Bøger i Anwendung Von Mikrocomputern serien

Durch die fortschreitende Entwicklung auf dem Gebiet der Taschenrechner und Hand- held-Computer kommt der Wunsch sehr schnell, sich die Arbeit zu erleichtern. Wahrend die Kapazitat bei den ersten Rechnern fur ein vollstandiges Einkommen-bzw. Lohnsteuer-Programm nicht ausreichte, kann mit dem Epson HX-20 bereits ein anspre- chendes Programm erstellt werden. Aber genauso, wie der Appetit beim Essen kommt, so mochte man auch bei der Erstellung eines Programmes alle Moglichkeiten bedenken und berucksichtigen. Dafur ist aber das Einkommenssteuerrecht zu umfangreich ge- worden. Wahrend man 1936 mit 4 Seiten fur die gesamte Einkommenssteuererklarung auskam, hat heute bereits der Mantelbogen mit den allgemeinen Fragen diesen Umfang. Die An- lagen umfassen bereits 14 Seiten, wenn alle Einkunftsarten angesprochen werden. Insofern konnten im vorliegenden Buch auch nur alle Einkunftsarten gestreift werden. Das Buch wurde im Manuskript auf einem Sharp-MZ 80K mit dem Textsystem Crowood geschrieben und auf einem Epson FX-80 gedruckt. Die Programme laufen alle in der Grundversion des Epson HX-20. Bei Speichererweiterungen kann das Einkommenssteuer- Programm, da fur die Grundversion in 3 Blocke geteilt wurde, aneinandergefugt werden. Fur die Abschnitte 1.-9., sowie die Programme Ermittlung der Einnahmen aus Kapitalvermogen (Abschnitt 10.1), Einkunfte aus Vermietung und Verpachtung (Abschnitt 10.2), Ermittlung der Renteneinkunfte (Abschnitt 10.3), Ermittlung der Werbungskosten (Abschnitt 10.4) und Bausparpramie (Abschnitt 10.6) zeichnet Werner Grajewski verantwortlich. Diese Programme wurden auf einem Video- Genie erstellt und auf den Epson HX*20 ubertragen.

von Wolfgang Woger*) Statistik ist die Kunst und die Wissenschaft, Daten zu sammeln, zu analysieren und SchluBfolgerungen aus ihnen zu ziehen. Die Anwendungsgebiete ftir die Statistik sind so mannigfach, daB es nicht verwunderlich ist, wenn von den Anfangen dieser Wissen­ schaft bis heute eine umfangreiche Menge von Methoden und Theorien entwickelt worden sind. Die vorliegende Sammlung von Methoden zur Analyse und Auswertung von Daten ist in der Tat nur ein kleiner, aber wesentlicher Auszug aus den existierenden Moglich­ keiten. Die Grundprinzipien des statistischen Schlusses werden mit Hilfe der Begriffe Expe­ riment, Ergebnis, Stichprobenraum, Ereignis und Wahrscheinlichkeit formuliert. Das Experiment umfaBt dabei solche Beispiele wie das Werfen einer Miinze, die Messung einer Lange oder die Frage an eine Person, welche Partei sie oder er bei der nachsten Wahl wahlen wird. Solche Experirnente haben eine Anzahl von tiberhaupt moglichen Ergebnissen, und das konnen durchaus unendliche viele sein. In der Statistik wird dann die Menge aller moglichen Ergebnisse eines Experiments haufig Stichprobenraum genannt. 1m Falle des Wtirfelns eines einzelnen Wtirfels besteht der Stichprobenraum also aus der Menge {I, 2, 3, 4, 5, 6}. Spezifizierte Untermengen des Stichprobenraums werden Ereignis genannt. Beispielsweise ist das Wtirfeln einer geraden Zahl ein Ereignis, das mit p, 4, 6} angegeben werden kann. Die Resultate einer groBen Anzahl von Experimenten bilden in der Statistik das zu benutzende Datenmaterial. Es wird nun angenommen, daB es einen dem Experiment unterliegenden Wahrscheinlichkeitsmechanismus gibt, der das Auftreten der Daten bestimmt.

In den letzten Jahren haben sich die programmierbaren Taschenrechner und Computer als nützliches Arbeitsgerät weitgehend in der Ingenieurausbildung durchgesetzt. Diese Tatsache liefert ftir Teilgebiete der Getriebelehre eine Möglichkeit, von den oftmals umständlichen und zeitaufwendigen zeichnerischen Lösungsverfahren auf rechnerische überzugehen. Hierdurch werden sowohl die übersichtlichkeit als auch vor allem die Genauigkeit erheblich verbessert. Insbesondere der Trend zu immer schneller laufenden Automaten erfordert als Konstruktionsgrundlage u.a. die Kenntnis der Beschleunigung einzelner Getriebeglieder für einen vollen Kurbelumlauf. Um gute Lesbarkeit und praktische Nutzung zu erreichen, wurde der mathematische Aufwand möglichst gering und einfach gehalten. Die Bezeichnung einzelner Getriebeglieder mußte, um überschneidungen zu vermeiden, unüblich geändert werden. Bei den - in BASIC geschriebenen - Programmen wurde ein einfacher Aufbau gewählt, um auch hier eine leichte Durchsicht zu ermöglichen. Lediglich die im Farbanhang dargestellten Diagramme sind programmtechnisch etwas aufwendiger, 0 da das Achsenkreuz hierbei um -90 gedreht wurde. Man erhält dadurch etwa um den Faktor 2,5 verlängerte Diagramme mit einer verbesserten Anschaulichkeit. Es bleibt zu hoffen, daß das vorliegende Buch nicht nur die Berechnung und Auswahl von Getrieben erleichtert, sondern darüber hinaus auch die Bereitschaft fördert, technisch­ konstruktive Fragen mit Hilfe von Computern zu lösen. Iserlohn im Januar 1984 Hans Bürde VI Inhaltsverzeichnis 1· Mathematische Grundlagen ................................ 1 1.1 Rechtwinklige und Polarkoordinaten .. . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . 1 . . . 1.1.1 Rechtwinklige ebene Koordinaten . . . . . . . . . . . . . . .. . .. 1 . . . 1.1.2 Polarkoordinaten ................................. 1 1.1.3 Umrechnung von Polar-in rechtwinklige Koordinaten und umgekehrt. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . 2 . . . . . . . . 1.2 Änderung des Koordinatensystems. . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . 2 . . . .

Die Regelung von Prozessen spielt in der Technik eine bedeutende Rolle. überwie­ gend erfolgt die Bewältigung dieser Aufgabe mit analogen Mitteln; der Techniker kann hierbei auf eine Fülle von Erfahrungen und Literatur zurückgreifen. Seit dem Aufkommen der Elektronenrechner fmden zunehmend digitale Regelverfahren Verbreitung. Während Prozeßrechner vor allem aus KostengrÜIlden häufig nicht in Betracht kommen, steht mit dem Mikroprozessor ein Bauelement zur Verfligung, das preislich interessant und auf Grund seiner Flexibilität für die Lösung vieler Regelaufgaben hervorragend geeignet ist. Um einen Mikroprozessor als Regler einsetzen zu können, benötigt man nicht nur Kenntnisse im Aufbau und in der Programmierung von Mikroprozessor-Systemen; zusätz­ lich muß man wissen, wie ein digitaler Regler arbeitet und welche Besonderheiten beim Mikroprozessor zu beachten sind. Letztere Probleme behandelt das vorliegende Buch. Teil 1 gibt, aufbauend auf einer Erklärung der analogen Regelung, eine Einführung in die Grundlagen der digitalen Regelung. Diese mehr theoretischen Ausführungen werden in Teil 2 für die praktische Anwendung nutzbar gemacht. Um diese überlegungen zu kon­ kretisieren und gleichzeitig ihre Brauchbarkeit zu demonstrieren, wurde ein "Standardbei­ spiel" entwickelt und getestet, das in Teil 3 in allen Einzelheiten beschrieben ist. Der Prozeß wird elektronisch simuliert; als Mikrocomputer kommt ein AIM-65 zur Anwen­ dung. Die übertragung auf andere Mikroprozessoren dürfte keine prinzipiellen Schwierig­ keiten bereiten .. Schließlich beschreibt Teil 4 die Grundzüge eines Systems, das einen ein­ zigen Mikroprozessor zur Regelung mehrerer voneinander unabhängiger Heizungen ver­ wendet.

In diesem Buch wird ein interaktives Programmpaket zur Simulation und Optimierung des Obertragungsverhaltens linearer, einschleifiger Regelkreise beschrieben (SIMLER-PC). Die Optimierung kaull on-line im Zeit- und Frequenzbereich mit dem IBM-AT, Olivetti, Sirius von Victor und kompatiblen PCs durchgefiihrt werden. Ver­ gleichende Literatur ist in /1/ bis /8/ enthalten. Vorteil des Rechnereinsatzes ist die schnelle und anschauliche Darstellung von Para­ metereinfliissen auf eine Regelung mit Hilfe der Bildschirmgraphik. Es laBt sich leicht eine optimale Einstellung des Reglers auf eine gegebene Regelstrecke realisieren, da in einer Graphik der direkte Vergleich von maximal drei Rechnerlaufen (Dia­ grammen) moglich ist und zusatzlich Optimierungshinweise eingeblendet werden. Die Anwendung von SIMLER-PC mit der Diskette /12/ erfordert keine Programmier­ kenntnisse, da der Systemstart bis hin zur "Leistungsauswahl" (Hauptmenii) automa­ tisch erfolgt. Das Programm verfiigt in seinen verschiedenen PC-Versionen iiber eine komfortable Meniifiihrung und eine hochauflosende Graphik von: 350 * 640 Bildpunkten mit IBM-AT und EGA-Karte 348 * 720 Bildpunkten mit IBM-AT und Hercules-Karte 400 * 640 Bildpunkten mit Olivetti und zugehOriger Graphikkarte 400 * 800 Bildpunkten mit Sirius von Victor. Das Grundkonzept des Programmpakets SIMLER-PC basiert auf der Sirius-Version. Es wurde in MS-BASIC in Verbindung mit GRAFIX geschrieben. Der spater hinzu­ gefiigte Programmteil "Zeitverlaufe" lieB sich fiir die On-line-Simulation nur in T-Pascal realisieren. So erklart sich, daB auch in den jetzt erstellten Versionen zwei Programmiersprachen nebeneinander verwendet werden. Fiir den IBM-AT sind es Turbo-BASIC und Turbo-Pascal; fiir den Olivetti GW-BASIC und Turbo-Pascal.

Dieses Buch soli dem Anwender einen weiten Bereich zur Nutzung des Apples oder anderer Personal-Computer erschlielSen. Es soli ihm helfen, auf der Basis einer h6heren, strukturierten Programmiersprache Hardware- und Software-Bausteine zu entwickeln, die periphere Gedite an den Rechner anpassen. Solche Verbindungselemente, die auch Interfaces heilSen, lassen den Computer mit der Umwelt in Verbindung treten. Mit ihnen kann man Vorgange messen und Gerate regeln und steuern. Fur die MelSwerterfassung bieten sich hauptsachlich physikalische, physikalisch-chemische und tech­ nische Prozesse an. Fur wen wurde dieses Buch geschrieben? Es wendet sich hauptsachlich an zwei Zielgruppen: - an Apple-Anwender und Bastler, die ihren Computer als Verbindungs­ element zwischen Idee (Software) und Umwelt (Hardware) sehen. Hierbei soli eine h6here, strukturierte Programmiersprache (Pascal) die Programme durchsichtiger gestalten. Dieses Buch liefert dem Leser eine Reihe von getesteten Schaltungen und hierauf zugeschnittenen Programmen, die auch tatsachlich funktionieren und die Anwendbarkeit des Rechners betrachtlich steigern. - an Informatik- und Physiklehrer und -schuler, die ihre beiden Facher verbinden m6chten. Dieses Buch erlautert aile Grundlagen fur einen compu­ terunterstutzten Physik-, Chemie-, Elektronik- oder Technikunterricht. Hierbei denke ich an Versuche der Mechanik mit sehr kleinen MelSzeiten oder an Versuche zur Kernphysik mit dem Computer als Vielkanalanalysator. Die vielen M6glichkeiten des Experimentierens in der Elektrizitatslehre, der Elektronik oder beim Magnetfeld liegen auf der Hand.

Durch die fortschreitende Entwicklung auf dem Gebiet der Taschenrechner und Hand­ Held-Computer kommt der Wunsch sehr schnell, sich die Arbeit zu erleichtern. Während die Kapazität bei den ersten Rechnern für ein vollständiges Einkommen-bzw. Lohnsteuer-Programm nicht ausreichte, kann mit dem Epson HX-20 bereits ein an­ sprechendes Programm erstellt werden. Aber genauso, wie der Appetit beim Essen kommt, so möchte man auch bei der Erstellung eines Programms alle Möglichkeiten bedenken und berücksichtigen. Dafür ist aber das Einkommensteuerrecht zu umfangreich geworden. Während man 1936 mit 4 Seiten für die gesamte Einkommensteuererklärung auskam, hat heute bereits der Mantelbogen mit den allgemeinen Fragen diesen Umfang. Die Anlagen umfassen bereits 14 Seiten, wenn alle Einkunftsarten angesprochen werden. Insofern konnten im vorliegenden Buch auch nur alle Einkunftsarten gestreift werden. Das Buch wurde im Manuskript auf einem Sharp MZ-80K mit dem Textsystem Crowood geschrieben und auf einem Epson FX-80 gedruckt. Die Programme laufen alle in der Grundversion des Epson HX-20. Bei Speichererweiterungen kann das Einkommensteuer­ Programm, das für die Grundversion in 3 Blöcke geteilt wurde, aneinandergefügt werden. Für die Abschnitte 1 bis 9 sowie die Programme Ermittlung der Einnahmen aus Kapitalvermögen (Abschnitt 10.1). Einkünfte aus Vermietung und Verpachtung (Abschnitt 10.2). Ermittlung der Renteneinkünfte (Abschnitt 10.3). Ermittlung der Werbungskosten (Abschnitt 10.4) und Bausparprämie (Abschnitt 10.6) zeichnet Werner Grajewski verantwortlich. Diese Programme wurden auf einem Video-Genie erstellt und auf den Epson HX-20 über­ tragen.

Datenfernübertragungsprogramme werden vorgestellt.

Die Antenne bildet das Bindeglied bei der Übertragung elektromagnetischer Wellen: beim Sender als Sendeantenne und beim Empfänger als Empfangsantenne. In diesem Buch werden BASIC-Programme vorgestellt, die für die Praxis der Anten­ nentechnik nützlich sein können. Sie sind für den Sharp PC-1500 (entspricht Tandy PC-2) und für den Zenith Z-148 College (IBM-kompatibel) geschrieben, lassen sich aber leicht auf andere Computer anpassen. Cha~akteristische. Merkmale einer Antenne sind Richtdiagramm, Gewinn und Impe­ danz. Diese Eigenschaften sind unabhängig von der Nutzungsart als Empfangs-oder als Sendeantenne. Wir werden uns auf die Behandlung der Antenne im Sendebetrieb beschränken. Bei der Sendeantenne müssen die Spulen und Kondensatoren in den Abstimmitteln, Phasenschiebern usw. im Hinblick auf Senderleistung und Antennen­ impedanz dimensioniert werden, während die Belastung dieser passiven Bauelemente bei der Empfangsantenne im allgemeinen vernachlässigt werden kann. Der Sender liefert die Energie, die von der Antenne abgestrahlt werden soll. Die Verbindung zwischen Sender und Antenne erfolgt in der Regel über Energieleitun­ gen, die als Koaxialkabel, als Reusenleitung, Rohrleitung, Leeherleitung oder auch als Eindraht-Speiseleitung ausgeführt sein können. Prinzipschaltbilder solcher Anlagen zeigen Bild 1.1 für eine einfache Anlage und Bild 1.2 für ein Richtantennensystem.

Der Einsatz des Computers in physikalischen Experimenten erschließt eine Reihe von Versuchen, die sich bisher der direkten Messung und der graphischen Darstellung entzogen. Hierzu gehören insbesondere Versuche, die - nicht periodisch sind, - umfangreiche Auswertungen vieler ~lIeßdaten erfordern, - zu schnell für den Plotter und zu langsam für das Oszilloskop sind und - viele Messungen schnell hintereinander verlangen. In diesem Buch werden nur "On-Line"-Messungen und Auswertungen durchgeführt. Hier erlangt der Computer eine gewichtigere Bedeutung als bei der Simulation physikalischer Probleme. Typische Beispiele sind der freie Fall, optische und akustische Einzelmessungen, Schwingungsversuche und Fahrbahnversuche. Experimente, bei denen Signale bereits in elektrischer Form vorliegen, bieten sich direkt an. Bei Versuchen zur Mechanik muß erst ein elektrisches Signal erzeugt werden. Sofern möglich oder erforderlich werden alle Versuche beispielhaft durchgerechnet. Dieses Buch eignet sich daher als Anleitung, Versuche selb­ ständig zu konzipieren, durchzuführen und auszuwerten. Zu Beginn wird die Steuerung des Programms durch Menükarten beschrieben, um dann sofort zu den Experimenten aus verschiedenen physikalischen Gebieten zu kommen. Die Versuche werden zuerst analysiert und die Grundlagen gelegt. Hierbei werden häufig Differentialgleichungen benutzt. Hieran schließt sich die Messung mit Angabe aller benötigten Parameter und der graphischen Auswer­ tung an. Die analoqen und digitalen ~~essungen unterscheiden sich nicht nur durch die Hardware, sondern auch in der konzeptionellen Überlegung. Daher wer­ den diese beiden ~"eßmethoden auch äußerl ich getrennt.

Erkenntnisse grundlegender und grenzüber­ schreitender Art erworben werden können, die gegebenenfalls auf ähnliche Probleme übertragbar sind.