FHZ -> Fachhochschule Zentralschweiz HSW -> Hochschule für Wirtschaft Luzern. FHW -> Diplomstudiengang Wirtschftsinformatik

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1 FHZ -> Fachhochschule Zentralschweiz HSW -> Hochschule für Wirtschaft Luzern FHW -> Diplomstudiengang Wirtschftsinformatik Ein Simulator zur Visualisierung der Diskretisierung und Digitalisierung Winter-/Sommersemester 2001/2002 Erarbeitet und verfasst von Javawotti: Martin Schuster, Matthias Hunkeler, Nicolas Hug, Marcel Schoch Klasse FHW21 Betreuer: Peter Fischer 10. Mai 2002

2 FHZ -> Fachhochschule Zentralschweiz HSW -> Hochschule für Wirtschaft Luzern FHW -> Diplomstudiengang Wirtschftsinformatik Ein Simulator zur Visualisierung der Diskretisierung und Digitalisierung Winter-/Sommersemester 2001/2002 Gruppe Javawotti Martin Schuster Maihofstrasse Luzern Nicolas Hug Maihofstrasse Luzern Marcel Schoch Maihofstrasse Luzern Matthias Hunkeler Maihofstrasse Luzern Klasse FHW 21 Betreuer: Peter Fischer dipl. Inf. Ing. HTL, Dozent Zentralstrasse Luzern pfischer@hsw.fhz.ch 10. Mai 2002 Kopie von PA VISODISK.docMartin Schuster, Matthias Hunkeler, Nicolas Hug, Marcel Schoch (FHW 21) Seite 2

3 Inhaltsverzeichnis Management Summary... 3 Vorwort... 4 Inhaltsverzeichnis... 6 Abbildungsverzeichnis... 8 Tabellenverzeichnis Projekt-Planung Zeitplan Meilensteine Theorie Erzeugung analoger Signale Frequenzgenerator Signalmodulation Digitalisierung Analoger Signale Diskretisierung Codesicherung: Fehlererkennung & -korrektur Fehlererkennung Fehlerkorrektur Der Hamming-Code Applets zur Visualisierung des Hamming-Codes Entwicklung von Visodisk Analyse / Pflichtenheft Design Implementation Technologie / Richtlinien Java Vom JDK 1.3 zum JDK AWT / Swing Testverfahren Verzeichnisstruktur Dateien visodisk.kpx createjar_visodisk.bat AnalogOptions.java AnalogView.java DigitalOptions.java DigitalView.java DiscreteOptions.java DiscreteView.java...21 Kopie von PA VISODISK.docMartin Schuster, Matthias Hunkeler, Nicolas Hug, Marcel Schoch (FHW 21) Seite 6

4 4.4.9 FreqGenerator.java MyChart.java VDApplet.java VDCalc.java VDRoot.java VisoDisk.java VisoOptions.java visodisk/buttons/ visodisk/images/ MANIFEST.MF UML Modul- und Methodenbeschreibung Handbuch / Benutzerdokumentation Analoge Einstellungen Diskrete Einstellungen Weitere Einstellungen Zukünftige Features Bekannte Bugs GNU-GPL Lizenz Begriffe Freie Software Auszug GNU-GPL Entwicklungskosten Anhang A Quellcode (Einschub ohne Seitennummerierung) B Literaturverzeichnis C Übernommene Abbildungen D Eidesstattliche Erklärung Kopie von PA VISODISK.docMartin Schuster, Matthias Hunkeler, Nicolas Hug, Marcel Schoch (FHW 21) Seite 7

5 Abbildungsverzeichnis Abbildung 1 - Einfaches Sinussignal Abbildung 2 - Modulation mit Sinussignalen Abbildung 3 - Diskretisierter Sinus Abbildung 4 - Einfluss der Abtastfrequenz Abbildung 5 - Abbildungstheorem erfüllt Abbildung 6 - Abbildungstheorem nicht erfüllt (Alias-Effekt) Abbildung 7 - Einfluss der Anzahl Diskretisierungsstufen Abbildung 8 - Klassendiagramm Abbildung 9 - Aufteilung des Applet-Fensters Abbildung 10 - Analoge Einstellungen Abbildung 11 - Diskrete Einstellungen Abbildung 12 - Weitere Einstellungen Tabellenverzeichnis Tabelle 1 - Zeitplan... 9 Tabelle 2 - Dateiverzeichnis Kopie von PA VISODISK.docMartin Schuster, Matthias Hunkeler, Nicolas Hug, Marcel Schoch (FHW 21) Seite 8

6 4.7 Handbuch / Benutzerdokumentation 1: Analoge Ansicht 2: Diskretisierung 3: Digitaler Code mit zusätzlichen Angaben Abbildung 9 - Aufteilung des Applet-Fensters Im 1. Bereich, der Analogen Ansicht, wird die analoge Kurve angezeigt. Diese wird durch die Frequenz- und Amplitudeneinstellung des Generators erzeugt, welche mit jener des Modulators gemischt werden kann. Veränderungen werden direkt im Fenster der analogen Kurve, sowie im Fenster der diskretisierten Kurve angezeigt. Im 2. Bereich des Applets werden die Diskretisierungsstufen dieser Kurve grafisch dargestellt. Der Benutzer hat die Möglichkeit die Abtastfrequenz und die Diskretisierungsstufen selbst zu wählen. Im Live-Modus wird die Diskretisierung der Kurve jeweils sofort angezeigt. Jede Veränderung einer Einstellung wird direkt in allen 3 Fenstern angepasst. (Der Animations-Modus ist in dieser Version des Applets noch nicht implementiert). Im 3. Bereich werden die digitalen Werte der diskreten Kurve angezeigt. Diese Werte entsprechen der Diskretisierungsstufe im Diskretisierungsraster. Ausserdem können verschiedene Einstellungen vorgenommen und weitere relevante Werte abgelesen werden. Kopie von PA VISODISK.docMartin Schuster, Matthias Hunkeler, Nicolas Hug, Marcel Schoch (FHW 21) Seite 25

7 4.7.1 Analoge Einstellungen Ausgabe des Analogen Signals im Fenster. Wählen der Zeitskala von 0.1 bis 10.0 Millisekunden Ein-/Ausschaltendes Generators Vordefinierte Muster (Sinus-, Dreieck- und Sägezahnwellenform) Freqenzschieber für Frequenzen von 0.1 bis 10kHz Amplitudenschieber von 10 bis 100% Modulator zum aufmodulieren eines 2. Signals (dieselben Möglichkeiten wie beim Generator) Abbildung 10 - Analoge Einstellungen In den Analogen Einstellungen wird ein analoges Signal generiert. Dem Benutzer stehen dabei verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung darauf Einfluss zu nehmen: Die Zeitskala kann von 0.1 bis 10.0 ms (Millisekunden) gewählt werden. Die Änderung dieser Werte wird in der analogen, wie auch der diskreten Ansicht im Live-Modus sofort sichtbar. Mit dem Generator und dem Modulator werden verschiedene Signale generiert und moduliert. Mit dem On/Off Button kann der Generator/Modulator ein- oder ausgeschaltet werden. Die vordefinierten Muster bieten Signale in Form von eines Sinus-, Zickzack oder Sägezahns. Der Frequenzschieber generiert ein Trägersignal in der einer Frequenz von 0.1 bis 10.0 khz. Mit dem Modulator kann ein Signal gewählt werden, welches auf das Trägersignal aufmoduliert wird. Der Amplitudenschieber vergrössert oder verkleinert die Amplitude (die Grösse, des Ausschlags) des analogen sowie des diskretisierten Signals. Kopie von PA VISODISK.docMartin Schuster, Matthias Hunkeler, Nicolas Hug, Marcel Schoch (FHW 21) Seite 26

8 4.7.2 Diskrete Einstellungen Ausgabe des diskretisierten Signals im Fenster. Die analoge Kurve wird im Hintergrund ebenfalls gezeichnet (hellgrau). Abtastfrequenz von 0.1 bis 60.0 khz Abbildung 11 - Diskrete Einstellungen Anzahl der gewünschten Diskretisierungsstufen * Einstellen der Animations- Geschwindigkeit * Play/Pause - * löschen Änderungen sofort anzeigen Bei den Optionen der Diskretisierung können die Abtastfrequenz sowie die Anzahl der Diskretisierungsstufen eingestellt werden. Für die Abtastfrequenz stehen Werte von 0.1 bis 60.0 khz zur Verfügung. Die Änderungen werden im Live-Modus direkt im Fenster der Diskretisierung angezeigt. Mit dem Schieber Diskretisierungsstufen können 2 bis 256 Stufen zur Diskretisierung ausgewählt werden. Die benötigte Wortbreite in Bits im rechten Fenster wird direkt der Anzahl Diskretisierungsstufen angepasst (1 bis 8 Bit). Umgekehrt kann eine Wortbreite direkt im rechten Fenster eingegeben werden, die entsprechende Anzahl Diskretisierungsstufen wird übernommen. Werden zum Beispiel 8 Diskretisierungsstufen gewählt, beträgt die dazu notwendige Wortbreite 3 Bit. Der Animations-Modus steht in dieser Version noch nicht zur Verfügung. Deshalb sind die Buttons Play/Pause und clear auch ausgeblendet. Der Schieber mit der Animations-Geschwindigkeit hat noch keine Auswirkung auf die Darstellung der Kurven. * Diese Möglichkeiten sind momentan noch nicht implementiert. Kopie von PA VISODISK.docMartin Schuster, Matthias Hunkeler, Nicolas Hug, Marcel Schoch (FHW 21) Seite 27

9 4.7.3 Weitere Einstellungen Zeigt den digitalen Code der diskretisierten Werte (grau hinterlegter Bereich im diskreten Fenster) entweder in Binärer, Dezimaler oder Hexadezimaler Form. Verschieben des Zeitfensters (grau hinterlegter Teil im Diskretisierungs-Fenster) Auswahl des Zahlenformates (Dezimal, Binär oder Hexadezimal) Auswahl der Fehlererkennung/-korrektur wird bei der Wortbreite angezeigt. Abbildung 12 - Weitere Einstellungen Berechnung der zur Codierung notwedigen Wortbreite, oder manuelle Eingabe Errechnet die benötigte Bandbreite Im Fenster Oben wird der digitale Code ausgegeben, welche den diskretisierten Werten auf dem grau hinterlegten Bereich entspricht. Das Zeitfenster verschiebt den grau hinterlegten Bereich im Fenster der Diskretisierung. Die angezeigten digitalisierten Werte entsprechen diesem grauen Bereich. Als Zahlenformat kann die dezimale, binäre oder hexadezimale Form ausgewählt werden. Das entsprechende Format wird umgerechnet und im Fenster angezeigt. Im "Fehler"-Fenster kann ausgewählt werden, ob allfällige Fehler bei der Speicherung oder Übermittlung nicht beachtet werden sollen, oder eine Fehlererkennung oder gar eine Fehlerkorrektur angewendet werden soll. Der entsprechende Wert der dazu zusätzlich benötigten Bits wird errechnet und direkt in der Wortbreite angezeigt. Die Wortbreite zeigt an, wie viel Bits mit dem dazugehörigen diskreten Signal codiert werden können. Die Wortbreite kann direkt in das helle Kästchen eingegeben werden (Werte von 1 bis 16), woraus die benötigte Anzahl Diskretisierungsstufen errechnet und im Diskretisierungs-Fenster angezeigt Kopie von PA VISODISK.docMartin Schuster, Matthias Hunkeler, Nicolas Hug, Marcel Schoch (FHW 21) Seite 28

10 wird. Der Schieber für die Anzahl Diskretisierungsstufen wird dabei automatisch angepasst. Die Bandbreite gibt die benötigte Bandbreite für die Datenübertragung in Bits pro Sekunde (bps) an. 4.8 Zukünftige Features Bei der Implementation des Animationsmodus sind wir auf einige Probleme gestossen. Nach unseren Vorstellungen sollte damit Schritt für Schritt aufgezeigt werden, wie die diskrete Kurve aufgebaut, und die dazugehörenden digitalen Werte ermittelt werden. Das Ganze wurde ausprogrammiert, funktionierte jedoch nicht wie wir uns dies vorstellten. Für uns "unerklärliche" Reaktionen des Programms waren die Folge. Da wir innerhalb nützlicher Frist keine Verbesserung erzielen konnten, wollen wir diesen Teil zu einem späteren Zeitpunkt nochmals in Angriff nehmen. Zum Zeitpunkt der Abgabe der Arbeit steht diese Funktionalität deshalb noch nicht zur Verfügung. Diese Option wird in einer nächsten Version dazukommen. Die grundsätzliche Funktionalität des Applets und die visuelle Darstellung werden dadurch nicht beeinträchtigt, da der Live-Modus vollumfänglich zur Verfügung steht. 4.9 Bekannte Bugs Ein Programm ist in den allerseltensten Fällen fehlerfrei. Bei VISODISK sind folgende Bugs bekannt:? Die digitalen Werte stimmen in gewissen Fällen nicht mit den diskretisierten Werten überein.? Wenn das analoge Signal mit einem Sägezahn generiert oder moduliert wird, können teilweise die senkrechten Flanken nicht dargestellt werden.? Die manuelle Eingabe der Wortbreite über acht Bit ist erst beim zweiten Anlauf möglich. Bei grossen Werten führt es ausserdem zu einer extrem langen Neuberechnung.? Das diskrete Signal ist nicht immer schön auf den Gitternetzlinien.? Das Fehler-Panel hat einen überflüssigen dünnen weissen Strich. Der Code von VISODISK wurde mit den aktuellen Kenntnissen in Java programmiert und kann mit Sicherheit noch an vielen Stellen optimiert werden. Kopie von PA VISODISK.docMartin Schuster, Matthias Hunkeler, Nicolas Hug, Marcel Schoch (FHW 21) Seite 29