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

1. Розробка алгоритму рішення задачі

2. Розробка програми на мові С++

3. Тестування і налагодження програми

4. 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 Визначається значення коефіцієнта форми резистора k_ф

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

? 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.

1. 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;

W_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.

2. 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 amin, 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:

1) аналіз структури даних:

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

2) 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 «);

3) 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.

2. 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;

3) трансляція програми;

4) редагування зовнішніх зв’язків (компоновка);

5) виконання програми і розрахунок тестового прикладу.

Тестовий приклад Вихідні дані:

N = 4

R1 = 1 кОмP1 = 20 мВт с1 = 20 кОм/кв P₀1=10 мВт/мм²

R2 = 10 кОмP2 = 5 мВт с1 = 5 кОм/кв P₀1=10 мВт/мм²

R3 = 40 кОмP3 = 25 мВт с1 = 50 кОм/кв P₀1=10 мВт/мм²

R4 = 100 кОмP4 = 50 мВт с1 = 5 кОм/кв P₀1=20 мВт/мм²

Вихідні дані для додаткового розрахунку:

k = 2

с = (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)

b_потужн = 0,5 (мм)

b_техн = 0,1 (мм)

b = 0,5 (мм)

l = 1 (мм)

b_округл = 0,51 (мм)

l_округл = 1,01 (мм)

3) k_ф = 0,8 [0,1;1)

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

l? = 0,38 (мм)

l_потужн = 1,4142 (мм)

l_техн = 0,3 (мм)

l = 1,4142 (мм)

b = 1,76 775 (мм)

l_округл = 1,42 (мм)

b_округл = 1,77 (мм)

4) k_ф = 20 (10;+?)

Резистор № 4 типу меандр.

b? = 0,115 (мм)

b_потужн = 0,2886 (мм)

b_техн = 0,1 (мм)

b = 0,2886 (мм)

b_округл = 0,29 (мм)

l_сер = 5,8 (мм)

b=0,29 мм < a_min=0,3 мм, a = 0,3 (мм)

t = 0,59 (мм)

n = 3

X = 1,77 (мм)

Y = 1,6333 (мм)

Y / a = 5,4433 < 10

Додатковий розрахунок резистора № 2:

1) При с = 0,5 кОм/кв:

k_ф = 20 (10;+?)

Резистор типу меандр.

b? = 0,115 (мм)

b_потужн = 0,15 811 (мм)

b_техн = 0,1 (мм)

b = 0,15 811 (мм)

b_округл = 0,16 (мм)

l_сер = 3,2 (мм)

b=0,29 мм < a_min=0,3 мм, a = 0,3 (мм)

t = 0,46 (мм)

n = 2

X = 0,92 (мм)

Y = 1,3 (мм)

Y / a = 4,3333 < 10

2) При с = 10 кОм/кв:

k_ф = 1 [1;10]

Резистор має прямокутну форму

b? = 0,5 (мм)

b_потужн = 0,7 (мм)

b_техн = 0,1 (мм)

b = 0,7 (мм)

l = 0.7 (мм)

b_округл = 0,71 (мм)

l_округл = 0,71 (мм)

3) При с = 50 кОм/кв:

k_ф = 0,2 [0,1;1)

Резистор має прямокутну форму, у нього довжина менше ширини.

l? = 0,32 (мм)

l_потужн = 0,316 (мм)

l_техн = 0,3 (мм)

l = 0,32(мм)

b = 1,6 (мм)

l_округл = 0,33 (мм)

b_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:

1) недостача таких знаків як: «{», «;» ;

2) різні синтаксичні помилки;

3) виявлена помилка в розрахунку к-того резистора;

4) неправильно вказана мітка Всі вище перечисленні помилки булі успішно виправлені.

4. 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]), с 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 с при фіксації інших вихідних даних.

Спочатку користувач вводить номер резистора для додаткового розрахунку — число k у діапазоні [1;N]. Потім користувач вводить початкове значення с, 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.

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

4. Конспект лекцій з дисципліни: «Алгоритмічні мови та програмування «

Додаток, А Текст програми на мові С++

#include //Організація введення, виведення (cout, cin)

#include //Математична бібліотека (sqrt () …)

#include //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 ширини

void Cal_pr_fo_bl (); //Розрахунок резистора прямокутної форми b>l

void Cal_pr_fo_lb (); //Розрахунок резистора прямокутної форми l>b

int i, k, Vv=0, povt=0, stp=0;//Глобальні змінні цілого типу

const double 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 типу

double R[m]; //Номінальний опір резистора

double pO[m]; //Опір квадрата резистивної плівки

double P[m]; //Потужність розсіювання резистора

double Po[m]; //Макс. питома потужність розсіювання резистивної плівки

double N;//Кількість резисторів

double kfe[m]; //Коф. форм. к-того резистора

double l[m]; //Довжина резистора

double b[m]; //Ширина резистора

double X[m]; //Довжина меандра

double Y[m]; //Ширина меандра

double bD;//Мінімальна ширина резистора

double bpot;//Ширина задана потужністю

double lD;//Мінімальна довжина резистора

double lpot;//Довжина задана потужністю

double lser;//Середня лінія меандра

double piz;//Допоміжна змінна для рахунку к-того резистора

double maxb=0;//Максимальна ширина b

char Otv;// [Y/N]

double a[m]; //Відстань між смугами

double t[m]; //Крок ланки

double n[m]; //Число ланок

double max_b (double a, double b, double c)//Обчислення максимальної ширини

{

if (a>b&&a>c)

return a;

if (b>a&&b>c)

return b;

else return c;

}

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

{

bD=(Db+Dl/kfe[i])/Yr;

bpot=sqrt ((pO[i]*P[i])/(R[i]*Po[i]));

b[i]=max_b (b_tex, bD, bpot);

l[i]=kfe[i]*b[i];

b[i]=int (b[i]/h)*h+h;

l[i]=int (l[i]/h)*h+h;

cout<<" n Ширина резистора, b = «<<<» мм" <

cout<<" Довжина резистора, l = «<<<» мм" <

}

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

{

lD=(Dl+kfe[i]*Db)/Yr;

lpot=sqrt ((R[i]*P[i])/(pO[i]*Po[i]));

l[i]=max_b (l_tex, lD, lpot);

b[i]=l[i]/kfe[i];

l[i]=int (l[i]/h)*h+h;

b[i]=int (b[i]/h)*h+h;

cout<<" n Ширина резистора, b = «<<<» мм" <

cout<<" Довжина резистора, l = «<<<» мм" <

}

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

{

return a/b;

}

void main () //Головна функція

{

while (1)

{

cout<<" Задайте кiлькiсть резисторiв для розрахунку [max 10] = «;

cin>>N;

if (N>=1 && N<=10)

break;

}

for (i=0; i

{

while (1)

cout<<" ntРезистор №" <<

cout<<" Номiнальний опiр резистора, [кОм] R = «;

cin>>R[i];

cout<<" Опiр квадрата резистивної плiвки, [кОм/кв] p = «;

cin>>pO[i];

cout<<" Потужнiсть розсiювання резистора, [мВт] P = «;

cin>>P[i];

cout<<" Макс. питома потужнiсть розсiювання резистивної плiвки, [мBт/мм2] Po = «;

cin>>Po[i];

cout<

cout<<" Початковi даннi вiдповiдают данним Табл. № 1? [Y/N] = «;

cin>>Otv;

if (Otv=='Y'

}

for (i=0; i

{

PS:

kfe[i]=kf (R[i], pO[i]);

if (1<=kfe[i] && kfe[i]<=10)

{

cout<<" n_________________________________________" <

cout<<" ntРезистор №" <<<" — прямокутрної форми" <

Cal_pr_fo_bl ();

}

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

{

cout<<" n______________________________________" <

cout<<" ntРезистор №" <<<" — прямокутрної форми в якого ширина меньше довжини (l>d)" <

Cal_pr_fo_lb ();

}

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

{

cout<<" n______________________________________" <

cout<<" ntРезистор №" <<<" — резистор типу (меандр)" <

bD=(Db+Dl/kfe[i])/Yr;

bpot=sqrt ((pO[i]*P[i])/(R[i]*Po[i]));

b[i]=int (max_b (b_tex, bD, bpot)/h)*h+h;

lser=b[i]*kfe[i];

a[i]=b[i];

if (a[i]

a[i]=a_min;

while (1)

{

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

n[i]=int (sqrt (lser/t[i]));

X[i]=n[i]*(a[i]+b[i]);

Y[i]=(lser-a[i]*n[i])/n[i];

if ((Y[i]/a[i])<=10)

break;

else

a[i]=a[i]+a_min;

}

cout<<" n Ширина меандри, Y = «<<<» мм" <

cout<<" Довжина меандри, X = «<<<» мм" <

cout<<" Ширина смушки, b = «<<<» мм" <

cout<<" Вiдстань мiж смужками, a = «<

cout<<" Число ланок, n = «<<

}

else if (kfe[i]<0.1)

{

cout<<" n_________________________________________" <

cout<<" tРезистор №" <<<" — резистор використовувати не рекомендовано" <

}

if (pO[i]==piz)

break;

}

if (1

{

if (povt==0)

{

for (i=0; i

{

if (maxb

maxb=b[i];

}

cout<<" nМаксiмальная ширина b = «<<» мм" <

povt++;

}

if (Vv==0)

{

while (1)

{

cout<<" nВведiть номер резистора для додаткових обчислень = «;

cin>>k;

if (1<=k&&k<=N)

break;

else

cout<<" Цього резистора не iснує" <

}

k=k-1;

Vv++;

}

}

while (1)

{

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

cin>>piz;

if (piz<=50)

break;

else

cout<<" ntMAX 50 [кОм/кв] «<

}

i=k;

pO[i]=piz;

if (piz≠0)

goto PS;

getch ();

system («cls»);//Функція очищення екрана

cout<<" tАвтор програми: Жмуд Е.В." <

cout<<" t20.09.2012″ <

getch ();

}

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