2020-01-15
119
Цель работы:
- ознакомиться с назначением и возможностями системы;
- изучить структуру документа и режимы работы в системе;
- освоить особенности клавиатуры компьютера при составлении документа
1.1 Назначение и возможности системы MathCAD
MathCAD является интегрированной системой автоматизации математических и инженерно-технических расчетов, ориентированной на IBM- совместимые персональные компьютеры (ПК). Система включает в себя текстовый редактор, вычислитель и средства математической графики.
Перечень задач, успешно выполняемых в системе MathCad, включает в себя задачи, связанные с матричными и векторными операциями, действия над комплексными числами, реализацией быстрого преобразования Фурье- т.е. те задачи, которые наиболее часто встречаются в цифровой обработке сигналов.
1.2 Структура документа и основные режимы работы в системе
В отличие от известных систем программирования в системе MathCAD математическое описание алгоритма решение задачи называется не программой, а документом.
Документ имеет блочную структуру, причем различают три основных типа блоков: текстовые, вычислительные и графические блоки.
Текстовые блоки представляют собой блоки комментариев. Вычислительные блоки включают в себя математические выражения, которые вычисляются либо по мере их написания, либо по сигналу запуска клавишей F9. Графические блоки предназначены для построения графиков функций, полученных в результате вычислений. Блоки в документах должны располагаться не налагаясь друг на друга согласно логической структуре документа. При наложении блоков в документах система выдает информацию: Can’t edit blank space - Нет места для редактирования блока. При некорректном оформлении документа система выдает информацию в прямоугольнике, от которого отходит черта, указывающая место ошибки.
Вход в систему MathCAD производится запуском основной программы пакета: Mcad.exe.
Основные режимы работы определяются меню системы, включающем следующие пункты: System, File, Compute, Edit/Move, In-region, Text, Window/Page.
Пункты меню имеют следующие назначения:
System - для управления системными возможностями ПК;
Fille - для работы с файлами в режимах их загрузки, сохранения,
переименования, очистки;
Compute - для управления вычислительным процессом;
Edit/Move - для редактирования и перемещения файлов;
In-Region - для редактирования отдельных фрагментов документов;
Text - для ввода и редактирования текстов;
Window/Page - для работы с окнами и управления форматом страниц.
При входе в систему MathCad первоначально устанавливается режим автоматического выполнения вычислений по мере ввода и редактирования документа, т.е. режим “auto”.
Если запустить систему командой Mcad/M, то установится режим “manual”, в котором ввод и редактирование документа происходит без выполнения вычислений. Для перехода в режим вычислений надо нажать клавишу F9. Режимы “auto” и “manual” можно также установить в пункте System меню системы.
Работа системы MathCAD в режиме вычислителя сводится к описанию порядка решения задачи с применением общепринятых в математике символов и правил написания математических выражений, при этом сначала вводятся исходные данные и указываются диапазоны изменения переменных или индексов. Затем описываются математические выражения для получения результата. Далее производится вывод результата.
Например:
A:=2.5 omega:=0.5 t:=4.86 fi:=0.84
D:=A×sin(omega×t+fi) D=-0.32
«:=» означает знак присваивания,
«=» используется для вывода результата на экран.
Режим построения графиков в системе MathCad устанавливается следующим образом. Первоначально курсор позиционируется на экране в предполагаемый левый верхний угол рисунка, на котором будет представлен график. Затем одновременным нажатием клавиш: Ý@ на экране устанавливаются координатные оси. По оси ординат пользователем выставляется имя рассчитанной переменной с нижним индексом, например Yi, а по оси абсцисс наименование индекса, т.е. i. Так же устанавливаются максимальные и минимальные значения Yi и i. Если эти значения пользователем не устанавливаются, то система сама производит выбор этих значений по осям. После вывода курсора за пределы рисунка система рисует график. На одном рисунке можно представить до 16 графиков. Для изменения размеров рисунка и нанесения на него сетки в формат графика вводится курсор и нажимается клавиша F.Пользователь может изменить размеры графика в подпункте Size и нанести сетку на рисунок в подпункте Subdivision. После установки размеров и сетки рисунка необходимо перейти в подпункт Done (выполнить) и нажать клавишу Enter.
Ввод текста на экран производится после одновременного нажатия клавиш Ý и ² (т.е. Shift и двойные кавычки). При этом на экране появляются две пары кавычек, между которыми может быть набрана любая последовательность символов с клавиатуры. Для выхода из текстового режима необходимо вывести курсор стрелочками управления курсора за пределы кавычек.
1.3 Особенности использования клавиатуры ПК в системе MathCad
В связи с необходимостью написания целого рада математических символов: знака суммы, квадратного корня, интеграла и других - пользователю необходимо знать клавиши или их совокупности, необходимые для написания математических выражений. В таблице 1 представлена справка по использованию клавиш клавиатуры ПК при написании математических выражений и установке графического и текстового режима в системе MathCAD.
Таблица 1
| Установка режима или знака операций | Клавиша или совокупность клавиш | Установка режима или знака операций | Клавиша или совокупность клавиш |
| := Знак операции присвоения | Ý: | P Знак произведения | Ý3 |
| .. Знак диапазона | ; | S Знак суммы | Ý4 |
| Знак возведения в степень | Ý^ | ò Знак интеграла | Ý7 |
| Установка нижнего индекса | [ | 
Знак производной
| Ý? |
Знак квадратного корня
| \ | Переход в графический режим | Ý@ |
| |A| Знак модуля числа А | | | Форматирование графика | 
|
Инверсия числа А
| ݲ | Изменение цвета экрана | Ctr+D |
Для закрепления полученных знаний рассмотрим пример:
Пусть требуется рассчитать значения функции Y(t)=A+B×e-C×t на интервале t=0 - 5 сек с шагом Dt=0.2 сек при A=10;B=5.5; C=0.6. По полученным данным построить график.
Документ, описывающий решение данного примера в системе MathCAD, представлен на рисунке 1.
Рисунок - 1
Контрольные вопросы:
1. Структура документа в системе MathCAD.
2. Характеристика пунктов меню системы: System, File, Compute, Edit/Move.
3. Характеристика графического режима системы.
Упражнение №1
Просчитать 50 значений сигнала, характеризующего переходной процесс в электрической цепи, с шагом Dt=0.1 сек по следующей формуле:
Y(t)=Y0 + Y1×(1 - e-T1×t) + Y2×sin(w×t)×e-T2×t
Исходные данные представлены в таблице 2.
Таблица 2
| № варианта | Y0 | Y1 | Y2 | T1 сек | T2 сек | 
сек-1
|
| 1 | 4.5 | 1.5 | 1.5 | 0.4 | 0.5 | 0.5 |
| 2 | 6 | 2 | 1.7 | 0.5 | 0.6 | 0.4 |
| 3 | 0 | 12 | 4.5 | 0.45 | 0.55 | 0.5 |
| 4 | 36 | -36 | 12 | 0.45 | 0.5 | 0.6 |
| 5 | 27 | 23 | 7 | 0.4 | 0.5 | 0.5 |
| 6 | 90 | 30 | 40 | 0.45 | 0.55 | 0.45 |
| 7 | 110 | 40 | 15 | 0.45 | 0.55 | 0.65 |
| 8 | 100 | -100 | 30 | 0.55 | 0.55 | 0.55 |
| 9 | 360 | -140 | 70 | 0.45 | 0.55 | 0.45 |
| 10 | 6 | -2 | 1.5 | 0.55 | 0.65 | 0.55 |
| 11 | 9 | -4.5 | 1.5 | 0.40 | 0.50 | 0.60 |
| 12 | 0 | 36 | 12 | 0.6 | 0.65 | 0.45 |
| 13 | 12 | 24 | 12 | 0.40 | 0.50 | 0.60 |
| 14 | 127 | 63.5 | 21 | 0.55 | 0.55 | 0.65 |
| 15 | 1.2 | -1.2 | 0.4 | 0.6 | 0.5 | 0.4 |
| 16 | 0 | 220 | 70 | 0.45 | 0.45 | 0.55 |
| 17 | 0 | 36 | 10 | 0.45 | 0.6 | 0.65 |
| 18 | 9 | -4.5 | 2 | 0.55 | 0.45 | 0.60 |
| 19 | 127 | 100 | 33.3 | 0.65 | 0.55 | 0.45 |
| 20 | 12.7 | 10.0 | 3.33 | 0.45 | 0.55 | 0.65 |
