Реализация устройства контроля переданной информации с использованием модифицированного кода Хем

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ВОЛОГОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Дисциплина: Организация ЭВМ и систем

Кафедра: УВС

Курсовой проект

Реализация устройства контроля переданной информации с использованием модифицированного кода Хемминга

Выполнил: Кириллов А. С.

Группа: ЭВ-31

Проверил: Машкин А. В.

Вологда 2011

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

2. Разработка структурной схемы устройства

3. РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ

3.1 Центральный процессор КР580ВМ80А

3.2 Генератор тактовых импульсов КР580ГФ24

3.3 Системный контроллер и шинный формирователь КР580ВК28

3.4 Буферный регистр КР580ИР82

3.5 Параллельный интерфейс КР580ВВ55А

3.6 Постоянное запоминающее устройство КР556РТ7

3.7 Оперативное запоминающее устройство КР537РУ8А

3.8 Дешифратор возбуждения одноразрядного семисегментногоцифрового светодиодного индикатора АЛС324

3.9 Индикатор цифровой АЛС324А

4. КАРТА ПАМЯТИ

5. ПРИНЦИП РАБОТЫ ПРОГРАММЫ

6. ЛИСТИНГ ПРОГРАММЫ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СПРАВОЧНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Вычислительная техника развивалась такими быстрыми темпами, что давно уже принято говорить о поколениях вычислительных машин. За 30 лет своего бурного развитиямикропроцессорные системы прошли путь от специализированных комплектов интегральных схем к сложным однокристальным микроконтроллерам, имеющих в своем составе целый набор самых различных программируемых элементов. Низкая стоимость, малые габаритныеразмеры и энергопотребление таких машин позволяет встраивать их во вновь проектируемые устройства. Широкое применение микропроцессоров ставит задачу подготовки специалистов, способных обслуживать эту сложную технику.

1. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

Реализация устройстваконтроля переданной информации c использованием модифицированного кода Хемминга.

С порта А5h считать 2000 байт, разместив их в ОЗУ, начиная с адреса B000h. Считать информационными 4 бита, расположенные во 2, 4, 5 и 6 разрядах передаваемых байт. Остальные разряды в байте отведены для хранения кода Хемминга. Индицировать номер ячейки ОЗУ, в которой была произведена коррекция ошибки или выдать сообщение о невозможности коррекции. Считывание последовательности байт с порта осуществлять путем нажатия кнопки. Переход к проверке содержимого следующих ячеек памяти так же осуществлять путем нажатия на кнопку.

2. Разработка структурной схемы устройства

Необходимыми элементами в любой системе являются: микропроцессор, генератор импульсов, системный контроллер микропроцессора, буферные схемы адреса и данных, запоминающие устройства и устройства ввода-вывода (рис 2.1.)

Рис. 2.1. Структурная схема устройства

Главным элементом этой системы является микропроцессор т.к. он управляет работой всей системы. Генератор тактовых импульсов фаз С1, С2 предназначен для синхронизации работы микропроцессора. ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) используется для храненияконстант и программы работы устройства. Для хранения стека и переменных величин используется ОЗУ (оперативное запоминающее устройство). Устройство ввода вывода предназначено для сопряжения различных типов периферийных устройств с магистралью данных систем обработки информации. Фиксатор состояния применяется для формирования управляющих сигналов и как буферный регистр данных. Для ввода информации используется клавиатура, для вывода – дисплей.

Общий принцип функционирования микропроцессорного устройства заключается в следующем. Из микропроцессора на шину адреса выдается адрес очередной команды. Считанная по этому адресу из памяти (например, из ПЗУ) команда поступает на шину данных и принимается в микропроцессор, где она и исполняется. В счетчике команд микропроцессора формируется адрес следующей команды. После окончания исполнения данной команды на шину адреса поступает адрес следующей команды и т. д.

В процессе исполнения команды могут потребоваться дополнительные обращения кпамяти для вызова в микропроцессор дополнительных байтов команды (в случае двух-, трехбайтовых команд), операндов или записи в память числа, выдаваемого из микропроцессора.

Микропроцессор КР580ВМ80А способен адресовать до 64 килобайт памяти, но так как такой объем памяти не требуется, то старшие биты адреса будут использоваться как сигналы выбора микросхем (CS).

3. Разработка принципиальной электрической схемы

3.1 Центральный процессор КР580ВМ80А

Рис3.1 Центральный процессор КР580ВМ80А

Центральный процессорный элемент КР580ВМ80А является функционально законченным однокристальным параллельным 8-разрядным микропроцессором с фиксированной системой команд. В состав БИС входят: 8-разрядное арифметико-логическое устройство (ALU); регистр признаков (RS), фиксирующий признаки, вырабатываемые ALUв процессе выполнения команд; аккумулятор (А); блок регистров для приема, выдачи и хранения информации в процессе выполнения программ, содержащий программный счетчик (РС), указатель стека (SP), регистр адреса (RGA), шесть регистров общего назначения (B, C, D, E, H, L) и вспомогательные регистры (W и Z); схема управления и синхронизации (CU), формирующая последовательности управляющих сигналов для работы ALU и блока регистров; 16-разрядный буферный регистр адреса (ВА); 8-разрядный буферный регистр данных (BD).

Таблица 3.1 Назначение выводов микросхемы КР580ВМ80А

3.2 Генератор тактовых импульсов КР580ГФ24

Рис 3.2 Генератор тактовых импульсов КР580ГФ24

ГТИ формирует тактовые импульсы частотой до 2.5мГц, амплитудой 12 В, тактовые импульсы амплитудой до 5 В для ТТЛ-схем, а также некоторые управляющие сигналы для микропроцессорной системы. Генератор тактовых сигналов состоит из генератора опорной частоты, счетчика-делителя на 9, формирователя фаз С1, С2 и логических схем. Для работы ГТИ необходимо подключение внешнего кварцевого резонатора с частотой колебаний в 9 раз больше чем частота выходных тактовых импульсов ГТИ.

Назначение выводов микросхемы приведено в таблице 3.2.

Таблица 3.2. Назначение выводов микросхемы КР580ГФ24

3.3 Системный контроллер и шинный формирователь КР580ВК28

Рис 3.3 Системный контроллер и шинный формирователь КР580ВК28

Системный контроллер и шинный формирователь КР580ВК28 предназначен для фиксации слова-состояния МП, выработки системных управляющих сигналов, буферизации шины данных МП и управлением передачи данных. Системный контроллер формирует управляющие сигналы по сигналам состояния микропроцессора при обращении к ЗУ: RD и WR; при обращении к УВВ: RDIO и WRIO, а также обеспечивает прием и передачу 8-разрядной информации между каналом данных микропроцессора по выводам D7-D0 и системным каналом по выводам DB7-DB0. Регистр состояния по входному сигналу STB фиксирует информацию состояния микропроцессора в первом такте каждого машинного цикла. Дешифратор управляющих сигналов формирует один из управляющих сигналов в каждом машинном цикле: RD, WR, RDIO, WRIO, INTA. Асинхронный сигнал BUSEN управляет выдачей данных с буферной схемы и управляющих сигналов: при напряжении высокого уровня все выходы микросхемы переводятся в высокоомное состояние.

Назначение выводов микросхемы приведено в таблице 3.3.

Таблица 3.3. Назначение выводов микросхемы

3.4 Буферный регистр КР580ИР82

Рис 3.4 Буферный регистр КР580ИР82

Буферный регистр КР580ИР82, выполняет роль буфера между МП и шиной данных. Буферный регистр КР580ИР82 представляет собой 8-разрядный параллельный регистр с трехстабильными выходами. Обладает повышенной нагрузочной способностью.

Таблица 3.4. Назначение выводов микросхемы

3.5 Параллельный интерфейс КР580ВВ55А

Произведя запись управляющего слова в РУС, можно перевести микросхему в один из трех режимов работы. При подаче SR РУС устанавливается в состояние, при котором все каналы настраиваются на работу в режиме 0 для ввода информации. Формат управляющего слова определения режима работы показан в таблице 3.51.

Параллельный интерфейс КР580ВВ55А предназначен для ввода/вывода параллельной информации различного формата. БИС программируемого параллельного интерфейса (ППИ) может использоваться для сопряжения микропроцессора со стандартным периферийным оборудованием.

В состав БИС входят: двунаправленный 8-разрядный буфер данных (BD), связывающий ППИ с системной шиной данных; блок управления записью/чтением (RWCU), обеспечивающий управление внешними/внутренними передачами данных, управляющих слов и информации о состоянии ППИ; три 8-разрядных канала ввода/вывода (PA, PB, PC) для обмена информацией с внешними устройствами. Режим работы каждого из каналов определяется содержимым регистра управляющего слова (РУС).

Таблица 3.51 Формат управляющего слова, определяющего режим работы:

Рис 3.5 Параллельный интерфейс КР580ВВ55А

Назначение выводов микросхемы приведено в таблице 3.52.

Таблица 3.52. Назначение выводов микросхемы

В нашем случае получено управляющее слово 89h – 10001001 – переводит DD7 в режим ввода/вывода (режим 0). Соответственно данное УС определяет: каналы ВА и ВВ – вывод, а все восемь бит канала ВС – ввод.

3.6 Постоянное запоминающее устройство КР556РТ7

Рис 3.7Постоянное запоминающее устройство КР556РТ7

Микросхема представляет собой однократно программируемое постоянное запоминающее устройство ёмкостью 16 к (2к8) с тремя состояниями на выходе. Предназначено для хранения программы работы устройства и констант.

Таблица 3.61. Таблица истинности

Таблица 3.62. Назначение выводов микросхемы

3.7 Оперативное запоминающее устройство КР537РУ8А

Рис 3.8 Оперативное запоминающее устройство КР537РУ8А

Микросхема представляет собой статическое оперативное запоминающее устройство ёмкостью 16 кбит (2к8).Предназначено для хранения стека ипеременных величин.

Таблица 3.71. Таблица истинности

Таблица 3.72. Назначение выводов микросхемы

3.8 Дешифратор возбуждения одноразрядного семисегментного цифрового светодиодного индикатора АЛС324А

Рис 3.10 Дешифратор возбуждения одноразрядного семисегментного цифрового светодиодного индикатора АЛС324А

Микросхема состоит из 7 узлов, формирующих управляющий сигнал для одного из семи сегментов индикатора.

Таблица 3.81. Назначение выводов микросхемы

Таблица 3.82. Таблица истинности

3.9Индикатор цифровой АЛС324А

Рис.3.11 Индикатор цифровой АЛС324А.

Выводит на экран цифры в зависимости от сигналов на входах в семисегментном коде. Состоит из семи светодиодов. Единица, пришедшая на вход, приводит к свечению соответствующего сегмента.

4. КАРТА ПАМЯТИ

5. ПРИНЦИП РАБОТЫ ПРОГРАММЫ

Принцип работы программы основан на том, что с использованием модифицированного кода Хемминга можно проводить проверку считанной информации на наличие ошибок. Существует возможность исправить однократные ошибки и обнаружить двойные. Программа управляет считыванием информации с порта, затем заносит их в оперативную память. По нажатию кнопки начинается проверка содержимого на наличие ошибок. На основе маскирования определенных бит и контроля четности формируется четырехбитная характеристическая комбинация, каждому значению которой соответствует свое решение.Таких решений в результате получается четыре:

1. Нет ошибки.Программа просто начинает проверку следующего байта данных, занесенных в ОЗУ.

2. Есть двойная ошибка, тогда выводится сообщение о двойной ошибке в виде адреса, где она зафиксирована, но только с тем различием, что у выводимого адреса будут обнулены четыре старших бита. То есть такое сообщение об ошибке будет иметь вид 0ххх. Программа ждет нажатия кнопки для дальнейшей работы.

3. Ошибка в контрольном бите. Исправляется с помощью заданной маски. Номер ячейки выводится на индикаторы. Программа ждет нажатия кнопки для дальнейшей работы.

3. Есть одиночная ошибка. Ее исправление начинается с формирования маски, в которой все биты будут установлены в ноль и лишь один в единицу. Как раз тот, что должен будет быть исправлен. Далее, с помощью операции XOR (Исключающее ИЛИ) над содержимым ячейки памяти и маской ошибка будет исправлена. Номер ячейки, в которой была ошибка, выводится на индикаторы. Программа ждет нажатия кнопки для дальнейшей работы.

6. ЛИСТИНГ ПРОГРАММЫ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе данной работы была спроектирована микропроцессорная система для контроля переданной информации использованием модифицированного кода Хемминга. Эта система собрана на базе микропроцессорного комплекта КР580, а также некоторого числа дополнительных элементов. Была разработана как аппаратная, так и программная часть системы. Так как система состоит из интегральных микросхем, то она отличается малыми размерами и высокой надежностью.

СПИСОК СПРАВОЧНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Абрайтис В.Б.Микропроцессоры и микропроцессорные комплекты интегральных микросхем: Справочник. В 2 т. / Абрайтис В.Б., Аверьянов Н.Н., Белоус А.И. и др.; Под ред. В.А. Шахнова. - М.: Радио и связь, 1988. - 368 с.

2. Горбунов В.Л. Справочное пособие по микропроцессорам и микроЭВМ / В.Л. Горбунов, Д.И. Панфилов, Д.Л. Преснухин. - М.: Высш. шк., 1988 . - 272 с.: ил.

3. Калабеков Б. А. Микропроцессоры и их применение в системах передачи и обработки сигналов: Учеб. Пособие для ВУЗов. — М.: Радио и связь, 1988.

4. Угрюмов Е.Цифровая схемотехника / Е. Угрюмов – БХВ Санкт-Петербург, 2000 – 528с.