Разработка структуры и программного обеспечения системы дистанционного управления техническим объектом по последовательному каналу свя

Министерство науки и образования Российской Федерации ФГБОУ ВПО РЫБИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени П.А. СОЛОВЬЕВА
Факультет радиоэлектроники и информатики
Кафедра радиоэлектронных и телекоммуникационных систем (РТС) Специальность 210201 Проектирование и технология РЭС
ОТЧЕТ ПО СКВОЗНОЙ ЛАБОРАТОРНО-ЭКЗАМЕНАЦИОННОЙ РАБОТЕ
по дисциплине микропроцессорные системы передачи и обработки данных
НА ТЕМУ РазработКА структурЫ И ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ системы дистанционного управления техническим объектом по последовательному каналу связи (приёмник)
Пояснительная записка
Исполнители, студенты группы	ЗРС-09	Малков В.Д.
“___” ________ 2014 г.
Руководитель, канд. техн. наук, доцент		Печаткин А.В.
“___” ________ 2014 г.
Рыбинск 2014г.

Содержание

 

Техническое задание

Разработать структуру, алгоритм функционирования и управляющую программу на языке ассемблера Z86 системы дистанционного управления техническим объектом по последовательному каналу связи.

Параметр	Показатель
Объект разработки	þ – приемник o – передатчик
Количество внешних команд (каналов)	o – 8 независимых þ – 10 независимых
Протокол связи (интерфейс)	o – с синхронизацией o – парафазный код þ – асинхронный o – I2C Bus o – Microwire o – NRZI o – манчестерский код
Метод обнаружения ошибок	o– код с дополнением o – код Хэмминга o – код “2 из 5” o – четность þ – нечетность o –код 4В/5В
Вид передачи данных	o – единичный o – циклический
Факт начала передачи посылки данных (команды)	o – по нажатию o – по отпусканию
Нагрузка приемника	þ – светодиоды o – МОП-реле o – электромагнитные реле
Способ вывода управляющей информации	þ  – замещение o – дополнение
Метод формирования сигнала ошибки	o – независимый с опросом o– зависимый с задержкой
Способ формирования сигнала ошибки	þ – программный o – аппаратный
Частота звучания сигнала ошибки, кГц	2.4
Время звучания сигнала ошибки, сек.	8
Тактовая частота микроконтроллера, МГц	7
Скорость последовательного цифрового потока, бит/с	9600

 

Рецензия

на сквозную лабораторно-экзаменационную работу по дисциплине МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ И ОБРАБОТКИ ДАННЫХ
СТРУКТУРА  РАБОТЫ
– Титульный лист
– Техническое задание
– Рецензия
– Анализ технического задания
– Расчет временных характеристик
– Разработка алгоритмического обеспечения системы передачи
– Распределение системных ресурсов
– Разработка и отладка программного обеспечения
– Расчет показателей качества
– Заключение
РЕЗУЛЬТАТЫ   РЕЦЕНЗИРОВАНИЯ
Параметры оценки	Основные элементы лабораторной работы
	Алгоритм	Программа		Расчеты
Соответствие заданию
Корректность изложения
Корректность расчетов
Корректность выполнения
Творчество/кругозор
Использование источников
Результат защиты	¨ – зачтено ¨ – не зачтено ¨ – зачтено повторно
Экзаменационная оценка	¨ – отлично ¨ – хорошо  ¨ – удовлетворительно
Дата выдачи задания лабораторно-экзаменационной работы:			“____” ___________ 2012 г.
Дата сдачи лабораторно-экзаменационной работы на проверку:			“____” ___________ 2012 г.
Дата возвращения работы для исправлений:			“____” ___________ 2012 г.
Дата повторной сдачи работы на проверку:			“____” ___________ 2012 г.
Подпись преподавателя:

 

Введение

Устройства передачи и обработки информации являются теми "кирпичами", из которых строятся сложные информационно-управляющие системы, такие как, например, цифровые сети связи с интеграцией служб - ISDN [1]. Проектирование таких устройств представляет сложную техническую задачу, поскольку к ним предъявляется ряд серьезных технических требований в части:

– сложных протоколов обмена данными;

– высоких скоростей передачи;

– сложных алгоритмов обработки;

– высокой точности;

– аналого-цифровых функций;

– надежности и достоверности;

– устойчивости к воздействию дестабилизирующих факторов;

– конструктивных параметров (габаритные размеры, масса);

– энергопотребление.

Решающую роль на технические характеристики устройств передачи и обработки информации оказывает используемая элементная база. Наиболее подходящая элементная база для построения таких устройств - это однокристальные микроконтроллеры (МК). Такие приборы поставляются на мировой рынок всеми ведущими производителями микропроцессоров: Intel, Motorola, Microchip Technology, Zilog и др. Особый интерес для рассматриваемого класса устройств представляют малогабаритные МК с микромощным потреблением. Среди них можно выделить МК PIC 16CXX фирмы Microchip Technology и Z86 фирмы Zilog. Если PIC-контроллеры относятся к процессорам с так называемой сокращенной системой команд (Reduced Instruction Set Command - RISC), то Z8 - это процессоры с комплексной системой команд (Complex Instruction Set Command - CISC). Преимуществом последних является более высокий уровень команд, что делает программный код более эффективным в смысле времени выполнения и объема занимаемой памяти и упрощает программирование на языке ассемблера. Это позволяет рекомендовать МК семейства Z8 для использования в практике проектирования устройств передачи и обработки информации.

 

1. Анализ технического задания

В данной лабораторной работе будет разработана микропроцессорная система для симплексного управления удаленным техническим объектом с помощью микроконтроллера Z86E02 на основе последовательного канала связи.

 

1. Общий анализ объекта проектирования и предлагаемой структурной схемы системы передачи данных

Система дистанционного управления удаленным техническим объектом состоит из передающего и приемного устройств. Для ввода данных ко входам передатчика подключается клавиатура. Исполнительное устройство управляется с помощью приемника. Для информирования о сбое в работе системы к передатчику и приемнику подключается звуковой сигнализатор ошибки. Структурная схема системы дистанционного управления представлена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 – Структурная схема системы передачи

2. Описание метода передачи/приема и особенностей обработки данных. Разработка функциональной схемы системы передачи данных и обоснование использования линий портов ввода/вывода

Система дистанционного управления удаленным техническим объектом состоит из передающего и приемного устройств. Для ввода данных ко входам передатчика подключается клавиатура. Исполнительное устройство управляется с помощью приемника. Для информирования о сбое в работе системы к передатчику и приемнику подключается звуковой сигнализатор ошибки.

Передача данных выполняется по асинхронному последовательному каналу связи. При этом для передачи данных требует наличия только одной линии и не требует передачи синхронизирующих сигналов. Данные формируются передатчиком на основе информации полученной с клавиатуры и поступают на вывод РО.О. Для инициализации передачи в линию связи передается стартовый бит, представляющий собой сигнал низкого уровня напряжения - "логический О". Затем следует сама информационная посылка (от 5 до 8 битов данных). Для идентификации окончания передается один или 2 стоп-бита, представляющие собой сигналы высокого уровня напряжения - логическую 1". Данные передаются, начиная с младшего бита (DO):

Рисунок 1.2 – Передача данных по асинхронному последовательному каналу

Сформированные передатчиком данные поступают на вход Р3.1 приемника. Приемник обрабатывает информацию и через выводы порта Р2 и выводы РО.О и РОЛ управляет электромагнитными реле.

В случае обнаружения некорректных данных передатчиком или приемником, система с помощью звукового сигнализатора ошибки сообщает об этом. При этом во время звучания звукового сигнала работа передатчика блокируется и осуществляется перезапуск программы.

Сформированные передатчиком данные поступают на вход Р3.1 приемника. Приемник обрабатывает информацию и через выводы порта Р2 и выводы Р00 и Р01 управляет электромагнитными реле.

В случае обнаружения некорректных данных передатчиком или приемником, система с помощью звукового сигнализатора ошибки сообщает об этом. При этом во время звучания звукового сигнала работа передатчика блокируется и осуществляется перезапуск программы.

Функциональная схема системы дистанционного управления показана на рисунке:

Рисунок 1.3 – Функциональная схема системы передачи

3. Расчет временных задержек и временных параметров интерфейса

1. Расчет максимальной и минимальной задержек, формируемых таймером/счетчиком

Для определения минимальной и максимальной величины задержки необходимо принять значения p=1, v=1 и p=64, v=256 соответственно.

Минимальная величина задержки будет равна:

мкс.

(1.1)

Максимальная величина задержки будет равна:

мкс.

(1.2)

 

1.3.2  Расчет временных задержек и временных параметров интерфейса

Величины циклов задержки определяются по формуле:

,		(1.3)
где	– время звучания сигнала ошибки;  – период импульса сигнала ошибки.
,		(1.4)
где	– частоты звучания сигнала ошибки;
мкс,		(1.5)
,		(1.6)

Т.к находится в интервале возможностей системного таймера микроконтроллера, то для его использования необходимо посчитать p и v

	(1.7)
	(1.8)

Для расчета временной задержки Т, формируемой с помощью системного таймера, используется следующее выражение:

,		(1.9)
где	– частота кварцевого резонатора;  – начальное значение предделителя (модуль пересчета) – от 1 до 64;  – начальное время таймера/счетчика – от 1 до 256.

Известны скорость передачи данных W=9600 бит/с, тактовая частота резонатора Гц.

Вычислим период передачи одного бита данных:

мкc,

(1.10)

Найдем относительную величину ошибки:

,		(1.11)
где	– заданное время задержки;  – рассчитанное время задержки.
		(1.12)
,		(1.13)
		(1.14)