計算機理論的論文錦集
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在微機上模擬電器控制線路的工作過程
摘要：本文對電器控制線路在微機上模擬運行的核心問題——邏輯表達式分析過程的實現(xiàn)進行論述，簡要說明程序設計的主要思路。
關鍵詞：計算機，電器控制，模擬，CAD
一、引言
實現(xiàn)順序控制的電器控制線路的數(shù)學模型是一組邏輯關系表達式，其中邏輯變量代表控制觸點，受控元件的電磁線圈為各觸點的邏輯函數(shù)，邏輯函數(shù)值即對應受控元件的工作狀態(tài)。在電器控制系統(tǒng)運行過程中，各元件及觸點狀態(tài)的變化，使邏輯運算結果隨之改變，這種變化的過程實際就是電器控制線路的運行過程。
電器控制系統(tǒng)中元件與控制觸點之間的邏輯關系是根據(jù)系統(tǒng)控制要求確定的，模擬控制線路的運行過程就是要按一定順序解算控制系統(tǒng)的數(shù)學模型——邏輯代數(shù)方程組。在方程組中，以邏輯函數(shù)代表運算元件的電磁線圈，以邏輯變量代表元件觸點。對同一電器元件來說，其線圈和觸點的物理狀態(tài)是互相關聯(lián)的，可約定邏輯函數(shù)值為“1”時表示線圈得電，同名的原變量取值為“1”，表示動合觸點閉合;反之，邏輯函數(shù)值為“0”時表示線圈得電，同名的原變量取值為“0”，動合觸點斷開。
二、電器控制線路模擬運行程序設計的主要思路
1. 表達式分析的基本原理
計算機高級程序設計語言編譯系統(tǒng)中，通常配備有字符型變量，一個數(shù)學表達式可以以集中或分散的形式存儲在這類變量中。將一個具有物理意義或數(shù)學意義的函數(shù)表達式轉換為計算機能夠執(zhí)行的指令的過程，稱為表達式句法分析。表達式的分析過程是按嚴格的代數(shù)規(guī)則進行的，因為電器控制線路的數(shù)學模型是邏輯代數(shù)方程，故模擬運行程序中表達式分析依據(jù)的即為邏輯代數(shù)運算規(guī)則。
“遞歸下降法”是比較常用的表達式句法分析方法，其基本過程就是將一個完整的表達式逐項分解，分解出的成分可以是變量、運算符或子表達式，當根據(jù)分解規(guī)則識別出被分解出來的某個成分為子表達式時，就要繼續(xù)進行分解，直至所有被分解出的成分皆為最基本元素為止(所謂最基本元素，即為事先約定的可以直接參與計算的變量和運算符)。
在設計表達式分析程序時，首先要約定變量、運算符及子表達式定界符，筆者根據(jù)電器控制線路數(shù)學模型——邏輯代數(shù)方程的基本運算規(guī)則，以及有關電器元件文字符號的標準規(guī)定，約定以下一些字符串為合法的邏輯變量：
sb——手動按鈕動合觸點變量;nsb——手動按鈕動斷觸點變量;
sq——行程開關動合觸點變量;nsq——行程開關動斷觸點變量;
KM——接觸器線圈函數(shù);
km——接觸器動合觸點變量;nkm——接觸器動斷觸點變量;
K——中間繼電器線圈函數(shù);
k——中間繼電器動合觸點變量;nk——中間繼電器動斷觸點變量;
KT——時間繼電器線圈函數(shù);
kt——時間繼電器瞬時動合觸點變量;nkt——時間繼電器瞬時動斷觸點變量;
t——時間繼電器延時動合觸點變量;nt——時間繼電器延時動斷觸點變量;
YA——電磁鐵線圈函數(shù)，
約定在上述各邏輯函數(shù)及邏輯變量之后可附加0～9數(shù)字序號。約定“*”為邏輯“與”運算符，表示線路中的串聯(lián)連接;“+”為邏輯“或”運算符，表示線路中的并聯(lián)連接;“=”為邏輯函數(shù)賦值符。約定“(”、“)”為子表達式的定界符。
2. 表達式分析的實現(xiàn)過程
設一電器控制線路原理圖如圖1所示，對應的邏輯關系表達式如下：
K = ( sb1 + k ) * nsb2
其中sb1為K的起始信號，sb2為K的終止信號，k是元件K的自鎖觸點。當sb1出現(xiàn)時其邏輯值為“1”，在sb2沒有出現(xiàn)之前sb2的邏輯值為“0”，nsb2即為“1”，故經(jīng)邏輯運算K的邏輯值是“1”，即表示元件K得電，隨即k的邏輯值由“0”變?yōu)?ldquo;1”，表示自鎖觸點k自鎖閉合。
對這樣的邏輯函數(shù)表達式的分析過程是從“=”右側字符串分解開始的，每分解出一個元素就要返回一個記號(稱作token)，這是表達式分解的核心過程，圖2為求取表達式元素分解子程序(get_token)流程圖，圍繞元素分解過程構成的表達式分析程序(caculate)流程圖如圖3所示。
圖2 表達式元素分解子程序(get_token)流程圖
以前面圖1為例，進入caculat程序后調用get_token函數(shù)，得到函數(shù)名K及“=”符號，以下順序調用level2、level3、leve4子程，判斷出得到的是“(”符號時，說明后面是一個子表達式，隨即遞歸調用level2子程，且再依次進入level3、level4子程，這時可得出邏輯變量名sb1極其狀態(tài)值。其后由level4返回到level3并調用get_token函數(shù)，得到“+”運算符后返回。返回到level2后判斷出“+”運算符，即要調用get_token函數(shù)，得到變量名k及其狀態(tài)值并執(zhí)行邏輯或運算，將計算結果存入一暫存變量result中，然后從level2退出。這時會返回到level4子程中且調用get_token函數(shù)，得到“)”返回返回到level3子程。在level3中判斷出為“*”運算符時調用get_token函數(shù)，得到 nsb2及其狀態(tài)值后執(zhí)行邏輯與運算，最終將計算結果返回到變量K中，結束表達式分析計算過程。
三、結束語
本文論述了電器控制線路在微機上模擬運行的核心問題——邏輯關系表達式的分解計算。設計這樣一個應用軟件，可以幫助設計者快速有效地檢驗設計結果、分析線路潛在問題，可以說是電器控制線路CAD不可缺少的重要環(huán)節(jié)，同時也是CAD技術大有可為的一個領域。
四、參考文獻
盧有杰、吳煒煜，《C語言高級程序設計》，清華大學出版社，1991
基于分層教學理論的高校計算機基礎教學課堂改革及實踐分析
1 傳統(tǒng)教學中所存在的問題
1.1 教學內容偏重理論
我們從小到大接受的教學內容大多偏重理論，也就造成了現(xiàn)在對應用要求了解不足。長時間以來由于各方面的因素使得我們中大多數(shù)人對計算機基礎教學課程有了一些錯誤的理解，只要掌握了理論就會操作，將計算機教育和專業(yè)教育混為一談。從這里就可以看出許多學生對計算機教育的特點不夠了解，不注重計算機在實際生活中的應用，相反認為計算機基礎教育應向理論方向靠攏而不是應用方向。這在一定程度上阻礙了計算機基礎教育改革發(fā)展，同時也導致了許多高校中，學生們操作能力薄弱，即使拿到了計算機證書，也不能夠滿足社會發(fā)展的需求。
1.2 缺乏對課程體系的研究
在傳統(tǒng)的計算機基礎課堂上，老師們通常只對學生們傳授他所從事的一門學科或者幾門學科的內容，缺乏系統(tǒng)知識體系理論。教師們的教學內容應當包括兩個方面：一是全體大學生的必修課程。二是與學生所學專業(yè)相關聯(lián)的內容，即選修課程。計算機基礎教育不能只考慮當前教學的內容，而是要包括大學生在大學期間的整體的系統(tǒng)性的計算機知識教育。
1.3 學生特點分析不夠深入
不同專業(yè)的學生對計算機的要求和掌握的內容不同，學校應對不同專業(yè)的學生，針對他們所學專業(yè)的要求和特點安排不同的教學內容，實施分類分層次教學。然而，當代的一些高校，沒有對不同專業(yè)、不同層次的學生的需求進行深入探索研究。對所有專業(yè)的學生采用一樣的課本和要求，沒有針對性。使學生所學的知識難以與專業(yè)之間結合，不能學以致用，不能突顯出不同專業(yè)對應用能力的不同要求。
1.4 教學手段和方法簡單落后
中國的大多數(shù)高校計算機的課堂教學模式比較單一，教學方法和手段簡單易操作，單一性、枯燥性，現(xiàn)代的高科技技術并沒有很好的運用到上面，一般只是在非網(wǎng)絡的環(huán)境下，通常在多媒體教室中，將課程ppt投影到大屏幕上進行教學。教學的核心還是以教師為主，缺乏交互性，學生因此會感覺枯燥乏味，教學效果大打折扣，沒有實質去改變創(chuàng)新。
2 高校計算機公共課程教學改革的指導原則
取其精華，去其糟粕，向國外的一些成功的高校吸取相關經(jīng)驗，結合計算機基礎課程的特點。在改革計算機課程的進程中我們要遵循幾點原則：
2.1 以學生為主
在計算機課堂教學中我們應當堅持以學生為中心，老師只是充當教學的輔助者不能反客為主充當主導者。在課堂的教學過程中，不能只是將所有的思路全部告訴學生而是指導學生應該怎么學，這樣才能激發(fā)學生能動精神發(fā)揮內在潛能，更好的理解知識從使其掌握的更牢固，提升自身能力。教師們應該為學生打造一個積極進取的氛圍環(huán)境鼓勵學生積極參與課堂討論，積極表現(xiàn)自我。
2.2 面向應用需求
對不是計算機專業(yè)的學生們，對他們的要求也不能松懈，僅僅只掌握一定的信息技能是遠遠不夠的。還應當要求學生們能夠熟練的利用計算機技術對所學的內容進行研究與實踐。學習計算機技術的目的為應用，不能僅掌握簡單的理論知識，最重要的是將所學計算機技術與本專業(yè)相結合學以致用。幫助學生們更好的了解本專業(yè)的發(fā)展前景以及了解計算技術在職場生涯中對他們的重要性。因此在計算機基礎課程中面向應用是我們要長期堅持的目標。
2.3 多種模式相結合
我國幅員遼闊，各地區(qū)發(fā)展也不近相同，各個地區(qū)學生計算機水平當然也各不相同，如果采用單一的模式，同一個教學方法，同一個課本，同一個評分機制是不切實際的。計算機的公共課程基礎教育應當在同一個指導原則下，按照不同專業(yè)、不同層次，進行分類。針對其自身特點安排不同的教學課程內容，采用不同的教學手段，在實踐中積累經(jīng)驗形成獨特教學理論，實現(xiàn)教學最優(yōu)化。
3 以培養(yǎng)學生計算機技能和信息化素養(yǎng)為核心的分層次教學改革的實踐
3.1 實施分層次教學，因材施教
不同地區(qū)的學生們在人大學前掌握的計算機知識水平都不一樣，縱觀近幾年，新生們的計算機的應用能力逐年加強。目前為止大多數(shù)高校在教學模式上也進行了相應的改革，但是對不同的專業(yè)或是不同水平的學生都采取相同的課本和課時的現(xiàn)象還是相當普遍。造成了一些計算機基礎好的學生覺得教學進程緩慢或是覺得沒有新知識可學，而對于一些底子較差的學生確認為教學進程太快跟不上老師節(jié)奏，聽不懂。為了滿足不同學生的需求，能根據(jù)學生自身的情況，完成學校所給與的學習任務，又能學到新的知識技能豐富自己。高校應當因材施教，采用分班的教學模式，不同專業(yè)、不同水平進行分班，教師們則根據(jù)他們的特點采取不同的教學方案進行教學。
3.2 構建學習網(wǎng)站和資源庫
僅僅憑借老師上課傳授的知識是不能滿足學生們對知識的需求，高校應當建立專門的學習網(wǎng)站和相關課程的資源庫以便不論哪一個班級的學生都能查閱與學習。在網(wǎng)絡的幫助下學生們可以不受空間和時間的限制，隨時隨地都可以學習，也可以與其他的學習者們討論交流，與專家們溝通。計算機技術不是一成不變的它具有較強的時效性，高校的教學目標不能僅僅局限于使學生掌握計算機的基本知識與簡單的操作應用。而是要讓學生們懂得如何利用在實際上，學會主動利用網(wǎng)絡資源去學習。
3.3 培養(yǎng)學生的興趣激發(fā)學習積極性
在以往的傳統(tǒng)教學中，老師在教學過程中往往占據(jù)主導位置，以教為核心，學生們都是被動的去學習，課堂枯燥乏味，難以調動學生學習的熱情與積極性。最主要的原因就是不能引起學生們學習的興趣，被動式教育己不能適應時代發(fā)生的潮流，當代的教師們的教學的任務應當是教給學生們學習的方法而不是直接告訴學生怎樣去解決，重點是教學生們怎樣去分析問題，培養(yǎng)學生們解決問題的能力和創(chuàng)新能力。我們要鄙棄題海戰(zhàn)術，要將理論教學與實踐結合在一起，要讓學生們能夠舉一反三，多種角度、多種方法，去看待問題、去解決問題。使得學生們能夠將課堂所學運用到實際生活。使得學生能夠通過計算機學習工作。從被動變?yōu)橹鲃?，提升教學質量。
3.4 加強實踐教學環(huán)節(jié)，重視學生的操作技能
現(xiàn)在許多高校都建有多媒體教室但這僅僅只是改變了知識的傳播工具，實質還是以傳授知識為主，只是它由傳統(tǒng)的人傳授變?yōu)殡妭魇?，很難激發(fā)學生的創(chuàng)新精神和發(fā)揮學生的主動意識。在采取分班制的基礎上上機實踐，使得各個班級的計算機基礎教學根據(jù)有針對性。
3.5 改革考核方式，實行上機考試
傳統(tǒng)的筆試無法檢驗出學生的操作能力，所以必須要改變考試形式，應當實行理論與上機考試兩部分相結合的考試形式。一方面鞏固學生的基礎知識，另一方面又能更好的檢驗學生的操作水平，激發(fā)學生們自覺的去加強操作練習，提高實踐能力。
3.6 推行開放式網(wǎng)上考試、建立科學、合理的平分體系
計算機基礎教育主要是培養(yǎng)學生們的應用操作能力，因此考核方式也不能實施傳統(tǒng)的評分模式，必須實施多元化的評分模式，利用評價來督促和約束學生積極參加課程學習。在計算機基礎課程改革的進程中，不能僅根據(jù)期末成績來評價一個學生的好與壞，應當實施結論性評價和過程性評價相結合策略，將平時課堂成績如學生出勤率、平時作業(yè)、課堂參與、上機學習情況等都納入期末成績中。實踐也證明，將學生的平時成績納入期末成績中，大大提高了學生的出勤率和課堂參與的積極性。
4 結語
它的快速發(fā)展和在教學領域的深入應用，只要采取正確的方法適當運用，就能收到事半功倍的效果。當然，分層教學改革也需要學生的配合。在深化計算機基礎課分層教學改革的環(huán)境下，對傳統(tǒng)教學方法存在的問題加以改造，結合先進的技術，相信這種新的教學模式必將會推動教育事業(yè)伴隨著人類社會一起快速步入信息時代。
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