Последовательность разработки системы сбора и обработки информации

Домашнее задание выполняется в соответствии с индивидуальным вариантом. В силу их разнообразия общей методики проектирования системы или детального изложения разработки одного конкретного варианта предложить невозможно. Ниже приводится описание только некоторых общих моментов и изложение на примере достаточно абстрактной системы отдельных решений, общих для большинства возможных вариантов.


	Первым этапом выполнения домашнего задания - проектирования системы сбора и обработки информации является изучение и анализ технического задания. Хотя задание и невелико по объему и не требует реализации очень сложных алгоритмов работы системы, именно на этом этапе следует определить: все ли ясно в задании, нет ли в нем ошибок в или некорректностей. При необходимости можно скорректировать задание и согласовать с руководителем эти изменения. Пpи реализации ваpианта задания тpебуется: - определить структуру системы и возможный состав используемых аппаpатных сpедств для pешения задачи; - определить, какие функции системы по сбору и обработки данных выполняются в ПК, в том числе и с помощью стандартных внешних устройств ПК, а какие на плате расширения. Решение о составе аппаратных средств принимается с учетом типа измеpяемых и упpавляющих сигналов и pасстояний до источников и пpиемников этих сигналов; - опpеделить состав пpогpаммного обеспечения, необходимого для pешения задачи; - разpаботать алгоpитмы реализации функций для составных частей программного обеспечения системы; - составить пpогpаммы на языке Ассемблеpа ПК; - разpаботать логические схемы платы pасшиpения и внешних устройств; - отладить части пpогpаммного обеспечения. При реализации варианта задания необходимо также обеспечить выполнение основных требований и ограничений: - в максимальной степени все функции системы должны реализовываться программным образом; - все операции по реализации функций системы выполняются по прерываниям; - плата расширения может использовать только одну линию запроса прерывания на системной шине; - передача цифровых массивов на расстояние, большее 2 м, возможна только в соответствии со стандартом RS-232; - из стандартных интерфейсов ПК можно использовать или один COM- или один LPT-порт; - на плате расширения в максимальной степени должны использоваться интерфейсные БИС.		Последовательность разработки системы Структурная схема платы Состав программного обеспечения Варианты реализации платы


	ПРИМЕР ЗАДАНИЯ НА РАЗРАБОТКУ СИСТЕМЫ

	Система контроля технологических параметров Персональный компьютер (ПК), используемый в систем контроля, сохраняет способность к выполнению любых пользовательских программ. После поступления разрешающего сигнала S1 с пульта управления (ПУ), ПК считывает 5 байт информации с источника данных ВУА (каждый байт сопровождается синхроимпульсом), вычисляет среднее значение и выдает его в приемник данных ВУВ. Если среднее значение оказывается меньшим 60, оно выдается в двоично-десятичном коде в ПУ на семисегментный индикатор. Реакция на синхроимпульсы возможна только после окончания приема данных в ВУВ. После поступления разрешающего сигнала S2 с ПУ ПК с периодом Т 5 раз опрашивает аналоговый сигнал с источника ВУС (максимальная величина аналогового сигнала - 10,24 В). Среднее значение сигнала (с точностью до 0,5 В) также передается в приемник ВУВ и выводится на семисегментный индикатор ПУ. Расстояние от ПК до ВУА и ПУ - 2 м, до ВУС - 5 м, до ВУВ - 20 м (как вариант - 100 м).


	РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ СИСТЕМЫ

	Определим состав системы и связи между ее частями. Априори известно, что в состав системы входит ПК и плата расширения на шине ISA. Что можно сказать о внешних устройствах - об их составе, направлении передачи и характере передаваемой информации? Пульт управления (ПУ) Находится на малом расстоянии от ПК. Выходные сигналы с ПУ - разрешающие сигналы (одиночные импульсы) S1 и S2. Импульсные сигналы могут быть приняты только на плату расширения. Они инициируют определенное поведение системы и следовательно должны вызывать запрос прерывания. Входными сигналами для ПУ являются сигналы вывода данных на 7-сегментный индикатор. Для вывода двух десятичных цифр в 7-сегментном потребуется передать параллельно 14 разрядов. Хотя малое расстояние это позволяет, но разумнее вывести 2 двоично-десятичные цифры - или 2 полубайта с платы, или 2 полубайта в одном байте через параллельный порт. Окончательного решения по выводу данных на ПУ принять еще рано - возможно придется использовать для связи с другими устройствами последовательный порт ПК. Тем не менее на этом этапе уже можно делать наброски структурной схемы системы, указывая соединительные кабели и разъемы. Для отдельных внешних устройств может понадобиться собственный источник питания. Источник данных (ВУА) Также находится на малом расстоянии от ПК. С источника данных принимаются 5 байтов. Каждый байт сопровождается синхроимпульсом. Никак не задано, как точно устроен ВУА, но общепринято, что в момент синхроимпульса на выходе находится верное установившееся значение. ПК принимает эти данные. Требования к скорости обмена не заданы, поэтому приходится принимать решение, что синхроимпульс должен вызывать прерывание, по которому байт будет считан. Характер передачи данных также не оговорен, а расстояние до ПК допускает и параллельную и последовательную передачу. Для обмена через параллельный порт необходимо выбирать между портами PS/2, Nibble, ECP, EPP. При обмене через последовательный порт синхроимпульс не потребуется: приход байта может вызывать прерывание от порта. Для определенности и простоты выберем вариант приема байтов через плату расширения. Но в любом случае придется определить и согласовать протокол обмена с источником данных. При поступлении синхроимпульса время отклика процессора на запрос прерывания неизвестно. Для бессбойного обмена источник данных должен выставить следующий байт (и синхроимпульс) только после обработки предыдущего. Естественным решением будет использовать при обмене принцип "рукопожатия" - посылать в ВУА сигнал готовности к приему следующего байта (сигнал READY). Приемник данных (ВУВ) Передача данных возможна только в последовательном виде - расстояние между ПК и приемником более 2 м. Два возможных значения в варианте указаны для примера. При расстоянии 100 м решение однозначно - передача через БИС универсального асинхронного последовательного приемопередатчика (UART) на плате расширения с добавлением интерфейса "токовая петля". При 20 м для передачи можно использовать как СОМ-порт ПК, так и БИС UART на плате расширения с добавлением схем формирования уровней сигналов в соответствии с требованиями интерфейса RS-232. Остановимся на этой величине расстояния. При выборе решения нужно принять во внимание еще и такие сочетания - параллельный порт для связи с пультом и БИС UART на плате для связи с приемником, или обмен с пультом через плату и последовательный порт ПК. Выберем (только для примера) вариант с БИС UART на плате. Обмен с приемником данных должен выполняться в соответствии с интерфейсом RS-232. При наличии в разъеме всех линий интерфейса RS-232 обмен можно выполнить с использованием сигналов готовности передатчика и приемника последовательных данных. Минимальный набор сигналов - Rxd, TxD и GND потребует введения протокол обмена - передачу от приемника байта подтверждения - готовности к приему очередного байта. Источник аналогового сигнала (ВУС) Единственным безальтернативным вариантом является передача аналогового сигнала от ВУС на плату расширения и преобразование его там в цифровой вид на аналого-цифровом преобразователе (АЦП). После выбора варианта связи ПК с внешними устройствами можно уже определить все сигналы в разъемах кабелей, по которым происходит обмен. Использование стандартных интерфейсов требует применения стандартных разъемов, соответствующих этим интерфейсам. Количество контактов в иных разъемов - на усмотрение разработчика. Естественно, что в каждом разъеме обязательно наличие сигнала GND.		Пример обозначения разъема кабеля


	Плата расширения Плата должна только обеспечивать все виды обмена между внешними устройствами и системной шиной и должна содержать соответствующие элементы интерфейса. Вся обработка реализуется в ПК программно. На плате естественно должны быть элементы, позволяющие выполнять ее настройку на базовый адрес в адресном пространстве ввода-вывода; элементы для выбора свободной линии запроса прерывания и схема для обнаружения наличия платы в слоте шины. Персональный компьютер Из стандартных средств ПК для реализации функций системы необходимо использовать свободный параллельный порт, контроллер прерываний, а также системный таймер, прерывание от которого позволит опрашивать источник ВУС с периодом T. Структурную схему системы сбора и обработки информации можно теперь представить в следующем виде:

Для добавления блока в схему нажмите кнопку "+", для удаления блока - кнопку "-".


			Структурная схема платы

\| На главную страницу \| На начало страницы \|	© КСиТ МИФИ, 2001 г.