Устройство защиты от ошибок

С учетом этих рекомендаций и выбора соответствующей длины маркера  можно обеспечить приемлемое значение вероятности ложного фазирования  при однократном приеме маркерной  комбинации Р_лф, которая определяется формулой:

        (1.13)

где n – число разрядов в блоке, за исключением фазирующей комбинации, то есть n = n_б – l; l — количество бит в маркерной комбинации.

Тогда

        (1.14)

Задаваясь рядом значений l = 1, 2, 3, …, при известных Р_{лф зад} = 4,2·10^-5 и

n_б = 1016, согласно (1.14), получим ряд значений для вероятности ложного фазирования при однократном приеме маркерной комбинации Р_лф, из которых и найдем оптимальное значение длины маркерной комбинации.

 

Так как длина фазирующей комбинации должна быть кратной байту или  полубайту, то принимаем ее равной l = 24 бита.

Тогда вероятность пропуска маркерной  комбинации Р_пр, согласно (9), равна:

 

Итак, нами был выбран синхронный маркерный способ фазирования по циклу с применением маркерной комбинации длиной l = 24 бита, причем она располагается в начале блока. С учетом всех рекомендаций и выбора длины маркера маркерная комбинация будет иметь вид: 1001 1101 0011 0100 1000 1011.

1.5 Синтез алгоритма функционирования и разработка структурной схемы УЗО

 

Составление алгоритма функционирования является одной из важнейших задач  проектирования УЗО. Если реализация УЗО  предполагается аппаратно, то разработку алгоритма функционирования целесообразно производить параллельно с разработкой структурной схемы устройства защиты от ошибок. Алгоритм определяет основные функции устройства и последовательность их выполнения, а структурная схема представляет собой его техническую реализацию. При определении основных функций УЗО они будут перечислены в общем виде и перечень их будет неполным, так как очень сложно сразу предусмотреть все возможные режимы работы и ситуации, возникающие в процессе обмена информацией с ООД и передачи данных по каналу связи Для облегчения этой задачи приведем перечень основных функций, которые являются типовыми для всех типов УЗО:

1) начальная установка блоков  УЗО;

2) прием, преобразование и контроль  информации, поступающей от источника  на передающей стороне, и выдача  ее потребителю на приемной;

3) обмен управляющими сигналами  между отправителем (ООД) и потребителем (УПС);

4) генерирование тактовых импульсов  и синхронизация (в случае работы  без УПС),

5) групповое фазирование (по циклам);

6) формирование служебных символов начала и конца блока, номера блока, «Подтверждение», «Запрос», «Стирание» и др.;

7) подсчет числа бит в блоке,  формирование номеров блоков при передаче и проверка соответствия очередности их поступления на приемной стороне;

8) кодирование и декодирование  сообщений;

9) формирование информационных  блоков и хранение их в буферных накопителях передатчика и приемника до принятия решения о приеме их с заданной верностью;

10) подсчет количества переданных  подряд одних и тех же блоков;

11) формирование сигналов аварийной  ситуации и их индикация;

12) индикация состояния аппаратуры.

При отображении состояния аппаратуры целесообразно индицировать следующие возможные ситуации: включение питания АПД; подключение УПС к линии; вызов; передача/прием; ожидание; нет несущей; ошибка периферийного устройства; ошибка нумерации блоков; нет фазы.

В зависимости от конкретного типа устройства перечень функций может быть дополнен и расширен, а также возможно исключение части функций. Очевидно, что для реализации этих функций в УЗО с «жесткой логикой» должны находиться соответствующие блоки, а в программируемом — соответствующие подпрограммы. Например, для реализации первой функции нужен блок начальной установки устройства, который формирует импульс установки всех остальных блоков в исходное состояние (сброс в нулевое состояние или запись в элементы памяти определенной кодовой комбинации, которая должна выдаваться с блока в начале работы). Обычно начальная установка аппаратуры производится через 1-2 с после включения питания или при переключении режимов работы.

Для реализации второй функции в  структурную схему передающей части необходимо ввести блок приема и преобразования вводимого сообщения, который должен обеспечить кратковременное хранение поступающих кодовых комбинаций (байтов) и преобразование их в соответствующую форму (чаще всего в последовательный код). В этом блоке может происходить также согласование уровней сигналов, поступающих с ООД, с уровнями УЗО. При вводе данных с электромеханических устройств (фотосчитыватель, электрическая пишущая машинка), в которых предусмотрена защита по принципу чет/нечет, в блоке приема и преобразования целесообразно осуществлять контроль вводимой информации на чет/нечет. В приемной части УЗО блок преобразования и выдачи выполняет обратное преобразование информации, поступающей к потребителю, а также может осуществлять контроль выводимых символов на чет/нечет. Для управления работой ООД оба эти блока должны формировать соответствующие импульсы, осуществляющие синхронизацию ввода/вывода информации (запрос очередного бита или байта, останов источника при выводе данных из буферного накопителя в случае необходимости повторной передачи блока).

Таким образом, с учетом определенных функций, которые должно выполнять  устройство защиты от ошибок к заданной последовательности передачи необходимых  кодовых комбинаций в канал (формата  блока), составляется алгоритм функционирования УЗО.

Выделим перечень основных функций  передатчика УЗО для нашего варианта задания:

1) начальная установка блоков  УЗО;

2) прием, преобразование и контроль  информации, поступающей от источника  на передающей стороне;

3) обмен управляющими сигналами  с отправителем (ООД);

4) групповое фазирование (по циклам);

5) формирование номера блока  при передаче;

6) передача информационной последовательности;

7) кодирование сообщений;

8) ожидание сигнала переспроса  по каналу ОС.

На основании полученных функций  составим алгоритм работы УЗО. В начале работы необходимо произвести установку  всех блоков в нулевое состояния, либо записать в элементы памяти определённые кодовые комбинации, которые должны выдаваться с блока в начале работы. Далее необходимо установить, готов  ли источник информации (ООД), и если нет, то ожидать сигнала готовности от него. Если источник информации готов, то можно начинать передачу данных. Наше сообщение состоит из 4-х  частей: фазирующей комбинации (ФК), номера блока (НБ), информационных бит и  проверочных разрядов. Поэтому для  передачи сообщения необходимо реализовать 4 стадии: передачу фазирующей комбинации, номера блока, информационных бит и  проверочных символов. Когда передача блока закончена необходимо исследовать  канал РОС на наличие сигнала  переспроса. Если таковой имеется, то необходимо передать запрос о повторной  передаче блока ООД. Если же сигнала  переспроса нет, то это будет свидетельствовать  о правильной передаче блока. После  этого необходимо перевести УЗО  в режим ожидания сигнала готовности ООД (передается источником при появлении  информации на выходе ООД).

На рис. 1.3 приведена блок-схема алгоритма функционирования передающей части УЗО с решающей обратной связью и маркерным способом группового фазирования. В этом алгоритме учтены основные функции УЗО, перечисленные выше.

 

Рисунок 1.3 – Алгоритм функционирования передающей части УЗО

 

На основании разработанного алгоритма  составляется структурная схема УЗО, которая представляет собой совокупность основных блоков, реализующих заданные функции, и связей между ними. Связи указываются только между теми блоками, которые непосредственно взаимодействуют в процессе работы устройства защиты от ошибок. Структурную схему следует разрабатывать по возможности подробнее, что существенно облегчит задачу построения электрической принципиальной схемы.

Дальнейшим этапом проектирования является техническое описание структурной  схемы устройства. В техническом  описании указывается состав и назначение блоков, изображенных на структурной схеме, а также описываются их функции и взаимодействие во всех режимах работы УЗО.

Структурная схема передающей части  УЗО для реализации алгоритма, приведенного выше (см. рис. 1.3), показана на рис. 1.4. Передающая часть устройства защиты от ошибок содержит следующие блоки:

1) буферный накопитель (БН);

2) формирователь номера блока  (ФНБ);

3) устройство фазирования по  циклу (УФЦ);

4) кодер;

5) формирователи сигналов обмена  с ООД (ФСО₁) и УПС (ФСО₂);

6) блок начальной установки (БНУ);

7) устройство управления (УУ);

8) генератор тактовых импульсов  (ГТИ);

9) анализатор обратного канала  связи (АОКС).

Основным блоком УЗО является устройство управления (УУ), которое управляет  работой всех остальных блоков. Управляющие воздействия на выходе УУ вырабатываются на основе анализа входящих сигналов и зависят от режима работы УЗО и временной позиции в пределах синхронизирующего или информационного блока. УУ представляет собой управляющий автомат, выполненный на основе жесткой или программируемой логики; УУ с жесткой логикой обычно строятся на основе распределителей импульсов, а программируемые — на основе микропроцессорной техники. Переключение УУ происходит под действием тактовых импульсов, формируемых ГТИ, которые могут быть использованы для синхронизации УПС. В ГТИ также предусматривается возможность синхронизации от тактовых импульсов УПС.

 

Рисунок 1.4 – Структурная схема передающей части УЗО

 

Устройство защиты от ошибок работает следующий образом. В исходном состоянии  обе части УЗО находятся в  состоянии ожидания вызова. При поступлении запроса на передачу от источника информации УЗО обменивается управляющими сигналами с ООД и УПС в соответствии с техническими требованиями на стандартный стык [5]. Для выработки необходимых сигналов обмена используются соответствующие формирователи ФСО₁ и ФСО₂. С помощью УПС передающей части в канал связи посылается сигнал вызова, после приема которого линия связи удаленной АПД переключается с устройства автоматического вызова на вход УПС. Если АПД или ООД не готовы к процессу передачи данных, то аппаратура переключается снова в режим ожидания вызова. При готовности АПД и ООД передатчик УЗО посылает в канал синхросигналы, которые используются для фазирования по циклу УУ. Фазирующая последовательность формируется в передатчике формирователем УФЦ, затем передается в канал связи. При обнаружении фазирующей (маркерной) комбинации приемником вырабатывается сигнал подтверждения приема синхроблока, который передается в канал обратной связи. В конце каждого цикла работы УУ опрашивает АОКС и в случае обнаружения сигнала подтверждения переключает АПД из режима фазирования в режим передачи данных. Если фазирование не достигнуто, то АПД переключается в режим ожидания вызова.

После завершения процесса группового фазирования ФСО₁ передатчика генерирует сигнал запроса данных от ООД отправителя сообщения. Под действием управляющих сигналов УУ к информационной последовательности, поступающей с ООД в виде последовательного кода, на соответствующих временных позициях добавляются кодовые комбинации номера блока, формируемые ФНБ. Данные, передаваемые в дискретный канал связи, кодируются помехоустойчивым кодом Файра. Сформированные кодером проверочные элементы добавляются к информационным и служебным символам в конце блока. Поступившая от ООД информационная последовательность одновременно с передачей в канал связи записывается в буферный накопитель БН. Причем его емкость зависит от типа и алгоритма работы УЗО, а также от времени распространения сигналов по каналу связи. Аналогичным образом формируются последующие блоки. В конце каждого блока УУ опрашивает состояние анализатора обратного канала связи и в случае наличия сигнала «Подтверждение» осуществляет дальнейшую передачу последующих блоков либо при наличии сигнала «Запрос» прекращает ввод информации и выдает повторно из БН блок, в котором обнаружена ошибка.

2 РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ  СХЕМЫ БЛОКОВ УЗО

Практическая реализация разрабатываемого устройства защиты от ошибок должна предполагать оптимальный  подбор реальных микросхем, а также  аналоговых элементов. Основными критериями подбора являются: обеспечение необходимого быстродействия системы, низкого энергопотребления, а также минимальная стоимость  УЗО. В тех случаях, когда следует  выбирать сразу между двумя факторами, например, между скоростью работы и помехоустойчивостью системы, то следует принять либо компромиссное  решение, либо учесть тот критерий, который является ключевым и обеспечивает функционирование системы.

При разработке устройства используем цифровые микросхемы серии  SN74, которая построена на основе транзисторно-транзисторной логики (в таблице 2.1 приведены основные параметры микросхем данной серии). Серия включает маломощные быстродействующие интегральные микросхемы, предназначенные для организации высокоскоростного обмена и обработки цифровой информации, временного и электрического согласования сигналов в вычислительных системах.

Таблица 2.1 – Основные параметры микросхем серии SN74

Параметр	74ALS
I0вх, мА, ≤	-0,2
I1вх, мА, ≤	0,02
I0выхmax, мА	4
I1выхmax, мА	-0,4
U0вых, В, ≤	0,4
U1вых, В, ≥	2,5
Краз	20
t0/1зад, нс, ≤	4
t1/0зад, нс, ≤	4
Рпот, мВт, ≤	1
Uпом, В, ≤	0,8
fmax, МГц, ≤	100