Дәріс. Цифралық автоматты басқару құралдарын  басқару

 

Дәрiстiң мақсаты: қазiргi микропроцессорлық құрылымдардың бақылау жүйелерiнiң алгоритмдарын жасау бойынша негiзгi ережелердi ашылу.

Реалды уақыт масштабында жұмыс істейтін микропроцессорлық кешендерінде есептеудің сенімділігі мен нақтылығына жоғары талаптар қойылады.

Автоматтандыру басқару құралдарына кіретіндер: ақпараттар, операция кодтары, нәтижелер сақтау адрестері, келесі мәліметтер адресі.

Барлық көрсетілген сигналдарға (кез-келген дискретті сигнал) шуылдар қабаттаса қосылады. 22-суретте көрсетілгендей шуылдар спектрлік тығыздықпен таралады.

22 суретт А және В аймақтарындағы шу дискретті сигналдың 1 және 0 Вольт аралығында қателікке алып келеді.

Сигнал мәні көтерілгеніне сәйкес шуылдың әсері өседі. Оң жақтағы дискретті сигналға А аймағы сәйкес келеді, ал кері дискретті сигналға В аймағы сәйкес.

Шуылдың әсері арқасында ықтималдылық қателігі анықталады, шет елдің әдебиетінде SNR(signal to noise ratio) келесідей белгіленеді:

              сигналдың орта квадраттық мәні

SNR=  ----------------------------------------------

22 сурет – Шу қуатының спектралды тығыздығы

Жүйелік қателер өңделуге, табылуға және жойылуға жатады. Кездейсоқ қателер – үзіліссіз басқару қажеттілігі, есептеу операциялардың болу және олар арқылы ақпарат қателігінің нәтижесі арқылы жөндеу (статикалық қателік) қажеттілігі.

23 сурет – SNR және қате ықтималдығы арасындағы байланыс

23-суретте қате ықтималдылығының SNR-ға қатысы көрсетілген. SNR-дің 20 мәнінде қателік ықтималдылығы 10^-5-ке тең. Бұл дегеніміз, 360 Кбайт жазу кезінде, 30бит ауытқу болуы мүмкін.

10^-5 ықтималдылық, 999999 дұрыс биттер үшін бір ғана ауытқу болатынын көрсетеді. Бірақ, бұл клапанның  жабылуынын орнына оның ашылуын, авариялық жағдай бар немесе жоқ, т.с.с., көрсетуі мүмкін. Сол себепті басқарудың әр түрлі жағдайы болу керек.

Басқарудың барлық жағдайы 2 түрге бөлінеді: программалық және аппараттық.

Программалық басқару:

-       тестілік;

-       бағдарлама-логикалық;

-       енгізуді тексеру;

-       уақытты есептеу;

-       екі еселік қайта есептеу;

-       басқару алгоритмі.

 Аппараттық басқару құралдары:

-       модуль бойынша;

-       жұптылықты тексеру бойынша;

-       алгебралық көбейту немесе бөлу;

-       логикалық амалдар;

-       шығыс кодтың сипаттамасы бойынша;

-       дубльдеумен басқару;

-       шығыс кодын кіріс кодымен салыстыру;

-       арнайы кодты қолдану;

-       схемалық шешу жолын пайдалану.

Басқару құралдарын бағдарламалық және аппараттық шартты бөлу.   Бұл нақты жағдайда – автоматтандыру контроллерінің программалық-техникалық комплексі. Ең оңай жолы, бұл модуль бойынша тексеру жолы. Модуль бойынша тексеру жолы шартты қанағаттандыратын қателіктерден басқа қателіктерді табуға мүмкіндік береді.

ℓ_i – i-ші разрядты код қателігінің мәні;

mod2 – ауыстыру жоқ кездегі екілік кодта.

Екі модулі бойынша тексеру қателіктердің тақ санын табуға мүмкіндік береді. Модуль бойынша тексеру амалына жұптыққа тексеру коды жатады.

Сол үшін барлық ақпараттық разрядтар барысында код:

А_i – ақпараттың і-ші разрядтың мәні.

         Бұл басқару разряды жұп немесе тақ болуы мүмкін

S_i – жұптық сигнал

 

Жұптық сигналды орындаудың алгоритмдік схемасы 24 және 25 суреттерде көрсетілген.

24 сурет - Пирамида түрінде көрсетілген жұптық сигналды орындаудың алгоритмі

25 сурет - Тізбектілік жолымен көрсетілген жұптық сигналды орындаудың алгоритмі

Бұл схемалар аппараттық немесе программалық жолмен тұрғызылады. Арифметикалық және логикалық операцияларды бақылау үшін  модуль бойынша бақылауды қолданылады, келесі санның бөліндісінің қалдығы 2^m-1 немесе қалдық модуль бойынша 2^m-1 болатын әр бір мәнге сәйкес бақылау код қойылады, бұл жерде  m=2, 3, 4. Көбінесе  3-ке бөлінген санның қалдығы қолданылады.

СМО, СМК – негізгі және бақылауыш сумматорлар;

СхФО – қалдықты жинау схемасы;

СхСр – салыстыру схемасы.

26 сурет - Арифметикалық және логикалық операцияларды бақылау схемасы

Мысалы: 1011001 коды бар. Тексеру полиномының құрылуы және қате тексеру коды мысалы қарастырылуда.

M(x) = X⁶+ X⁴+ X³+1; M(x)=SX_iⁿ

V(X) = G(X)*M(X);

G(X) =                                                 X³  +  X² +  1;

M(X) =                      X⁶+         X⁴ +      X³ +          1

G(X) =                                                 X³ +   X² +  1

                           X⁶            X⁴    X³                     1

              X⁸         X⁶    X⁵                   X²

       X⁹         X⁷     X⁶                     X³

  V(X)=  X⁹ +X⁸+ X⁷+ X⁶+  X⁵+   X⁴+         X²+    1

Код:     1    1     1     1      1       1      0    1   0   1

X ^n-k *M(X)                   R(X)

  ---------------- =  Q(X) + --------

      G(X)                          G(X)

X ^n-k* M(X) = Q(X)*G(X)+R(X);

Кодтық полином:

V(X)= X ^n-k* M(X) -R(X)= Q(X)*G(X)

Кодтау үшін полином керек:

G(X) =X³ + X² + 1;

V(X)= ( X⁹+ X⁷+ X⁶+ X³) + (X²+ X)=

Егер бөлiнуден қалдық санның бөлiнуiн салдарда нөлдiк қалдықсыз көрсетсе, онда мұндай қате табылмауы мүмкін. Бөлiнумен алгебралық кодты қолданатын құрылғы, сигнатура анализатор деп аталады.

1)  Шығыс код бойынша бақылау логикалық даусыз ұсыныстарды қарастырады. Мысалы, тек қана бір дешифратордың шығыс шинасы бірлік болуы мүмкін.

2)  Дубльдік басқару –бірнеше ұқсас функционалдық схемалар бірдей операцияны орындайды.

3)  Шығыс  кодты функционалдық кіріс кодпен салыстыру ,шығыс мәнінің қайта пайда болуымен байланысты.

1)   Кіріс ақпаратты дұрыс енгізгеннің белгісі, бұл барлық сигналдардың қосындысының және салыстырылуының мәндері. Бұл мән ақырғы қосынды деп аталады.

2)  Екілік санау арқылы басқару (үзілістен кейінгі қайта қалпына келтіру) – Екілік басқару алу немесе бөлумен.

Мысалы, белгілі матиматикалық аксиомалар қолдану:    

1)  Алгоритмның бақылануы – негізгі бағдарлама мен алгоритм қолданылады, төменгі дәлдікпен есептеп , бірақ шығыс мәні дұрыс болады.

2)  Уақыт бойынша бағдарламаны бақылау (күзетші  таймер, таймер  энергия көзін қосу, үзіліс таймері және т.б.)

3)  Тесттік есептер арқылы бақылау. Қосылу кезінде тесттік есептерді қосу керек.