8. Составление алгоритмов функционирования передающего и приемного устройства
Системы с РОС получили наибольшее практическое распространение. По алгоритмам функционирования различают: системы с РОС и ожиданием решающего сигнала; системы с РОС и непрерывной передачей и повторением группы знаков, с накоплением кодовых комбинаций; по способу осуществления запроса – с временным и адресным переспросами; по числу переспросов – с ограниченным и неограниченным количеством переспросов.
В системах с РОС и непрерывной передачей по прямому каналу идет непрерывная передача сообщений, закодированных кодом, обнаруживающим ошибки. Сигнал подтверждения не передается. Одновременно с передачей в канал информация записывается в ЗУ. При обнаружении ошибки по обратному каналу посылается сигнал «Переспрос». В такой системе скорость передачи выше, чем в системе с РОС и ожиданием.
Повысить пропускную способность можно, пользуясь адресной системой с РОС. В таких системах кодовые комбинации (знаки) включают и ообщение об адресе. В качестве адреса используют номер знака в пределах блока, состоящего из нескольких кодовых комбинаций. Идея повышения пропускной способности заключается в том, что принятые кодовые комбинации в виде блока из n знаков в пункте приема анализируются. Все нормально принятые знаки записываются согласно адресам в ячейки ЗУ, а знаки с ошибками стираются, и их номера запоминаются в устройстве накопления адресов. После окончания приема очередного блока эти адреса передаются по обратному каналу в пункт передачи. По этим адресам производится извлечение соответствующих знаков из ЗУ и осуществляется их повторная передача. В результате все ячейки ЗУ приемного устройства оказываются заполненными и блок передается потребителю. Если и при повторной передаче выявляются ошибки, то процесс повторяется.
Составление алгоритма функционирования является одной из важнейших задач проектирования устройств защиты от ошибок (УЗО). Алгоритм определяет основные функции устройства и последовательность их выполнения, а структурная схема представляет собой его техническую реализацию
Рис. 6. Алгоритм функционирования передающей части УЗО
Рис. 7. Алгоритм функционирования приемной части УЗО
9. Составление временной диаграммы работы передающего и приемного устройств.
Рис. 8. Временные диаграммы работы системы с РОС-ап.
В этой системе каждая ошибка приводит к меньшим затратам времени: , где — время распространения, а — общее время анализа ошибки и адреса. Отсюда и более высокая пропускная способность.
10. Составление функциональных схем передающего и приемного оконечных устройств.
На основании разработанного алгоритма составляется структурная схема УЗО, которая представляет собой совокупность основных блоков, реализующих заданные функции, и связей между ними.
Рис. 9. Структурная схема передающей части УЗО
БППИ – блок проверки и преобразования информации;
БН – буферный накопитель;
ДНБ – датчик номера блока;
ДСК – датчик служебных комбинаций;
ФСО1 и ФСО2 –формирователь сигналов обмена с ООД и УПС;
БНУ – блок начальной установки;
УУ – устройство управления;
ФТИ – формирователь тактовых импульсов;
БАСИ – блок аварийной сигнализации;
СПЗ – счетчик числа повторных запросов;
АОКС – анализатор обратного канала связи.
Рис. 10. Структурная схема приемной части УЗО
РгСК – регистр служебных комбинаций;
ВхРг – входной регистр;
ФСОС – формирователь сигналов обратной связи;
ДшСК – дешифратор служебных комбинаций;
БН – буферный накопитель;
БПВИ – блок преобразования и выдачи информации;
ФТИ – формирователь тактовых импульсов;
УУ – устройство управления;
БНУ – блок начальнй установки;
ФСО1 и ФСО2 – формирователь сигналов обмена с ООД и УПС;
БЦФ – блок циклового фазирования;
БАСИ – блок аварийной сигнализации и индикации
2. Алгоритм работы.
Если проанализировать схемы различных вариантов устройств выдержки времени (УВВ),то можно сделать вывод, что алгоритм действия устройств во всех случаях одинаковый.
Устройство формирует на выходе функцию, представленную на рис.1. Здесь по оси абсцисс отложено время t, а по оси ординат – функция состояния устройства.
Если не принимать во внимание детали то любое УВВ (в том числе и механическое) можно представить в виде некоторого черного ящика имеющего один вход и один выход. На вход поступает некоторое внешнее воздействие X(t), а на выходе формируется функция S(t).
Характер внешнего воздействия зависит от конструкции УВВ и в каждом конкретном случае может быть различным. Что касается выходной функции то она для любой конструкции УВВ имеет одну общую деталь – она принимает только два значения, причем в одном из них она может находиться только в течении строго определенного интервала времени T. Обозначим эти состояния как 0 и 1. Устройство находится в состоянии 0 (пассивное состояние) до тех пор пока на его вход не поступит какое либо внешнее воздействие X(t). После этого оно переходит в состояние 1 (активное состояние). По прошествии времени T устройство возвращается в состояние 0.
В неэлектрических УВВ работающих по такому принципу (например в механическом таймере) активное и пассивное состояния могут проявляться в различных углах поворота управляющих рычагов, воздействующих на исполнительные механизмы. В электрических УВВ функция S(t) как правило, проявляется в изменениях значений напряжения на выходе.
В промышленности первые устройства выдержки времени появились и стали применяться еще в дотранзисторную эпоху как альтернатива механическим. Их преимущества перед последними были очевидны – надежность, многофункциональность, простота и точность. Для формирования функции S(t) был выбран простой (а в то время и единственно приемлемый) принцип. Он заключался в зарядке или разрядке конденсатора определенной емкости через достаточно большое сопротивление.
Для пояснения этого принципа рассмотрим цепь, состоящую из последовательно соединенных конденсатора и резистора.
При подаче напряжения Е конденсатор начинает заряжаться. Напряжение на нем возрастает по экспоненциальному закону:
где Uc(t) – напряжение на конденсаторе в момент времени t, а pt=RC – постоянная времени.
Напряжение на резисторе можно найти по формуле:
Как видно из формулы (1), для того чтобы напряжение на конденсаторе достигло определенного уровня Uс1 необходимо некоторое время tв, определяемое по формуле:
Из формулы (3) видно, что tв зависит от емкости конденсатора С, сопротивления резистора R, напряжения Е и собственно от уровня Uc1. Если сделать один из этих параметров переменным, а остальные жестко стабилизировать, то можно получить устройство выдержки времени с переменным значением интервала Т, причем этот интервал будет однозначно зависеть от переменного параметра.
Чтобы получить из данной схемы практически применимое устройство, достаточно подключить параллельно конденсатору какое либо пороговое устройство с двумя устойчивыми состояниями, которое при достижении напряжением Uс значения Uс1 изменяло бы свое состояние.
Требования по выполнению этапа «Создание алгоритма работы устройства и оформление технического задания»
Разработка общего алгоритма работы устройства с точки зрения будущего пользователя Для разрабатываемого устройства необходимо привести основной алгоритм функционирования. В данном случае устройство рассматривается как цельный блок без детализации. Необходимо описать планируемые действия по установке, обслуживанию и работы с устройством пользователя и обслуживающего персонала. Внимание! На данном этапе нужно разработать алгоритм для всего устройства, а не для управляющего микроконтроллера. Алгоритм должен включать в себя: 1 Подготовку устройства к работе(первое включение, настройка) 2 Описание основного режима функционирования 3 Описание внештатных ситуаций и их обработку 4 Описание алгоритма работы с компьютерными системами верхнего уровня 5 Описание алгоритма работы с пользователем Оформление ТЗ Необходимо оформить результаты исследований в виде технического задания на разработку. Техническое задание должно содержать следующие пункты:
164 1 Введение 2 Наименование разрабатываемого устройства; 3 Назначение разрабатываемого устройства — выполняемые функции, области применения. 4 Привести основные характеристики внешних приборов (наименование и тип связи с разрабатываемым устройством) 5 Расписать реализацию функций устройства; 6 Выделить требования к условиям эксплуатации(температура окружающего воздуха, водостойкость, антивандальное исполнение т .д.); 7 Привести требования к внешнему виду, элементам индикации и управления. 8 Рассчитать себестоимость и предполагаемую рыночную цену устройства; 9 Обоснование актуальности разработки вашего устройства.
Требования по выполнению этапа «Разработка внутренней структурной схемы устройства»
В настоящее время разработка микропроцессорного устройства в 80% случаев ведется из подбора и сопряжения готовых интегрированных модулей и микросхем(АЦП, модули связи, модули источников питания, оптоизоляция и т.д.). От разработчика требуется не столько глубокое знание в теории цепей и схемотехники, а в основном умение оптимально подобрать нужные модули и микросхемы, а также в соответствии с приводимыми в документации схемами подключить их к управляющему микроконтроллеру. На данном этапе необходимо рассмотреть внутреннюю структуру разрабатываемого устройства, произвести выбор внутренних модулей и микросхем и описание их связей с управляющим МК:
165 ∙представить внутреннюю структуру устройства с указанием основных его блоков и их взаимосвязи; ∙Произвести изучение элементной базы и выбор внутренних бло- ков; ∙для каждого блока необходимо привести краткий алгоритм его работы в устройстве, а для линий связи между блоками необходимо представить электрические и временные характеристики; ∙произвести расчет внутренних блоков устройства и схем их сопря- жения;
Требования по выполнению этапа «Создание принципиальной схемы и спецификации элементов»
Разработать принципиальную схему устройства: При создании принципиальной схемы устройства желательно использовать пакеты PCAD или Orcad. На схеме для каждого элемента должны быть указанны: 1 Тип и порядковый номер; 2 Наименование (для микросхем) или значение (для пассивных элементов). Создать спецификацию элементов принципиальной схемы. Пример оформления спецификации элементов принципиальной схе- мы:
| № | Поз.обозн. | Наименование | Кол. | Примечания |
| Микросхемы | ||||
| 1 | DD1 | AT90S8535 — 8AI | 1 | Корпус TQFP — 44pin |
| Конденсаторы | ||||
| 2 | С1,С3..С5 | 0805 — 25В — 18 пФ 5 | 4 | чиповые |
Требования по выполнению этапа «Разработка алгоритма управляющего микроконтроллера»
Алгоритм должен включать в себя: ∙инициализация всех внутренних и внешних устройств после подачи питания на микропроцессор c указанием цифровых значений регистров (Пример: запуск таймера1 с тактированием периодом в 100мксек); ∙разрешение используемых прерываний, описание работы обработчиков прерываний. ∙тело основного цикла Рекомендуется использовать прерывания, переход в режим низкого энергопотребления.
Требования по выполнению этапа «Разработка пользовательской документации к прибору и созданным программам»
Данный этап включает в себя создание схемы соединений, габаритного и сборочного чертежа, дизайн корпуса, пользовательской документации. Создать чертеж конструкции устройства в трех видах с указанием габаритных и установочных размеров, желательно использовать программу «Компас». Создать дизайн пользовательского меню управления. Привести в порядок все чертежи и схему по курсовому. Руководство по эксплуатации (пояснительная записка к курсовому) Паспорт прибора (краткие характеристики для защиты)
Разработка алгоритма работы устройства.
Алгоритм — это точно установленное предписание о выполнении в определённом порядке некоторой последовательности операций, однозначно ведущих к решению той или иной конкретной задачи.
Блок-схема — это наглядный способ представления алгоритма. Блок–схема отображается в виде последовательности связанных между собой функциональных блоков, каждый из которых соответствует выполнению одного или нескольких действий. В таблице 1 представлены элементы блок-схем.
| Название | Обозначение | Описание |
| Терминатор начала и конца работы функции |  |
Терминатором начинается и заканчивается любая функция. Тип возвращаемого значения и аргументов функции обычно указывается в комментариях к блоку терминатора. |
| Операции ввода и вывода данных |  |
В ГОСТ определено множество символов ввода/вывода, например вывод на магнитные ленты, дисплеи и т.п. Если источник данных не принципиален, обычно используется символ параллелограмма. Подробности ввода/вывода могут быть указаны в комментариях. |
| Выполнение операций над данными |  |
В блоке операций обычно размещают одно или несколько (ГОСТ не запрещает) операций присваивания, не требующих вызова внешних функций. |
| Блок, иллюстрирующий ветвление алгоритма |  |
Блок в виде ромба имеет один вход и несколько подписанных выходов. В случае, если блок имеет 2 выхода (соответствует оператору ветвления), на них подписывается результат сравнения — «да/нет». Если из блока выходит большее число линий (оператор выбора), внутри него записывается имя переменной, а на выходящих дугах — значения этой переменной. |
| Вызов внешней процедуры |  |
Вызов внешних процедур и функций помещается в прямоугольник с дополнительными вертикальными линиями. |
| Начало и конец цикла |  |
Символы начала и конца цикла содержат имя и условие. Условие может отсутствовать в одном из символов пары. Расположение условия, определяет тип оператора, соответствующего символам на языке высокого уровня — оператор с предусловием (while) или постусловием (do … while). |
| Подготовка данных |  |
Символ «подготовка данных» в произвольной форме (в ГОСТ нет ни пояснений, ни примеров), задает входные значения. Используется обычно для задания циклов со счетчиком. |
| Соединитель |  |
В случае, если блок-схема не умещается на лист, используется символ соединителя, отражающий переход потока управления между листами. Символ может использоваться и на одном листе, если по каким-либо причинам тянуть линию не удобно. |
| Комментарий |  |
Комментарий может быть соединен как с одним блоком, так и группой. Группа блоков выделяется на схеме пунктирной линией. |