внутреннюю память с другими функциональными модулями:



  • шина адреса;

  • шина данных;

  • шина памяти программ;

  • шина памяти данных.

Внешние устройства могут получать контроль над шинами посредством сигналов предоставления (BR,BG). Процессоры ADSP-2100 могут работать в то время когда шины предоставлены другому устройству, пока не требуется операции с внешней памятью.

Схема начальной загрузки дает возможность автоматической загрузки внутренней памяти после того как ее содержимое было стерто. Это можно осуществлять с помощью интерфейса памяти из EPROM, из главного компьютера, посредством главного порта интерфейса. Программы могут загружаться без применения каких-либо дополнительных аппаратных средств.



Каталог: Biblioteka
Biblioteka -> Конспект лекций по дисциплине для специальности 080110. 51 «Банковское дело»
Biblioteka -> Учебное пособие для слушателей обучающихся по дополнительным программам повышения квалификации специалистов в Институте развития мчс россии
Biblioteka -> Конспект лекционного материала по дисциплине для специальности 080110. 51 «Банковское дело»
Biblioteka -> Кино, театр, бессознательное
Biblioteka -> Учебно-методический центр Нижневартовского района культуру чтения – школьникам методические материалы в помощь преподавателю курса «Основы информационно-библиографической грамотности»
Biblioteka -> Библиотека администрации школы Е. Н. Степанов Классный Современная модель воспитательной деятельности
Biblioteka -> Игорь Иванович Акимушкин Приматы моря
Biblioteka -> Справочник яхтсмена. Перевод с английского. Ленинград, "Судостроение"


Поделитесь с Вашими друзьями:
  1   2


База данных защищена авторским правом ©grazit.ru 2019
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал