СодержаниеАННОТАЦИЯ
Дипломная работа посвящена разработке аппаратной и программной частей комплекса сбора и обработки информации, принятой от удаленных датчиков и обработанной персональным компьютером типа IBM PC.
В пояснительной записке содержится 5 разделов.
Раздел 1 содержит сравнительный анализ трех возможных вариантов решения задачи сопряжения нестандартных аналоговых устройств (импульсных датчиков) с персональным компьютером (сопряжение через системную шину ISA, через параллельный интерфейс Centronics и через последовательный интерфейс RS-232C). Также в этом разделе содержится информация об использовании последовательных интерфейсов при сборе данных с удаленных устройств. Подробно рассмотрены вопросы передачи информации по интерфейсу RS-232C. А также кратко рассмотрены вопросы, касающиеся помехоустойчивости в длинных линиях.
Раздел 2 посвящен разработке функциональной схемы устройства сопряжения, ориентированного на сопряжение с последовательным интерфейсом RS-232C. В нем сформулированы функциональные требования, предъявляемые УС и приведены расчеты параметров функциональных элементов схемы.
В разделе 3 рассматриваются вопросы, связанные с разработкой и описанием принципиальной схемы. Разбираются и объясняются вопросы функционирования УС в целом, а также объясняется функционирование и отдельных функциональных элементов схемы УС.
Раздел 4 посвящен разработке программного обеспечения комплекса. В нем сформулированы общие требования к ПО комплекса, объясняется алгоритм функционирования как программы в целом, так и отдельных программных модулей. Также в этом разделе разрабатывается программная документация, необходимая для изучения и обслуживания программного обеспечения.
Раздел 5 содержит описание программного эмулятора источника информации, необходимой для тестирования ПО и методику проведения испытаний программного обеспечения комплекса.
Раздел 6 посвящен охране труда. В нем проведено исследование опасных и вредных факторов, возникающих при реализации и эксплуатации программного обеспечения, а также проанализированы методы борьбы с ними.
Содержание
Аннотация 2
Введение 5
1. АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ И ВАРИАНТОВ ПОСТРОЕНИЯ КОМПЛЕКСА. 6
1.1. АНАЛИЗ ВХОДНОГО СИГНАЛА. 6
1.2. ОЦЕНКА АППАРАТНОЙ СЛОЖНОСТИ НА ФУНКЦИОНАЛЬНОМ УРОВНЕ ПО ТРЕМ СХЕМАМ ВКЛЮЧЕНИЯ. 6
1.2.1. Сравнение подключения ус к компьютеру через различные интерфейсы. 7
1.2.1.1. Системная магистраль ISA. 8
1.2.1.2. Интерфейс Centronics. 9
1.2.1.3. Интерфейс RS-232C. 9
1.3. ОЦЕНКА МАКСИМАЛЬНО ВОЗМОЖНОГО КОЛИЧЕСТВА ДАТЧИКОВ ПРИ ПЕРЕДАЧЕ ИНФОРМАЦИИ ПО РАЗНЫМ ИНТЕРФЕЙСАМ. 11
1.3.1. Системная магистраль ISA. 12
1.3.2. Интерфейс Centronics. 12
1.3.3. Последовательный порт RS–232C. 12
1.4. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭВМ ПРИ ПОДКЛЮЧЕНИИ К ISA, RS-232C, СЕNTRONICS. 13
1.4.1. Магистраль ISA. 13
1.4.2. Интерфейс Centrions. 13
1.4.3. Интерфейс RS-232C. 15
1.4.4. Вывод по эффективности использования ЭВМ. 15
1.5. ВЫВОД ПО АНАЛИЗУ ТЗ. 16
1.6. СБОР ДАННЫХ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫХ ИНТЕРФЕЙСОВ. 17
1.6.1. Общие сведения об интерфейсе RS-232C. 18
1.6.1.1. Квитирование установления связи. 18
1.6.1.2. Асинхронный метод передачи. 19
1.6.1.3. Декодирование последовательных потоков двоичных разрядов и обнаружение ошибок. 21
1.6.1.3.1. Ошибки четности. 21
1.6.1.3.2. Ошибки из-за перезаписи. 22
1.6.1.3.3. Ошибки кадрирования передаваемых данных. 22
1.6.2. Электрические и механические требования стандарта RS-232C. 25
1.6.2.1. Порядок обмена по интерфейсу RS-232C. 25
1.6.3. Линейные формирователи и приемники. 30
1.6.4. Волоконная оптика. 33
1.7. ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬ. 34
1.7.1. Учет особенностей линии передачи. 34
1.7.2. Гальваническая развязка. 36
1.7.2.1 МДМ-усилители. 37
1.7.2.2. Оптроны. 37
2. РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА СОПРЯЖЕНИЯ. 38
2.1. АНАЛИЗ ТРЕБОВАНИЙ К АППАРАТНОЙ ЧАСТИ УС. 38
2.1.1. Функциональные требования к УС. 38
2.1.2. Функции устройства сопряжения. 38
2.1.3. Варианты построения многоканальных систем. 40
2.2. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ. 42
2.2.1. Расчет тактовой частоты счетчика. 42
2.2.2. Расчет частоты опроса каналов. 42
2.2.3. Расчет разрядности счетчика. 43
2.3. ВЫБОР ПРОТОКОЛА ОБМЕНА ИНФОРМАЦИЕЙ ПО RS-232C. 43
2.3.1. Выбор адресной информации в кадре. 43
2.3.2. Выбор формата кадра. 44
3. ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ. 46
3.1. ВЫБОР ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ. 46
3.1.1. Сравнение обобщенных параметров цифровых микросхем 46
3.2. РАСЧЕТ ВРЕМЕННЫХ ПАРАМЕТРОВ. 48
3.3. ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ УС. 48
3.3.1. Назначение. 48
3.3.2. Состав 49
3.3.3. Принцип работы по основным и управляющим входам и цепям питания 50
4. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ КОМПЛЕКСА. 52
4.1. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ПО И ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТАВА И СТРУКТУРЫ ПО. 52
4.1.1. Общие требования к ПО 52
4.1.2. Определение состава и структуры ПО 52
4.2. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ ПРОГРАМНЫХ МОДУЛЕЙ. 53
4.2.1. Описание алгоритма программного драйвера 53
4.2.2. Описание алгоритма программы отображения результатов 54
4.3. РАЗРАБОТКА И ОТЛАДКА ПО. 55
4.4. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ. 56
4.4.1. Общие требования к оформлению программных документов. 56
4.4.2. Содержание программной документации. 56
5. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММЫ—ЭМУЛЯТОРА ИСТОЧНИКА ИНФОРМАЦИИ И ТЕСТИРОВАНИЕ ПО. 58
6. ОХРАНА ТРУДА. 59
6.1. ИССЛЕДОВАНИЕ ОПАСНЫХ И ВРЕДНЫХ ФАКТОРОВ ПРИ РАБОТЕ С ПЕРСОНАЛЬНЫМ КОМПЬЮТЕРОМ. 59
6.2. МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ ОПАСНЫХ И ВРЕДНЫХ ФАКТОРОВ ПРИ РАБОТЕ С ПЕРСОНАЛЬНЫМ КОМПЬЮТЕРОМ 62
ВЫВОДЫ 69
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 70
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. 72
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. 76
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. 78ВведениеВведение
Программно–аппаратный комплекс предназначен для сбора и обработки информации, поступающей от удаленных датчиков.
Аппаратная часть комплекса должна быть выполнена в виде устройства сопряжения (УС), которое подключается к персональному компьютеру (ПК). Специализированное программное обеспечение предназначено для обработки и отображения информации в удобном для оператора виде.
Желательно в качестве УС использовать аппаратные и программные средства, встроенные в персональный компьютер (ПК), и использовать стандартные способы подключения УС к ПК (подключение через стандартные интерфейсы), т.к. в лабораторных условиях более целесообразно применять обычный ПК, содержащий стандартный набор аппаратных средств. В этом случае нет необходимости покупать дорогостоящее производственное оборудование, использующее нестандартные (отсутствующие в компьютерах класса IBM PC) интерфейсы и специфические протоколы обмена.
Однако компьютеры типа IBM PC не предназначены для приема и обработки информации от датчиков. Следовательно, для реализации процедуры сбора и обработки информации от датчиков необходимо разрабатывать специализированные аппаратные средства и программное обеспечение.
Датчики, подключаемые к УС, могут иметь различную природу : датчики температуры (термопары), датчики с унифицированным токовым сигналом 0...5 мА, датчики типа “сухих контактов” и др., начиная с датчиков устройств, обладающих большой инерционностью( в силу своей механической природы) и заканчивая импульсными датчиками скорости вращения сверлильных станков, центрифуг и других скоростных агрегатов.
Подключение УС к ПК типа IBM PC возможно одним из трех вариантов, соответствующих трем типам стандартных интерфейсов, средства которых входят в базовую конфигурацию компьютера:
• через системную магистраль ISA (Industrial Standard Architecture);
• через параллельный интерфейс Centronics;
• через последовательный интерфейс RS-232C.
Прежде чем перейти к непосредственному анализу стандартных интерфейсов, входящих в состав персонального компьютера необходимо отметить, что при решении задачи, поставленной в дипломной работе нужно учитывать аппаратные, программные и конструктивные средства, необходимые для реализации взаимодействия различных функциональных элементов в системах, предписанные стандартом и направленные на обеспечение информационной, электрической и конструктивной совместимости указанных элементов.
1. АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ И ВАРИАНТОВ ПОСТРОЕНИЯ КОМПЛЕКСА.
1.1. АНАЛИЗ ВХОДНОГО СИГНАЛА.
Входной сигнал, приходящий на устройство сопряжения (УС), представляет собой импульсный сигнал, формируемый датчиком, находящемся в техническом оборудовании. За один оборот электродвигателя датчик вырабатывает 30 импульсных сигналов длительностью 1 мкс. с уровнями ТТЛ. Таким образом, каждому импульсу на входе УС соответствует поворот вала электродвигателя равный 12 градусам.
1.2. ОЦЕНКА АППАРАТНОЙ СЛОЖНОСТИ НА ФУНКЦИОНАЛЬНОМ УРОВНЕ ПО ТРЕМ СХЕМАМ ВКЛЮЧЕНИЯ.
При разработке устройства сопряжения (УС) необходимо, в первую очередь, сформулировать требования, предъявляемые к нему, проанализировать функции, которые компьютер должен выполнять с помощью данного УС. В общем случае эти функции могут быть реализованы как аппаратурой УС, так и программным обеспечением компьютера. В свою очередь, УС может включать в себя процессор, однокристальный контроллер, микропрограммный автомат или жесткую логику. Сочетания перечисленных решений различаются между собой стоимостью, сложностью решаемой задачи, гибкостью (способностью перенастройки на другую задачу), быстродействием.
1. Программное обеспечение
2. Встроенный в УС программный
контроллер
3. Встроенный в УС микропрограм-
мный автомат
4. Жесткая логика
Рис. 1.1 Сравнение методов реализации функций УС.
На Рис. 1.1 показано изменение каждого из параметров в предположении, что остальные параметры не изменяются. Значительные трудности вызывает составление программного обеспечения для встроенного микропрограммного автомата. Для этого обычно требуются сложные системы разработки. Но проектирование жесткой логики требует некоторого навыка по части схемотехники.
Вместе с тем при прочих равных условиях представляется наиболее целесообразным сочетание программных средств компьютера и жесткой логики УС с перенесением сложной обработки и расчетов на компьютер и достижением высокого быстродействия с помощью жесткой логики.
2. РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА СОПРЯЖЕНИЯ.
2.1. АНАЛИЗ ТРЕБОВАНИЙ К АППАРАТНОЙ ЧАСТИ УС.
2.1.1. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К УС.
УС должно удовлетворять совокупности следующих функциональных требований:
• Прием и обработку импульсных сигналов с 4 каналов (от четырех импульсных датчиков);
• Максимальная частота импульсных сигналов (соответствует частоте вращения вала 3000 об/мин или 50 об/с.);
• Минимальная частота следования импульсов (соответствует частоте вращения вала 95 об/мин или 1,6 об/с.);
• Инструментальная погрешность датчика составляет 30 угловых секунд, что соответствует информационной емкости 11 двоичным разрядам;
• Датчик формирует импульсы с частотой 30 импульсов за оборот (соответствует 12 градусам полного круга (360/30=12) или (2?/30=0,209 рад.)).
2.1.2. ФУНКЦИИ УСТРОЙСТВА СОПРЯЖЕНИЯ.
Перед разработкой функциональной схемы УС, рассмотрим те функции, которые должны выполняться УС:
• УС должно получать импульсные сигналы от датчиков по нескольким линиям (каналам) связи;
• УС должно подсчитывать период следования импульсов (т.е. преобразовывать временной интервал в код) с информационной емкостью в 11 двоичных разрядов (см требования к импульсному датчику). УС не должно пропускать импульсы от датчика за время считывания подсчитанных данных;
• Исходя из того, что необходимо обеспечить обработку (оцифровку) сигналов от 4 каналов, УС должно обеспечить передачу информации, полученную от нескольких каналов в один последовательный канал по стандарту RS-232C.
Все функциональные блоки в разрабатываемом УС целесообразно разделить на 3 функциональные группы:
1. Группа блоков, преобразующих импульсные сигналы в код;
2. Группа блоков, обеспечивающая коммутацию каналов;
3. Группа блоков, обеспечивающая формирование кадров в стандарте RS-232C.
Рассмотрим подробнее те функциональные блоки , которые должны входить в ту или иную функциональную группу в отдельности.
Группа блоков, преобразующих импульсные сигналы в код, состоит из устройства управления подсчетом импульсов и двух 16-ти разрядных двоичных счетчиков. Устройство управления подсчетом импульсов обеспечивает переключение между двумя счетчиками и формирование сигнала готовности данных в канале. Наличие двух 16ти разрядных двоиЛитератураr1/2 r2/2 r3/2 r4/2 x1/8 l1/2; +12=c2/2 c1/2 c10/2 l2/2 x1/9; dround=x1/10 x2/1 x2/3 c2/1 c1/1 d1/20
r5/2 d3/2 c3/2 c4/2 c5/2 c6/2 c7/2 c8/2 c9/2 d3/13 c14/2 c13/2 c15/1 c16/1 c12/2 C19/2 C20/2 D1/14;
video=x2/2 c11/1;
8=d2/37 d1/3 ; 1=d2/30 d1/10; 9=d2/2 d1/25;
2=d2/31 d1/9 ; 10=d2/3 d1/24; 3=d2/32 d1/8 ;
11=d2/39 d1/21; 4=d2/33 d1/7 ; 12=d2/40 d1/23;
5=d2/34 d1/6 ; 13=d2/38 d1/2 ; 6=d2/35 d1/5 ;
15=d2/4 d1/22; 7=d2/36 d1/4 ;
16=d1/27 d2/5 c20/1c19/1 d1/26 d1/28;
301=c3/1 d3/3; 310=c13/1 d3/24;
302=c4/1 d3/4; 311=c12/1 d3/26; 309=c14/1 d3/21;
303=c5/1 d3/5; 312=d3/27 c21/2; 304=c6/1 d3/6;
313=d3/12 l2/1 c10/1;305=c7/1 d3/8; 314=d3/23 r6/2;
306=c8/1 d3/9; 315=d3/20 c15/2 q2/2;
307=q1/1 d3/11; 316=d3/18 c17/2; 319=d3/19 c16/2;
317=c17/1 r7/2; 320=d3/15 c18/2; 17=d2/6 c18/1;
318=r7/1 q2/1; 18=d2/9 d3/17;
21=d2/12 d3/28; 19=d2/10 d3/25;
22=c21/1 c11/2; 20=d2/11 d3/22;
23=d3/16 r6/1; 24=d3/14 d2/7;
308=c9/1 q1/2; 300=r5/1 d3/1;
2
endsheet;
Процесс проектирования печатной платы по приведенному формализо¬ванному заданию начинается запуском программы PCNLT, которая проводит синтаксический и семантический контроль задания и при отсутствии оши¬бок создает файл конструкции печатной платы типа PKG.
Файл конструкции проекта DECODER.PKG приведен на листе 5 графи¬ческой части проекта.
Далее, пользуясь программой PCPLACE разместим элементы на плате согласно методике, изложенной в [20], после чего, воспользуем¬ся программой PCROUTE для трассировки межсоединений. Результат разме-
щения и трассировки проекта представлены на листах КРЭА.466471.005 и
КРЭА.466471.010 СБ.
1.5.5 Описание конструкции блока декодера телетекста.
Проведенный в предыдущих разделах конструкторский синтез блока декодирования телетекста позволяет сделать следующие выводы.
TV- приемники 4-го и 5-го поколений типа "Горизонт 51 CTV 441,518,510" являются приемниками цветного изображения кассетно-мо¬дульной конструкции. В выбранной структурной схеме все необходимые блоки, входящие в устройство обработки телетекстовой информации, пок¬рыты серийными микросхемами со стандартной шиной обмена, что в сово¬купности с выбранным моносхемным принципом конструирования сводит за¬дачу построения конструкции декодера к одноплатному варианту. Таким образом, БДТ представляет собой функциональную ячейку третьего поколе¬ния, размещенную внутри телевизионного приемника "Горизонт 51 CTV 441,518,510" с помощью обоймы-держателя из ударопрочного полистирола марки УПМ-03Л, изготовленную методом литья под давлением.
Блок БДТ установлен в единственно возможном свободном месте внут¬ри телевизионного приемника вблизи модуля синтезатора напряжений и мо¬дуля цветности - на внутренней поверхности боковой стенки приемника.
Способ закрепления блока декодера телетекста 1 в обойме 2 поясня¬ет приведенный выше рисунок и заключается в использовании упругой за¬щелки 3, прочно удерживающей
|
|
