Сафоненко Практикум по интерфейсам последователной передачи 2012

После суммирования по модулю два с кодом 21 коды 10, 11 и 13 преобразуются в коды: 31, 30 и 32. Эти коды предваряются кодом

10. Результат байтстаффинга: FA, EE, 12, 10, 31, 10, 31, 10, 31, 99, 10, 32, 10, 32, 05, 10, 30,10, 31, 88, 10, 30, 10, 30, CC, DD, DD, 10, 30.

Этот результат не содержит управляющих кодов XOFF = 13 и XON = 11. Введём управляющие коды в начало и конец последова-

тельности: 13, FA, EE, 12, 10, 31, 10, 31, 10, 31, 99, 10, 32, 10, 32, 05, 10, 30,10, 31, 88, 10, 30, 10, 30, CC, DD, DD, 10, 30, 11.

Вопросы для подготовки к работе

1.Расскажите о различии между полудуплексным и дуплексным режимом передачи. Что подразумевает симплексный режим?

2.Сколько проводников используется при последовательной дуплексной передаче сигнала?

3.Сколько проводников используется при последовательной полудуплексной передаче сигнала?

4.Сколько проводников для передачи информационного сигнала используется в стандарте RS-232?

5.Расскажите о составе пакета данных при передаче информации по протоколу RS-232.

6.Каково назначение контактов арбитража связи (DTR, DSR, RTS, CTS)?

7.Для каких целей создавались данные контакты по протоколу

RS-232?

8.Оправдано ли в современных системах применение контактов арбитража связи при использовании протокола RS-232?

9.Чем оправдано использование управления передачей данных?

Работа 2

Стандартные операторы MATLAB для управления портом

Цель работы – освоение методики работы с последовательным интерфейсом средствами MATLAB.

141

Задание и порядок выполнения работы

Разработать и представить алгоритм протокола связи двух устройств, подключенных к каналу последовательного типа связи средствами MATLAB.

1.Разработать, написать и отладить программу связи компьютеров по шине RS-232.

2.Провести анализ передачи данных в системе.

3.Подготовить и провести демонстрацию работы программы.

4.Подготовить отчет о выполненной работе, в состав которого включить:

а) структурную схему системы; б) текст программы с комментариями; в) результаты работы программы;

г) основные выводы по проделанной работе.

Вопросы для подготовки к работе

1.С помощью какой команды системы MATLAB создается объект последовательного порта?

2.Какие свойства и методы поддерживает объект последовательного порта?

3.Какие команды MATLAB позволяют посмотреть и изменить свойства объекта последовательного порта?

4.Какие действия необходимо предпринять для организации работы с объектом последовательного порта?

5.Посредством каких команд MATLAB осуществляется передача информации через последовательный порт?

6.Какие действия необходимо предпринять для завершения работы с объектом последовательного порта и почему?

Работа 3 Алгоритмы и арбитраж протокола связи

Цель работы – организация кадров и сеансов связи, исследование и сравнение свойств порта последовательной связи в симплексном, полудуплексном и дуплексном режимах, подготовка и

142

отладка программ моделирования последовательного интерфейса и протоколов обмена в среде MATLAB.

Задание и порядок выполнения работы

Разработайте и представьте алгоритм протокола связи двух устройств, подключенных к каналу последовательного типа связи. Варианты и характеристики систем перечислены в табл. 3.1. Варианты заданий перечислены в табл. 3.2–3.4. При подготовке алгоритма следует учесть, что виды обменов (симплексный, полудуплексный, дуплексный), а также контрольные параметры протокола связи (контроль числа полученных символов) должны соответствовать варианту задания.

Порядок выполнения работы

1.В среде MATLAB разработать, написать и отладить программу связи компьютеров по протоколу RS-232. Обеспечить прием и передачу данных по событию возникновения внешнего сигнала (асинхронный режим) или по готовности данных на входе приемника (синхронный режим).

2.Провести сеанс связи.

3.Сравнить результаты передачи данных в системе и результаты теоретического расчета.

4.Предусмотреть интерфейс, который позволит изменять параметры системы без изменения текста основной программы.

5.Подготовить и провести демонстрацию работы программы. Обмен данными осуществляется по сигналам прерывания при-

хода данных. Тактирование временных отсчетов производится или по прерываниям системного таймера, или введением дозированного программного цикла.

6. Подготовить отчет о выполненной работе, в состав которого включить:

а) структурную схему системы; б) математическую модель протокола обмена в системе;

в) текст программы с комментариями; г) результаты моделирования;

д) основные выводы по проделанной работе.

143

Таблица 3.1

Варианты и характеристики систем

144

145

Работа 4 Асинхронные и синхронные

алгоритмы ввода-вывода

Цель работы – получение навыков событийного программирования ввода-вывода под управлением асинхронных событий.

Работа предполагает освоение программных средств системы MATLAB, включая средства командной строки и пользовательские макросы. В качестве примеров событий предлагается рассмотреть события таймеров и событие BytesAvailable, которое возникает в порту после прихода очередного байта данных. В работе применяются два вида таймеров: встроенный таймер системы MATLAB и встроенный таймер последовательного порта. Виртуальные последовательные порты формируются и инициализируются с помощью пакета Eltima Virtual Serial Ports Driver XP непосредственно при проведении лабораторной работы на этапе выполнения подготовительной части.

По заданному варианту работы следует подготовить текст М-файла и провести демонстрацию сеанса симплексной передачи различного типа данных.

146

Задание и порядок выполнения работы

Организовать передачу целых и действительных чисел, символьных строка по последовательному каналу. Перечень наборов функций и механизмов обмена приведены в табл. 4.1.

Провести сравнение пропускной способности порта в созданной конфигурации с фактическим результатами, полученными в ходе опытов по передаче данных. Определить источники и величину погрешности.

Таблица 4.1

Перечень вариантов функций и механизмов обмена

147

Вопросы для подготовки к работе

1. Какие возможности предлагает пакет Eltima Virtual Serial Ports Driver XP для создания системы виртуальных портов:

a)число возможных пар портов;

b)разрешенные скорости передачи;

c)допустимые форматы кодирования данных;

d)протоколы связи: симплексный, дуплексный, полудуплекс-

ный;

e)виды асинхронных событий в портах;

f)какие из перечисленных возможностей регламентированы микросхемой UART, а какие возможности дополнительно предла-

гает сервис Eltima VSPD?

148

Работа 5 Моделирование генераторов случайных чисел в системе MATLAB

Цель работы – применение алгоритмов моделирования генераторов случайных чисел.

Задание и порядок выполнения работы

Провести исследование качества генераторов случайных чисел по критерию отклонения математического ожидания, дисперсии и среднего квадратического отклонения.

Пояснение. Известно, что при равномерном законе распределения случайной непрерывной величины в интервале (0, 1) соответствующее математическое ожидание M, дисперсия D и среднеквадратичное отклонение S имеют следующие теоретические значения:

M = 0.5, D = 1/12, S = 1/√12.

Используя критерий сравнения теоретических параметров равномерного распределения с реальными значениями, полученными для конечной выборки, провести анализ качества ГСЧ системы

MATLAB.

Приведите пример решения задачи в системе MATLAB. Практически для всех версий используется функция rand, реа-

лизующая равномерно распределенные числа в интервале (0, 1). Среднее значение массива чисел определяется функцией mean,

дисперсия – функцией var, среднее квадратическое отклонение – функцией std.

Программный код М-файла: clear, clc

%%Генерирование выборки 500 случайных чисел

x= rand(500, 1);

%%Вычислениесреднего значения выборки

M = mean(x);

fprintf('Математическое ожидание: %f\n', M);

%%Вычислениедисперсии данной выборки

D = var(x); fprintf('Дисперсия: %f\n', D);

%%Вычислениесреднего квадратического отклонения

149

S = std(x);

fprintf('среднеe квадратическоe отклонение: %f\n', S);

%%Расчет относительных погрешностей впроцентах

%%по математическомуожиданию

m = 0.5;

Dm = abs((M – m)/m)*100;

fprintf('Относительная погрешность по математическому ожида-

нию: %5.2f%%\n', Dm); %% по дисперсии d = 1/12;

Dd = abs((D – d)/d)*100;

fprintf('Относительная погрешность по дисперсии: %5.2f%%\n', Dd);

%% по среднему квадратическому отклонению s = sqrt(d);

Ds = abs((S – s)/s)*100;

fprintf('Относительная погрешность по среднему квадратиче-

скому отклонению: %5.2f%%\n', Ds);

%%Генерирование дополнительной выборки y = rand(500, 1);

%%Диаграмма оценки равномерности случайных чисел plot(x,y,'o', 'markersize', 4);

title('Проверка на равномерность случайных чисел'); str = 'Случайные числа';

xlabel(str)

ylabel(str)

В результате моделирования получен массив чисел. Оценим средние характеристики совокупности:

•математическое ожидание − 0.500111;

•дисперсия − 0.084744;

•среднее квадратическоe отклонение − 0.291108;

•относительная погрешность по математическому ожиданию −

0.02 %;

150