Introduction:

This  coursework  is designed to  help you  revise your  basic  MATLAB  knowledge that you have gained in lectures 4-9.  For each question you should write a script that contains the answers.  Save your scripts to disk with some sensible name for example,  the  file  containing the  code  for  question  one  could  be  called  Q1.m. Once you have finished all the questions (or as many as you can manage), zip all your scripts up into a single zip file and upload this to moodle.   Name the zip file using the following format Firstname_surname_studentid.zip.  So for example my zip file would be called:

yong_ren_01234567.zip

In each .m file you generate, put on the first line your name and e-mail address – the  markers  will  use this  e-mail  address to  give you feedback.   For  questions which  require  you to  write  English  sentences just  include these  as  comments using the '%' character in a script file.  Try to include comments in the script files describing what the program is doing – you will get marks for this.

Finally,  please  remember  this  is  individual  work  and  not  group  work.    Work handed in must be entirely your own and not copied from anyone else.   By all means discuss the coursework with your friends BUT then go away and write the programs yourself.

Question 1 (10% of total mark) : This question will help  you  reinforce  your  basic  computer  knowledge. Answer, by writing comments in a script file Q1.m:

a)   Name   the   five   fundamental   components   of   a computer which were covered in the lecture.

b)  In  no  more  than   10  words  describe  what  each component does.

c) Why does it take more time to get information from a hard disk than from the computers main memory.

d) Give three examples of an embedded computer that you use in your daily life.

Figure 1: An Intel processor chip seen from below. The gold pins are the electrical contacts used for getting information in and out of the chip.

Question  2  (10%  of  total  mark) : All  computers  store  and  transmit  text  as American Standard Code  for Information Interchange  (ASCII)  code.   When  you start writing  programs to  interface to  robots  in your  mechatronics courses you will use ASCII code a lot to send commands to these robots.  This question helps you  practice  using ASCII code  in  MATLAB,  make a  new script called Q2.m  and answer the following questions:

a) Write a short program which asks the user to enter their name.

b) Make the program convert the text the user entered to ASCII numbers.

c)   Using  your   program   convert  the sentence 'Computers store all data as numbers'  to  ASCII  code.     Save  the resulting list of numbers in Q2.m as a comment.

Question  3  (10%  of  total  mark) :

This  question  lets  you  practice  using the sprintf and disp commands.  Very often   when   dealing   with   embedded computers    you    won't    have    much screen space to display information.  It is  therefore  important  to  be  able  to carefully control text output.

Using  one  disp  command  and  one sprintf command make MATLAB print out the poem on the right.

Oh! I have slipped the surly bonds of earth,

And danced the skies on laughter-silvered wings; Sunward I've climbed, and joined the tumbling     mirth

Of sun-split clouds, --and done a hundred things

You have not dreamed of-- Wheeled and soared and swung

High in the sunlit silence. Hov'ring there

I've chased the shouting wind along, and flung My eager craft through footless halls of air...    Up, up the long, delirious, burning blue

I've topped the wind-swept heights with easy grace

Where never lark or even eagle flew --

And, while with silent lifting mind I've trod The high untrespassed sanctity of space.

John Gillespie Magee, Jr

h) Often it is important to know how long a piece of code takes to run.   MATLAB has two built in functions to help you find out how long code takes to run.  These are tic and toc functions.   They work a bit like a stop watch, the tic command starts a stop watch and toc stops the stop watch.   When toc is called the time elapsed is also printed out.  Try putting tic at the beginning of your program and toc at the end of your  program.   How  long  does  it take your  program to  run? Write the result as a comment in your program.

i)  Now  comment  out the  nested  for  loop  with the  '%'  character  so that  it  no longer runs (but don't delete it – otherwise you won't get the marks), and replace its  functionality  with  matrix  multiplication  commands.      How  long  does  your program now take to run – why is this?

Question  6  (20%  of  total  mark) :  This  question  is  designed  to  help  you practice writing simple functions.

a) Write a script to prompt the user for the height, width and breadth of a box. The computer should then use the disp command and the sprintf command to write the text:

Your box has dimensions width=??, height=??, length=??

Where ?? are replaced with the information the user entered.

b) Define a function called box_area which accepts three variables and returns the area of the box.

c) Define another function called box_volume, which accepts three variables and returns the volume of the box.

d) Use these functions to print the text:

The box has the area of xxx and volume of xxx.

e) Edit the script to ask the user for the units used in the measurements, then adjust the text to read

The box has the area of xxx units_for_area and volume of xxx units_for_volume.

Where  units_for_area  and  units_for_volume  are  replaced  by  the  correct  units. Hint: You have to use %s*%s*%s, and %s*%s  in the sprintf command to print the correct units.

f) Edit the script so that if the user enters the dimensions height=5, width=30, length=30 the program prints to the screen 'It's a pizza box!'

left  (r==3).    We  therefore  need  the  rand  command  to  produce  only  whole numbers, we can do this by using the floor command to round 'r' down to the nearest  whole   number.    Use  the  floor  command  to   make  sure  only  whole numbers are randomly generated.

g) Write an if-elseif-elseif statement which will print the following text using the disp command, depending upon the value of r generated:

h) The above  if-elseif-elseif  tells us which direction we would like to move the particle,  but does  not actually  move the  particle  in the  2D array.   In  this  next section we will write the code to actually move the particle.  Firstly, above the if- elseif statement but still in the for loops, save the current value of x and y to two variables called x_new, and y_new.   Now comment out the disp commands within  the  if-elseif-elseif  statement   and   replace  them  with  the  following commands:

0: y_new=y_new - 1

1: y_new=y_new+1

2: x_new=x_new+1

3: x_new=x_new-1

This will generate a new random coordinate for the gas particle only one  pixel away from where it currently resides.

Hint: In the next few subsections, the script will start to produce a lot of output to the screen, printing to the screen is very slow, to speed up your code use the ; command at the end of lines.

i) The final job is to move the particle to the new coordinate we have generated. Place these commands:

a(y,x)=0

a(y_new,x_new)=1

within the for loops but after the   if-elseif-elseif statements to move the gas particle by one step.     Make sure the   imagesc command comes after both for loops, and run the program to see what happens to your particle.

j)  In  order to  make your  particle  continually  move you  need to  place the two nested for loops in a while loop.   Make a while loop that runs 1000 times.  The code  may  run  so  fast  that  your  2D  plot  of the  matrix  will  not  update,  if this happens  place  the  command  pause(0.5)  after  the  imagesc  command.  Your particle should now randomly move  in the  box until it reaches the edge.   Why does  the  program  crash  when  the  gas  particle  reaches  the  edge  of the  box? Write the reason for the crash at the top of the script.

k)  To keep the particle within the box use four nested if statements to check if the values of   y_new,x_new are within the array.   Rerun the code and see what happens to the particle. Congratulations you have simulated a gas particle in a box! Now, add four more particles to your box and let the simulation run.   And run the code, what is what is wrong with the simulation (place the answer at the top of the script)?

l) To  stop  the  gas  particles  destroying  themselves  when  they  meet,  wrap  the code that moves the gas particle:

a(y_new,x_new)=1

a(y,x)=0

in an if  statement, which will only execute if a(y_new,x_new)==0.

m) Increase the size of your box to 100 by 100, using two for loops generate a square of 20x20 gas particles in the center of the box.   Let the simulation  run and watch the gas particles spread out in the box.

n) We are now going to simulate a liquid evaporating from a surface.   Comment out the for loops you wrote in part 'n' – but don't delete them or you will loose the marks.  Using two for loops generate a layer of gas particles at the bottom of your box 20 units deep, which spans the entire box.   Let the simulation run and watch the particles evaporate.