Министерство  образования РБ 

Белорусский государственный университет информатики  и радиоэлектроники

Кафедра МиС

                                                                                              К защите допускаю

 

      “    “ _________ 2009 г. 

      Руководитель работы 
 
 
 

Пояснительная записка

 к  курсовому проекту на тему:

 “  Генератор кодового слова «Дима» ” 
 
 
 
 
 
 
 

Содержание

 

     Курсовое  задание ..…………………………………………………2

     Анализ  существующих методов решения задачи………………...4

     Введение  ……………………………………………………….……5

     Описание  структурной схемы устройства, блок – схема………..10

     Описание  принципиальной схемы устройства…………………...11

     Алгоритм  функционирования устройства………………………...11

     Задание………………………………………………………….…...12 

     Оценка  полученных характеристик……………………………….14

     Литература…………………………………………………….…….15 

     Приложения………………………………………………………….16 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Анализ  существующих методов  решения задачи

     К преобразователям кодов относят широкий класс комбинационных

     устройств для преобразования n-разрядного кода в m-разрядный. При этом соотношения между n и m могут быть различными. С этой точки зрения дешифраторы (n<m) и шифраторы (n>m) тоже являются преобразователями кодов. 

     Преобразователи кодов делятся на два типа:

     1) с невесовым преобразованием, например преобразователи двоичного кода в двоично-десятичный, двоично-десятичного в семисегментный код для работы с семисегментными индикаторами; 

     2) с весовым преобразованием –  нелинейные преобразователи кодов,

     у которых выходной код связан с  входным функциональной (математической) зависимостью, например логарифмической, тригонометрической и т.д. 

     Существует  три основных подхода к построению преобразователей кодов: 

     1) непосредственная реализация системы  булевых функций группы  аргументов; этот подход отличается сложностью и часто приводит к неэкономичным решениям;

     2) реализация по схеме «дешифратор  – шифратор»;

     3) реализация на базе программируемых  логических матриц (ПЛМ ) и постоянных запоминающих устройств (ПЗУ). 

     Рассмотрим  назначение и существующие типы ПЗУ.

     ПЗУ используются для хранения и считывания не изменяющейся в процессе работы ЭВМ информации (константы, таблицы, стандартные подпрограммы, микропрограммы). Запись информации в ПЗУ производится в момент создания ПЗУ. В процессе работы ЭВМ из ПЗУ можно только читать, причём со скоростью, сравнимой со скоростью работы процессора.

     Широкое распространение в ЭВМ получили ПЗУ трансформатного типа, основанные на использовании ферритовых сердечников с прямоугольной петлёй гистерезиса, работающих как линейные трансформаторы. ПЗУ состоит из числовых линеек. В каждую линейку можно записать сразу несколько констант в двоичном коде по принципу «прошит» – «не прошит». Такое ПЗУ называется ПЗУ типа «сердечник-разряд»: в одном сердечнике хранится один разряд всех слов. Конструктивно выполняют ПЗУ и в варианте «сердечник-слово» (в одном сердечнике записываются цифры всех разрядов одного слова), т.е. сердечник прошивается одной обмоткой считывания и имеет столько выходных обмоток, сколько слов хранится в линейке ПЗУ.  Используются и полупроводниковые ПЗУ, которые можно рассматривать как совокупность регистров с «замороженным» содержанием. 
 
 
 
 

Введение 

      Обычно  под системой передачи информации понимают систему в виде, предложенном Шенноном, изображенную на рисунке:  

 

Какая бы модель сигнала ни была выбрана, сущность процесса передачи информации от этого не меняется: источник порождает информацию и  представляет ее в виде сообщения, состоящего из последовательности сигналов. Эти  сигналы преобразуется в передатчике  в искусственные сигналы, которые  передаются по каналу связи и преобразуются  приемником сигналов в переданные сообщения, которые должен получить адресат. Подлежащие передаче по каналу связи сигналы  могут иметь различную форму, в зависимости от выбранного метода модуляции сигнала. 

Модуляцией сигнала  называют изменение параметра среды  распространения сигналов по каналу связи (амплитуды, длительности импульса, частоты или фазы колебаний материального  носителя сигнала).

Например, при  передаче речевого сообщения по телефону микрофон преобразует звуковое давление в изменения электрического тока. Переданные по линии связи электрические  сигналы преобразуются в колебания  мембраны в телефонной трубке и акустические колебания воздуха в человеческом ухе воспринимаются барабанной перепонкой и посредством косточек среднего уха передаются внутреннему уху, где в лабиринте возникает  электрическое напряжение, возбуждающее звуковой нерв.

При передаче телевизионного изображения оно сканируется  узким лучом света, отраженный свет попадает на фотоэлемент, который преобразует  колебания светового потока в  соответствующие колебания электрического тока. Преданные по телевизионному каналу радиоволны после преобразования в приемнике воспроизводят изображение  на экране телевизора. Кванты света  воздействует на хромофор - окрашенную молекулу в зрительном поле сетчатки глаза человека. Энергия, переносимая фотоном, изменяет форму молекулы, сигнал об этом изменении передается молекулой белка через мембрану внутрь клетки. Так генерируется нервный импульс, передающийся в мозг. Из миллионов отдельных «вспышек» нервных импульсов у человека складывается зрительный образ. 

При всех передачах  сообщений в канале связи действуют  помехи, которые накладываются на посланные сигналы и искажают их амплитудные значения. 

Основными характеристиками канала связи являются производительность источника сообщений, избыточность алфавита сообщений, пропускная способность  канала связи, надежность (помехоустойчивость) передачи информации.  

Производительность  источника информации

Пусть источник информации генерирует в единицу  времени  знаков с энтропией H(A) из алфавита А объемом m. Средняя скорость поступления информации, называемая производительностью источника сообщений, равна:  

Источники m независимых  равновероятных знаков алфавита обладают наибольшей энтропией Hmax(A) = log2m. Их производительность равна Lmax = log2m. 

Избыточность  сообщений

При изучении закономерностей  передачи информации установлено, что несмотря на случайный характер событий появления определенного знака алфавита в конкретном месте сообщения существует устойчивая закономерность частоты появления и частоты сочетания знаков в сообщении. 

Пропускная  способность канала связи

Для изучения условий  распространения сигналов в канале используется математический аппарат  спектрального представления сигналов посредством рядов и интегралов Фурье. Его применение позволяет  представить сигнал в виде сосредоточенных  в некоторой полосе частот суммы  гармонических колебаний. В связи  с этим, помимо величины затухания  мощности формируемых передатчиком сигналов в зависимости от направления  и дальности их распространения, определяющей характеристикой канала связи является допустимая ширина полосы частот передаваемых по нему колебаний.

Пусть F - ширина полосы частот колебаний спектра сигнала и каждые τ = 1/(2F) секунд передается H бит информации. Поток информации - количество информации, передаваемое в единицу времени, определен выражением:

C = H/τ = 2*F*H  [бит/с].

Другим фактором, ограничивающим скорость передачи информации в канале связи, является отношение  мощности сигнала Ns к мощности помех Nr на входе приемника. Для помех в виде «нормального гауссова шума» (распределение суммы равномерных спектральных составляющих которого подчиняется нормальному закону Гаусса) доказано следующее неравенство: 
 

Задача  кодирования 

Ранее указывалось, что источник сообщения включает кодирующую систему, формирующую сигналы  по известным получателю правилам. Ввиду независимости содержания сообщения от выбранной формы  его представления, возможно преобразование одного кода в другой, предоставив  правило обратного преобразования получателю сообщения. Целесообразность такого дополнительного кодирования  сообщения на передающей стороне  и соответствующего декодирования  на приемной стороне возникает из-за избыточности алфавита сообщения и  искажения сигналов действующими в  канале связи помехами. Кодирование  предшествует хранению и передаче информации.

Реализация основных характеристик канала связи помимо разработки технических устройств, требует решения информационных задач – выбор оптимального метода кодирования. 

Основными задачами кодирования  являются:

1. Обеспечение  экономичности передачи информации  посредством устранения избыточности.

2. Обеспечение  надежности (помехоустойчивости) передачи  информации

3. Согласование  скорости передачи информации  с пропускной способностью канала 

Соответствие  между элементами дискретных сообщений  и видом кодирования  обеспечивается выбором:

1. длительности  сигналов 

2. длины кодового  слова 

3. алфавита знаков  и способа кодирования (побуквенного, блочного) 

Сформулируем  задачу кодирования.

Полагаем, что  сообщение источника информации формируется из знаков аi, i=1,2,.. Na внешнего (входного, первичного) алфавита А объемом Na. Сообщения представляют собой слова, образованные последовательностью nr знаков: Ar =a1a2…anr. В кодирующем устройстве слово Ar преобразуется в кодовое слово Br=b1b2…bmr, составленное из mr знаков bj, j=1,2,..Nb внутреннего (выходного, вторичного) алфавита В. Число знаков кодового алфавита называют основанием кода. Число знаков в кодовом слове называют длиной кодового слова. Отображение G множества слов в алфавите А на множество слов в алфавите В называют кодирующим отображением или кодом. Применение кодирующего отображения G к любому слову из входного алфавита называется кодированием.

То есть код - это правило отображения знаков одного алфавита в знаки другого  алфавита, кодирование – это преобразование одной формы сообщения в другую посредством указанного кода.

Различают побуквенное  и блочное кодирование.

При побуквенном  кодировании каждому знаку внешнего алфавита ставиться в соответствие кодовое слово из знаков внутреннего  алфавита.

При блочном  кодировании слову из знаков внешнего алфавита ставиться в соответствие кодовое слово из знаков внутреннего  алфавита. 

Чтобы код был обратимым, необходимо:

1) чтобы разным  символам входного алфавита А были сопоставлены разные кодовые комбинации;

2) чтобы никакая  кодовая комбинация не составляла  начальной части какой-нибудь  другой кодовой комбинации. 

Наиболее простым  правилом кодирования является сопоставление  каждому символу входного алфавита А слова конечной длины в выходном алфавите В. Код может быть задан в форме таблицы, графа, аналитического выражения, то есть в тех же формах, что и отображение. 

Пример:

Цифры (0..9) являются знаками входного алфавита и могут  кодироваться словами из знаков выходного  двоичного алфавита. Бывает удобным  при их обработке кодировать цифры  так, чтобы двоичные слова минимально отличались друг от друга, например, лишь в одном бите. Коды, удовлетворяющие  этому условию, называют кодами Грея или одношаговыми кодами

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

(0000, 0001, 0011, 0010, 0110, 0111, 0101, 0100, 1100, 1101).

Под эффективным  кодом понимается такой код, коэффициент  избыточности которого равен нулю.

Таким образом, с точки зрения экономичности, критерием оптимальности кодирования является минимум длины кода, сокращение его до Кmin . 
 

Последнее время  все меньше внимания уделяется УКВ-связи, все больше вытесняемой всемирной  сетью Internet, сотовой связью и т.д. Эти и другие более дорогие средства телекоммуникаций с каждым годом увереннее входят в нашу жизнь. Однако УКВ связь представляется наиболее демократичным способом общения людей во всем мире объединенных общими интересами в области электроники. Неудобством этого способа передачи данных является сравнительно сложный процесс ввода информации связанный с необходимостью владеть навыками представления данных в коде Морзе. 

Одним из первых кодов учитывающих вероятность  знаков в сообщении является код Морзе. Азбуку Морзе изобрел американец Самюэл Финли Бриз Морзе в 1838 году, задолго до исследований относительной частоты появления различных букв в текстах. В этом коде каждой букве и цифре сопоставлена оригинальная последовательность кратковременных импульсов – точек и тире, разделенных паузами. Буквам, используемым чаще, присвоены короткие кодовые комбинации, редко используемым буквам – длинные. Морзе оценил относительную частоту букв английского языка подсчетом литер в ячейках типографской наборной машины. Наиболее часто используемой букве «Е» он присвоил наиболее короткий код «точка». Следующей по количеству литер букве он присвоил код несколько большей длительности и так далее.

При составлении  кода Морзе для букв русского алфавита учет относительной частоты букв не производился, и это повысило его избыточность. Расчеты избыточности кода Морзе на основании проведенных  исследований частоты появления  букв показали, что для букв английского  алфавита она составляет 19%, для букв русского алфавита 22%.  

Морзянка является первым цифровым способом передачи информации. Телеграф и радиотелеграф первоначально  использовали азбуку Морзе; позже стали  применяться код Бодо и ASCII(American Standard Code for Information Interchange), которые более удобны для автоматизации.  
 

Код азбуки: 
 

 
 
 
 

Решением проблемы знания азбуки Морзе может служить автоматизация процесса ввода информации на основе интегральных схем, то есть создание удобного интерфейса пользователя.

      В рамках данной работы планируется разработать  генератор телеграфного текста который будет формировать в телеграфном коде и небольшой по объему неизменяемый в процессе эксплуатации текст. Это устройство может быть применено в УКВ маяке, передающем позывной и местонахождение станции. Также схема может быть использована как составная часть в электронных телеграфных ключах. 

Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд частных  задач: 

1. Разработка  структурной схемы устройства

 

2. Разработка  принципов работы и взаимодействия структурных блоков схемы.

 

3. Выбор элементной базы.

 

4. Непосредственная  разработка принципиальной схемы устройства.

 

5. Описание  устройства электропитания схемы.

 

6. Разработка  монтажной схемы устройства.

 
 
 

Описательная  часть  
 

1. Структурная схема 
 
 

 
 

Схему, условно  можно разделить на несколько  логических блоков:

1. - тактовый генератор (ТГ) /DD3/   (К155ЛА3)
2. - счетчик-переключатель (С/П) /DD3, DD4/    (К155ИЕ6)
3. - блок генерации кода (БГК) /DS1, DD5/      (ПЗУ К155РЕ3)
4. - Генератор колебаний (ГГ) /DD1/     (К155ЛА3)
5. - выходной блок (ВБ) /DD1/

 
 
 
 
 
 

2. Принцип  работы. 

1. Тактовый  генератор схемы задает рабочую  частоту схемы. Фактически от него зависит  скорость передачи последовательного  кода.

 

2. Счетчик-переключатель  выполняет роль генератора адреса. Этот блок последовательно подает на адресные входы блока генерации кода все адреса из адресного пространства его ПЗУ (от 0000 до 1111), а также последовательно переключает активный вход мультиплексора БКГ подавая на его адресные входы двоичный трехразрядный код (от 000 до111) номера активного входа.

 

3. Блок генерации  кода считывает код ячейки памяти поданный на его адресные входы и подает на вход  ВБ один инвертированный бит из содержимого этой ячейки соответствующий активному входу мультиплексора.

 

4. Гармонический генератор подает тональный сигнал с частотой 3,3 кГц на вход ВБ.

 

5. Выходной  блок представляет собой логическую схему «И-НЕ» которая пропускает гармонический сигнал ГГ при подаче на вход ВБ логического «0».

 
 

Заданная последовательность кода Морзе  хранится в нескольких, следующих друг за другом адресах  ПЗУ. Значению каждой ячейки ПЗУ соответствует  точка(1), или пауза между элементами знака(0). Но поскольку ПЗУ имеет 8 разрядов, то в нем можно хранить  сразу 8 сообщений в коде Морзе, считываемых  по одним и тем же адресам.  

Алгоритм  функционирования устройства

Тактовый генератор  на микросхеме DD1 задает последовательность тактовых импульсов, период которых  равен длительности точки и может  устанавливаться резистором R2. 

Последовательность  импульсов поступает на три последовательно  включенные двоичные счетчика DD2-DD4, выходные сигналы которых определяют адрес ячейки ПЗУ.  С одного из выходных разрядов  ПЗУ через переключатель S1 данные поступают на элемент DD4.4, и разрешают прохождение тональных сигналов с второго генератора на выход устройства. Через резистор R5 выходные данные подаются на ключ, управляющий манипуляцией передатчика.  

С выхода последнего счетчика DD4 через диод V1 подается 1 через каждые  2048 импульсов тактового генератора на 2048 импульсов. Это может понадобится для формирования длительного «нажатия» на выходе передатчика при использовании схемы в радиомаяке. Если в этом нет необходимости,  выход счетчика оставляют свободным или соединяют с адресным входом А11 микросхемы ПЗУ (при использовании 4-х килобайтной ПЗУ).  Резистором  R2 можно регулировать скорость манипуляции,  резистором R4- частоту тональника. Переключателем S1 устанавливают один из 8 заранее запрограммированных текстов. 

Детали:

Резисторы R1, R3 -220    Om                      

R2, R4 – 470  Om                    

R5,R6  - 2,2    kOm

Конденсаторы  С1 – 2:2 -10 мкф                         

С2 -0.01 мкф

Диоды   КД 503 -  КД522

Микросхемы  DD1,DD6           К155ЛА3                         

DD2-DD4          К155ИЕ6                         

DD5                   К155РЕ3  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Задание 

Кодовое слово «Дима»: 

Д –  • • 

И   • • 

М – – 

А • – 
 

Если учесть, что длительность тире равняется  утроенной длительности точки, то имеем:

 

      0 1 1 1 0     1     0     1      0     1     0      1     0        1 1 1            0      1 1 1             0      1     0         1 1 1         0

После инверсии имеем: 

      1        0 0 0            1     0      1      0     1      0    1      0     1       0 0 0            1       0 0 0             1      0     1         0 0 0          1