Тестирование ПО

3.5 Тестирование ПО

Исходные данные:

·          Количество гармоник – 5;

·          Частоты гармоник: 60, 80, 100, 120, 140;

·          Период дискретизации – 0,002 с;

·          Разрядность АЦП – 12

·          Амплитуда сигнала – 2,5 В

·          Диапазон входных напряжений от -2,5 В до +2,5 В;

·          Статическая ошибка – 20%;

·          Разрешение – 5 Гц;

Результатами работы программы являются исходный (рис. 3.6) и дискретный (рис. 3.7) временные ряды, грубая (рис. 3.8) оценка СПМ, сглаженные оценки СПМ методами осреднения по участкам (рис. 3.9), по частотам (рис. 3.10) и оценка СПМ со спектральным окном (рис. 3.11)

Рисунок 3.6 – Исходный временной ряд

Рисунок 3.7 – Дискретный временной ряд

Рисунок 3.8 – Грубая оценка СПМ

Рисунок 3.9 - Сглаженная оценка СПМ методом осреднения по участкам

Рисунок 3.10 - Сглаженная оценка СПМ методом осреднения по частотам

Рисунок 3.11 - Оценка СПМ со спектральным окном

Уже при анализе грубого спектра мы можем наблюдать пять всплесков, соответствующих пяти гармоникам входного сигнала. Соответствующие всплескам частоты, как мы можем заметить, равны частотам гармоник сигнала. В нашем примере это частоты 60, 80, 100, 120, 140 Гц.

При осреднении грубой оценки двумя методами выявляются следующие закономерности. Во-первых, наблюдается эффект размывания частот. Для метода осреднения по частотам, например, он зависит от выбора базы осреднения. Во-вторых, можно заметить выравнивание всплесков по амплитуде или же, по крайней мере, сокращение разброса значений. Отметим, что наиболее наглядно эффект осреднения грубой оценки СПМ прослеживается при наличии в ней случайной составляющей (зашумления).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном курсовом проекте разработали техническое и программное обеспечение автоматизированной системы научных исследований (АСНИ).

Был выполнен расчет информационно-измерительного канала АСНИ, состоящего из дифференциального усилителя и активного фильтра по исходным данным. Определили необходимый КООС (коэффициент ослабления синфазного сигнала), минимально необходимый коэффициент усиления дифференциального сигнала Кдиф, выбрали схемотехническое решение, нашли подходящий тип операционного усилителя и рассчитали элементы схемы в соответствии с найденным Кдиф. Порядок фильтра приняли равным 2.

Разработали программное обеспечение и алгоритмы, программу оценивания спектральной плотности с разрешением по частоте b. При этом рассчитали необходимую длину исходного временного ряда для периода дискретизации Т и ошибки оценивания e.

Воспользовались языком программирования С++ и готовым программным модулем быстрого преобразования Фурье.

Разработанная программа позволяет моделировать работу АСНИ:

·          генерирует исходный временной ряд;

·          моделирует работу АЦП;

·          анализирует грубую оценку спектральной плотности мощности;

·          анализирует улучшенную оценку спектральной плотности мощности двумя методами – разбиением на участки, осреднением по частотам.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Моделирование и обработка данных, поступающих от аналого-цифровых преобразователей: Методические указания к выполнению лабораторной работы по дисциплине "Обработка данных в автоматизированных системах" / Сост. Л.А. Краснодубец. – Севастополь: Изд-во СевНТУ, 2002.–11с.

2. Исследование дискретного преобразования Фурье: Методические указания к выполнению лабораторной работы по дисциплине "Обработка данных в автоматизированных системах" / Сост. Л.А. Краснодубец. – Севастополь: Изд-во СевНТУ, 2002.– 13с.

3. Оценивание спектральных плотностей при помощи быстрого преобразования Фурье: Методические указания к выполнению лабораторной работы по дисциплине "Обработка данных в автоматизированных системах" / Сост. Л.А. Краснодубец. – Севастополь: Изд-во СевНТУ, 2002.– 13с.

4. А.Я. Архангельский – Программирование в Delphi 6.– М.: ЗАО "Издательство БИНОМ", 2002 г. – 1120 с.

5. Х.М. Дейтл, П. Дж. Дейтл – Как программировать на С++. – М.: ЗАО «Издательство БИНОМ», 2003 г. – 1031с.

6. ГОСТ 2.105-95 ЕСКД. Общие требования к текстовым документам.

7. ГОСТ 2. 701–84 ЕСКД. Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению.

ПРИЛОЖЕНИЕ А (ОБЯЗАТЕЛЬНОЕ)

Текст программы

//---------------------------------------------------------------------------

#include <vcl.h>

#pragma hdrstop

#include <math.h>

#include "fft.cpp"

#include "Unit1__my.h"

#include "Unit2.h"

#include "Unit3.h"

#include "fstream.h"

#include "mo.cpp"

//---------------------------------------------------------------------------

#pragma package(smart_init)

#pragma link "CSPIN"

#pragma resource "*.dfm"

TADC *ADC;

//---------------------------------------------------------------------------

void smooth(int N,float *mas,float *mas1,int num)

{float a[4];int l1,l2;

if (num==1) {a[1]=0.1817;a[2]=-0.1707;a[3]=0.1476;}

if (num==2) {a[1]=0.35;a[2]=-0.0875;a[3]=0.0625;}

for (int k=0;k<N;k++)

{mas1[k]=mas[k];

for (int i=1;i<=3;i++){

if ((k-i)<0) l1=k-i+N;

else l1=k-i;

if ((k+i)>N-1) l2=k+i-N;

else l2=k+i;

mas1[k]=mas1[k]+a[i]*(mas[l1]+mas[l2]);}

if (num==1) mas1[k]=mas1[k]*1.1679;

if (num==2) mas1[k]=mas1[k]*1.267;

}

}

//---------------------------------------------------------------------------

__fastcall TADC::TADC(TComponent* Owner)

: TForm(Owner)

{

}

//---------------------------------------------------------------------------

void __fastcall tsg(int Nt,int Ng, float amp,float dt,float *fi,float *vr)

{

int i,j;

float ti,s;

try{

ti=0.0;

for(j=0;j<Nt;j++){

s=0.0;for(i=0;i<Ng;i++) s+=amp*sin(2.0*M_PI*fi[i]*ti)/Ng;

vr[j]=s;

ti+=dt;

}

}catch (...){

Application->MessageBox("Проверь себя!!!","Ошибочка вышла", MB_OK);

}

}

void __fastcall TADC::HarmonicNumberChange(TObject *Sender)

{

Freq->RowCount=HarmonicNumber->Value;

}

//---------------------------------------------------------------------------

void __fastcall TADC::Button1Click(TObject *Sender)

{

float dt, *vr, *fi, b, eps, ti, amp, Umin, Umax, Cx;

int Nt, Ng, i, level;

TListItem *ListItem;

Series1->Clear();

LineSeries1->Clear();

try{

std:: FILE *outfile;

SaveDialog->Title = "Сохранение файла временного ряда";

if((eps = StrToFloat(Error->Text))<=0) eps=1;

if(eps >1) eps=1;

if((b = StrToFloat(BText->Text))<=0) b=1;

Ng=StrToInt(HarmonicNumber->Value);

dt=StrToFloat(dtText->Text);

Nt=(int)1.0/(dt*b);

amp=StrToFloat(Amlitude->Text);

Nt = pow(2,ceil(log(Nt/sqrt(eps))/log(2)));

Umin=StrToFloat(MinUText->Text);

Umax=StrToFloat(MaxUText->Text);

Cx=(pow(2,StrToInt(CapacityText->Text))-1)/(Umax-Umin);

if (SaveDialog->Execute()){

outfile = std::fopen(SaveDialog->FileName.c_str(), "w");

 if (outfile)

 {fprintf(outfile,"%f\n%d\n%f\n",dt,Nt,amp);

}

fi=(float*)malloc(Ng*sizeof(float));

for(i=0;i<Ng;i++) fi[i]=StrToFloat(Freq->Cells[0][i]);

vr=(float*)malloc(Nt*sizeof(float));

tsg(Nt,Ng, amp, dt, fi, vr);

ti=0.0;

ListView1->Items->Clear();

ListView1->Column[2]->Caption="Исходный временной ряд";

ListView1->Column[3]->Caption="Дискретный временной ряд";

for(i=0;i<Nt;i++,ti+=dt) {

LineSeries1->AddXY(ti,vr[i],"",clRed);

ListItem=ListView1->Items->Add();

ListItem->Caption=IntToStr(i);

ListItem->SubItems->Add(FloatToStr(ti));

ListItem->SubItems->Add(FloatToStr(vr[i]));

if(vr[i]<Umin) vr[i]=Umin;

else if(vr[i]>Umax) vr[i]=Umax;

level=floor(Cx*(vr[i]-Umin)+0.4999999);

ListItem->SubItems->Add(IntToStr(level));

fprintf(outfile,"%d\n",level);

Series1->AddXY(i,level,"",clGreen);

}

fclose(outfile);free(fi);free(vr);}

}catch (...){

Application->MessageBox("Проверь себя!!!","Ошибочка вышла", MB_OK);

}

}

//---------------------------------------------------------------------------

void __fastcall TADC::Button2Click(TObject *Sender)

{

int Nt,i,j;

float *vr, *x, *y, amp, dt, mx, *Sxx,*Sxx1;

std:: FILE *DR,*VR;

TListItem *ListItem;

Series1->Clear();

BarSeries1->Clear();

BarSeries2->Clear();

try {

float b=StrToFloat(BText->Text);

OpenDialog->Title="Загрузка файла с временным рядом";

if(OpenDialog->Execute()){

VR=std::fopen(OpenDialog->FileName.c_str(),"r");

fscanf(VR,"%f\n%d\n%f\n",&dt,&Nt,&amp);

//Чтение временного ряда

vr=(float*)malloc(Nt*sizeof(float));

x=(float*)malloc(Nt*sizeof(float));

y=(float*)malloc(Nt*sizeof(float));

Sxx=(float*)malloc(Nt*sizeof(float));

Sxx1=(float*)malloc(Nt*sizeof(float));

float ti=0.0;

ListView1->Items->Clear();

ListView1->Column[2]->Caption="Дискретный временной ряд";

ListView1->Column[3]->Caption="Центрированный временной ряд";

for(i=0;i<Nt;i++,ti+=dt) {fscanf(VR,"%f\n",&vr[i]);

Series1->AddXY(i,vr[i],"",clGreen);

ListItem=ListView1->Items->Add();

ListItem->Caption=IntToStr(i);

ListItem->SubItems->Add(FloatToStr(ti));

ListItem->SubItems->Add(FloatToStr(vr[i]));

}

SaveDialog->Title = "Сохранение файла грубой оценки";

int razm=ceil(log(Nt)/log(2));

int N1=pow(2,ceil(log(Nt)/log(2)));

if (SaveDialog->Execute()){

DR = std::fopen(SaveDialog->FileName.c_str(), "w");

fprintf(DR,"%f\n%d\n%f\n",dt,N1,amp);

for(i=0;i<N1;i++){x[i]=vr[i];y[i]=0.0;}

mx=me(vr,N1);

for(i=0;i<N1;i++) {x[i]=x[i]-mx;

//Sxx[i]=x[i]; Sxx1[i]=y[i]; //

ListItem=ListView1->Items->Item[i];

ListItem->SubItems->Add(FloatToStr(x[i]));

}

fft(x,y,N1,razm,1); //

//fft(Sxx,Sxx1,N1,razm,1); //

//smooth(N1,Sxx,x,1); smooth(N1,Sxx1,y,1); //

for(i=0;i<N1;i++) Sxx[i]=(dt/Nt)*(x[i]*x[i]+y[i]*y[i]);

float b1=1/(dt*N1);

for(i=0;i<N1;i++){ fprintf(DR,"%f\n",Sxx[i]);

BarSeries1->AddXY(i*b1,Sxx[i],"",clTeeColor);

ListItem=ListView1->Items->Item[i];

ListItem->SubItems->Add(FloatToStr(i*b1));

ListItem->SubItems->Add(FloatToStr(Sxx[i]));

}

fclose(DR);

if(RadioGroup1->ItemIndex==1)

{

//Осреднение по частоте

float s=0.0;

int l=StrToInt(FreqEdit->Text);

SaveDialog->Title="Сохранение файла оценки методом частотного осреднения";

if(SaveDialog->Execute())

{DR = std::fopen(SaveDialog->FileName.c_str(), "w");

fprintf(DR,"%f\n%d\n%f\n",dt,N1,amp);

for(i=0;i<N1-l;i++){s=0.0;

for(j=i;j<i+l;j++)s=s+Sxx[j];

fprintf(DR,"%f\n",s/l);

BarSeries2->AddXY(i*b1,s/l,"",clTeeColor);

ListItem=ListView1->Items->Item[i];

ListItem->SubItems->Add(FloatToStr(i*b1));

ListItem->SubItems->Add(FloatToStr(s/l));

}

fclose(DR);

}

}else if(RadioGroup1->ItemIndex==0){

// Осреднение по участкам

SaveDialog->Title = "Сохранение файла оценки методом разбиения на участки";

int Ny=1/(dt*b);

razm=ceil(log(Ny)/log(2));

Ny=pow(2,razm);

if (SaveDialog->Execute()){

DR = std::fopen(SaveDialog->FileName.c_str(), "w");

fprintf(DR,"%f\n%d\n%f\n",dt,Ny,amp);

int m=ceil(Nt/Ny);

for(i=0;i<Ny;i++) Sxx[i]=0;

for(j=0;j<m;j++){

for(i=0;i<Ny;i++) if (j*Ny+i>Nt) {x[i]=0;y[i]=0;} else {x[i]=vr[j*Ny+i];y[i]=0;}

mx=me(x,Ny);for(i=0;i<Ny;i++) x[i]=x[i]-mx;

fft(x,y,Ny,razm,1);

for(i=0;i<Ny;i++) Sxx[i]+=(dt/Ny)*(x[i]*x[i]+y[i]*y[i]);

}

for(i=0;i<Ny;i++) {

fprintf(DR,"%f\n",Sxx[i]/m);

float b1=1/(dt*Ny);

BarSeries2->AddXY(i*b1,Sxx[i]/m,"",clTeeColor);

ListItem=ListView1->Items->Item[i];

ListItem->SubItems->Add(FloatToStr(i*b1));

ListItem->SubItems->Add(FloatToStr(Sxx[i]/m));

}

fclose(DR);

}

}

}

free(vr); free(x); free(y); free(Sxx);

fclose(VR); }

}catch(...)

{

Application->MessageBox("Проверь себя!!!","Ошибочка вышла", MB_OK);}

}

//---------------------------------------------------------------------------

void __fastcall TADC::Help1Click(TObject *Sender)

{

Form2->Visible=true;

}

//---------------------------------------------------------------------------

void __fastcall TADC::N5Click(TObject *Sender)

{

Form3->Visible=true;

}

//---------------------------------------------------------------------------

void __fastcall TADC::N6Click(TObject *Sender)

{

ADC->Close();

}

//---------------------------------------------------------------------------