Анализ и разработка виртуального стенда

Любая вычислительная машина как сложная система, состоящая из множества компонентов на каждом уровне иерархии. Основные особенности внедрения модели виртуального стенда. MATLAB как высокоэффективный язык инженерных и научных вычислений, анализ функций.
Краткое сожержание материала:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

вычислительный машина виртуальный стенд

Любая вычислительная машина - сложная система, которая состоит из множества компонентов на каждом уровне иерархии. Архитектура ЭВМ включает в себя как структуру, отражающую состав ПК, так и программно- математическое обеспечение. Существует множество различных методик изучения и исследования работы ЭВМ, в том числе с помощью воспроизведение работы отдельных систем с помощью лабораторных установок и их виртуальных аналогов.

В курсовой работе будут рассмотрены преимущества внедрения модели виртуального стенда. Рассматриваются возможные программные средства для разработки виртуальной лабораторной установки такие как Electronic Work bench, MATHLAB, Visual Studio C#, Lab VIEW.

В работе проводится обзор предметной области необходимый для правильного понимания процесса функционирования такого класса систем, как лабораторная установка УМ-21.

Был проведён анализ задачи разработки модели стенда с точки зрения АСНИ, который включает в себя изучение подобных работ, формулировку и классификацию требований к программному обеспечению, процесс моделирования, оценку эффективности и подобия, анализ целевых функций.

В курсовой работе представлен обзор основных этапов разработки модели стенда УМ-21, а также описана работа с виртуальной моделью.

1. Постановка задач исследования и обзор предметной области

1.1 Актуальность

Одним из важных компонентов образования студента в области информатики и вычислительной техники является закрепление полученных теоретических знаний в форме практических работ. Часто такие работы проводятся с использованием лабораторных установок. Оборудование чаще всего имеет высокую стоимость, сложную внутреннюю структуру, объёмную техническую документацию. Для его обслуживания и наладки необходим квалифицированный персонал. Установки сложно модернизировать, изменять состав и назначение.

В связи с этим становится актуальным использовать возможности компьютера для создания виртуальных стендов. В этом случае можно увеличить количество одновременно обучаемых студентов, установив соответствующую программу на необходимое число компьютеров. На виртуальном стенде можно без потерь показать результат действий, которые в случае работы с реальным оборудованием привели бы к поломке. Такой стенд может контролировать процесс выполнения лабораторной работы и указывать на ошибки. Это ускоряет процесс обучения и избавляет преподавателя контролировать работу каждого студента. Возможность включения справочной информации позволяет повысить качество обучения, делая доступной необходимые сведения. Можно выбрать наиболее эффективную форму подачи справочной информации, делая её наглядной, понятной, лёгкой для запоминания.

Таким образом, увеличивается скорость, качество обучения, снижается нагрузка на преподавателя, а сам процесс становится более эффективным и интересным.

1.1.1 Преимущества внедрения модели виртуального стенда

1. Замена устаревшего оборудования;

2. Возможность лёгкого расширения, усовершенствования, модернизации;

3. Уменьшается возможность выведения из строя оборудования;

4. Число выполняющих работы со стендом ограничивается числом персональных компьютеров, на которые установлен виртуальный стенд;

5. Возможность контроля качества выполнения в процессе работы, а не только по результатам;

6. Повышение эффективности обучения за счёт внедрения наглядной и информативной справочной информации;

7. Снижение нагрузки преподавателя путём перенесения функции контроля на программу.

1.2 Цель и задачи исследования

Целью исследования, проводимого в данной работе, является повышение качества обучения студентов путём создания виртуальной лабораторной установки, реализующей микропрограммный и аппаратный способы управления выполнением логических операций.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. провести анализ предметной области;

2. обосновать и выбрать язык и среду для создания приложения;

3. разработать алгоритм программы, учитывающий особенности учебного процесса;

4. создать виртуальную лабораторную установку;

5. описать структуру установки и процесс работы с ней в видеоуроках.

1.3 Обзор возможных программных средств для разработки виртуальной лабораторной установки (выбор прототипа)

Лабораторная установка представляет собой детерминированную, дискретно-событийную динамическую систему (ДСДС). В такой системе переходы инициируют события, которые происходят в дискретные моменты времени. Событие соответствует началу или концу деятельности. Промежутки между событиями не всегда совпадают и могут быть детерминированным или стохастическим. ДСДС характерно наличие асинхронного поведения с множеством параллелизма, как правило, характеризуются сложной, иерархической структурой. Для моделирования таких систем существует развитый математический аппарат. Пригодными методами являются теория массового обслуживания, формальные языки, теория автоматов, временная логика, марковскиепроцессы, сети Петри и некоторые другие. Каждый из методов имеет достоинства и недостатки, поэтому выбор метода зависит от конкретной системы и поставленных задач.

Рассмотрим различные программные средства, пригодные для моделирования дискретно-событийной системы.

1.3.1Electronics Work bench

Electronics Work bench (продукт компании National Instruments) - предназначен для моделирования цифровых и аналоговых электронных схем. Electronics Work bench может проводить анализ схем на постоянном и переменном токах. Результаты этого анализа не отражаются на приборах, они используются для дальнейшего анализа схемы. В Electronics Work bench можно исследовать переходные процессы при воздействии на схемы входных сигналов различной формы. Программа также позволяет производить анализ цифро-аналоговых и цифровых схем большой степени сложности. Имеющиеся в программе библиотеки включают в себя большой набор широко распространенных электронных компонентов. Есть возможность подключения и создания новых библиотек компонентов. Результаты моделирования можно вывести на принтер или импортировать в текстовый или графический редактор для их дальнейшей обработки.

Electronics Work bench позволяет строить схемы различной степени сложности при помощи следующих операций:

? выбор элементов и приборов из библиотек;

? перемещение элементов и схем в любое место рабочего поля;

? поворот элементов и групп элементов на углы, кратные 90°;

? копирование, вставка или удаление элементов, групп элементов, фрагментов схем и целых схем;

? изменение цвета проводников;

? выделение цветом контуров схем для более удобного восприятия;

? одновременное подключение нескольких измерительных приборов и наблюдение их показаний на экране монитора;

? присваивание элементу условного обозначения;

? изменение параметров элементов в широком диапазоне.

1.3.2 MATHLAB

Система MATHLAB (MATrix LABoratory) предназначена для выполнения научных и инженерных расчётов на компьютере. С её помощью эффективно решаются задачи вычислительной математики, линейной алгебры, математической статистики и математического моделирования. В её состав входит несколько десятков специализированных пакетов, предназначенных для обработки денных в различных областях науки и техники (системы управления, нечёткие системы, нейронные сети, цифровая обработка сигналов и изображений).

MATLAB - это высокоэффективный язык инженерных и научных вычислений. Он поддерживает математические вычисления, визуализацию научной графики и программирование с использованием легко осваиваемого операционного окружения, когда задачи и их решения могут быть представлены в нотации, близкой к математической. Наиболее известные области применения системы MATLAB:

?математика и вычисления;

?разработка алгоритмов;

?вычислительный эксперимент, имитационное моделирование, макетирование;

?анализ данных, исследование и визуализация результатов;

?научная и инженерная графика;

?разработка приложений, включая графический интерфейс пользователя.

MATLAB - это интерактивная система, основным объектом которой является массив, для которого не требуется указы...