метода хорошавина

Рисунок 5.3 - Схема дешифратора натурального двоичного кода

82

Проектирование дешифраторов с помехозащитными свойствами.

Рассмотренный выше дешифратор использует входной код на все сочетания и поэтому является непомехозащищенным, т.е. искажение любого разряда кода в процессе передачи приводит к возникновению другой разрешенной кодовой комбинации. Известно, что помехозащитные свойства кодов ( свойства обнаружения и исправления ошибок) напрямую связаны с кодовым расстоянием d между используемыми кодовыми комбинациями. Под кодовым расстоянием между кодовыми комбинациями принято понимать число разрядов кода, в которых комбинации отличаются друг от друга. Зависимость помехозащитных свойств от кодового расстояния следующая:

где г - число обнаруживаемых ошибок; s - число исправляемых ошибок.

В дешифраторах только с обнаружением ошибок без их исправления s = 0, а максимальное число обнаруживаемых ошибок r = d - 1. Максимальное число исправляемых ошибок будет при s = r и составляет s = (d - 1)/2, т. е. исправлены могут быть только обнаруженные ошибки.

Рассмотрим помехозащитные свойства кодов и синтез соответствующих дешифраторов на примере трехразрядного кода.

Как было сказано ранее, если используются все возможные комбинации трехразрядного кода (т.е. d = 1), то ошибка передачи не может быть обнаружена.

При d = 2 разрешенными могут быть только четыре трехразрядные комбинации, а остальные четыре будут запрещенными, т.е. при получении одной из запрещенных комбинаций можно констатировать факт возникновения одиночной ошибки, однако нельзя однозначно сказать, какая комбинация из числа разрешенных была передана. Пусть разрешенными комбинациями являются 001, 010, 100, 111. Нетрудно заметить, что все они различаются друг от друга в двух разрядах, т.е. d = 2. Тогда комбинации 000, 011, 101, 110 будут запрещенными. Все запрещенные комбинации представляют собой одиночную ошибку одной из разрешенных. Так, получив комбинацию 011, мы можем констатировать факт возникновения одиночной ошибки, однако не можем сказать, какая конкретно из комбинаций 001, 010 или 111 была искажена.

Построим пирамидальный дешифратор, обладающий свойством обнаружения одиночных ошибок. Для составления структурных формул полезно предварительно заполнить таблицу разрешенных и запрещенных кодовых комбинаций (таблица 5.2).

Будем считать, что при получении разрешенных комбинаций будут собираться цепи светодиодов VD1, VD2, VD3 и VD4 соответственно, а при получении любой из запрещенных комбинаций будет загораться светодиод VD5, индицирующий факт возникновения одиночной ошибки.

83

Таблица 5.2 – Разрешенные и запрещенные комбинации для трехразрядного кода с обнаружением одиночной ошибки

Структурная формула такого дешифратора будет иметь следующий вид:

FX 3* X 2* X1*VD1 X 3* X 2* X1*VD2 X 3* X 2* X1*VD3

X 3* X 2* X1*VD4 (X 3* X 2* X1 X 3* X 2* X1 X 3* X 2* X1

X 3* X 2* X1) *VD5 X 3*(X 2* X1* X 2* X1*VD2)

X 3*(X 2* X1*VD3 X 2* X1*VD4) X 3*( X 2* X1 X 2* X1) *VD5

X 2* X1*VD5 X 2* X1*VD5) X 3*( X 2* X1*VD3 X 2* X1*VD5

X 2* X1*VD4 X 2* X1*VD5) X 3*(X 2*( X1*VD1 X1*VD5)

X 2*( X1*VD2 X1*VD5)) X 3*( X 2*(X1*VD3 X1*VD5)

X 2*( X1*VD4 X1*VD5)).

Контактная пирамида, соответствующая данной структурной формуле, изображена на рисунке 5.4.

Для получения свойства исправления одиночных ошибок необходимо дальнейшее повышение кодового расстояния между разрешенными кодовыми комбинациями. В трехразрядном коде это будут две комбинации, различающиеся во всех трех разрядах. Пусть, например, разрешенными являются комбинации 011 и 100. При приеме этих комбинаций возможны следующие события, показанные в таблице 5.3.

Таблица 5.3 – Возможные ошибки разрешенных комбинаций 011 и 100

Рисунок 5.4 - Схема дешифратора с обнаружением одиночных ошибок

Нетрудно заметить, что одиночные ошибки одной разрешенной комбинации являются двойными ошибками другой разрешенной комбинации и наоборот. Как правило, вероятность возникновения одиночной ошибки много меньше единицы, а вероятность двойной ошибки, определяемой как квадрат этой вероятности, - много меньше вероятности одиночной ошибки. Это свойство может быть использовано при исправлении одиночных ошибок. Так, при получении комбинации 001 можно сказать, что это одиночная ошибка при передаче комбинации 01l или двойная ошибка при передаче комбинации 100. Так как вероятность одиночной ошибки много больше вероятности двойной, то с определенной вероятностью считают, что исходно передавалась комбинация 011, то есть данная ошибка может быть исправлена.

При составлении структурной формулы дешифратора с исправлением одиночных ошибок считают, что при получении первой разрешенной комбинации и ее одиночных ошибок должен загораться один светодиод, а при получении второй разрешенной комбинации и ее одиночных ошибок - второй светодиод.

85

F( X 3* X 2 * X1 X 3* X 2 * X * X 3* X 2 * X1 X 3* X 2 * X1) *VD1

( X 3* X 2 * X1 X 3* X 2 * X1 X 3* X 2 * X1 X 3* X 2 * X1) *VD2X 3* ((X 2 * X1 X 2 * X1 X 2 * X1) *VD1 X 2 * X1*VD2)

X 3* ((X 2 * X1 X 2 * X1 X 2 * X1) *VD2 X 2 * X1*VD1)

X 3* ((X 2 * ( X1 X1) X 2 * X1) *VD2 X 2 * X1*VD1)

X 3* ((X 2 X 2 * X1) *VD1 X 2 * X1*VD2) X 3* ((X 2 X 2 * X1) *VD2

X 2 * X1*VD1) X 3* ((X 2 X1) *VD1 X 2 * X1*VD2)

X 3* ((X 2 X1) *VD2 X 2 * X1*VD1).

Принципиальная схема дешифратора, соответствующая данной минимизированной структурной формуле, представлена на рисунке 5.5.

Рисунок 5.5 - Схема дешифратора с исправлением одиночных ошибок

Используя таблицу 5.3, нетрудно построить дешифратор с обнаружением одиночных и двойных ошибок. Для этого необходимо, чтобы на разрешенные комбинации (01l, 100) загорались светодиоды VD1 и VD2, а на комбинации, соответствующие всем одиночным и двойным ошибкам (111, 001, 010, 101, 110, 000), - светодиод VD3, индицирующий факт возникновения одиночных и двойных ошибок. Для синтеза дешифратора с указанными свойствами необходимо воспользоваться описанной выше методикой.

Как видно из таблицы 5.3, тройные ошибки одной разрешенной комбинации являются другой разрешенной комбинацией и наоборот. Поэтому трой-

86

ные ошибки в трехразрядных кодовых комбинациях не могут быть обнаружены.

Лабораторная работа № 501

«Дешифраторы»

Цель работы. Изучение и исследование преобразователей углового перемещения с кодовыми масками натурального двоичного кода и кода Грея, а также знакомство с методами синтеза дешифраторов пирамидального типа с заданными помехозащитными свойствами.

Описание лабораторной установки. Лабораторная установка выполне-

на в виде макета, содержащего в своем составе преобразователь углового перемещения в код на основе кодовых масок натурального двоичного кода и кода Грея, дешифраторы пирамидального и матричного типов, а также светодиоды для индикации состояний реле и пирамидального дешифратора и семисегментный индикатор для отображения состояния матричного дешифратора. Питание лабораторного макета осуществляется от блока питания, встроенного в сетевую вилку. На передней панели макета изображена принципиальная схема установки, в характерных точках которой размещены гнезда для специальных проводников, с помощью которых в соответствии с заданием преподавателя собирается схема. На передней панели выполнено окно, в которое виден преобразователь углового перемещения в код с нанесенными на него кодовыми масками натурального двоичного кода и кода Грея. Задание углового перемещения осуществляется вручную.

Примечание: в данной работе используется дешифратор только пирамидального типа.

Порядок выполнения лабораторной работы:

1)ознакомиться с лабораторным макетом на примере пирамидального дешифратора натурального двоичного кода в позиционный;

2)построить пирамидальный дешифратор кода Грея в позиционный;

3)построить пирамидальный дешифратор с обнаружением ошибок в соответствии с заданием преподавателя;

4)построить пирамидальный дешифратор с исправлением одиночных ошибок в соответствии с заданием преподавателя.

Методические указания к выполнению работы

Кпункту 1. Ознакомиться с методикой синтеза пирамидального дешифратора натурального двоичного кода в позиционный и собрать схему дешифратора в соответствии с рисунком 5.3. Собранную схему показать преподавателю.

Кпунктам 2, 3 и 4. В соответствии с заданием преподавателя составить таблицу состояний реле для заданных входных кодовых комбинаций и выход-

87

ных состояний дешифратора. На основании этой таблицы составить полную структурную формулу дешифратора. При необходимости может быть составлена таблица разрешенных и запрещенных кодовых комбинаций ( для пунктов 3 и 4). Минимизировать структурную формулу , используя законы алгебры логики. В соответствии с минимизированной структурной формулой построить принципиальную схему заданного пирамидального дешифратора, собрать ее на лабораторном макете и проверить по таблице. Показать собранную схему преподавателю.

Требования к отчету. Отчет должен содержать:

-цель работы;

-таблицу состояний реле в соответствии со входными кодовыми комбинациями и выходными состояниями дешифратора;

-таблицу разрешенных и запрещенных кодовых комбинаций;

-вывод и минимизацию структурных формул;

-принципиальные схемы дешифраторов;

-выводы по работе.

Контрольные вопросы к разделу 5

Что такое кодовая маска?

Как определяется количество дорожек и секторов кодовой маски? Почему код Грея не является арифметическим?

Что такое пирамидальный дешифратор?

От какой характеристики кода зависит его помехозащищенность?

Для чего необходимо минимизировать структурную формулу дешифратора?

88

Приложение

РУКОВОДСТВО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ комплексом компьютерных лабораторных работ

Для входа в программу необходимо щелкнуть на ярлыке программы

Далее появится заставка Центра дистанционного образования (рисунок П.1).

Рисунок П.1 - Заставка Центра дистанционного образования

Управление клавишами в процессе работы производится мышью. Нажатие клавиши «Далее …» приведет к запуску всего комплекса работ

(рисунок П.2).

Комплекс содержит следующие работы:

1) изучение приборов для измерения температуры. Термометры сопротивления. Электронный автоматический мост;

2)изучение приборов для измерения температуры. Электронный автоматический потенциометр;

3)изучение приборов для измерения давления;

4)измерительные преобразователи Сапфир 22 ДИ;

5)изучение принципа действия и устройства хроматографа;

6)изучение приборов для измерения уровня;

89

7) изучение приборов для измерения концентрации водородных ионов. Нажатие клавиши "Лабораторная работа №__" приведет к запуску ти-

тульной страницы выбранной работы.

Клавиша «Выход» предназначена для выхода из работы.

Рисунок П.2 - Окно списка лабораторных работ

В каждой работе имеется стандартный набор клавиш.

Верхний ряд клавиш предназначен для перехода к одному из указанных разделов: «Введение», «Теория», «Установка», «Порядок», «Контр. вопросы», «Отчет», «Литература», «Авторы».

Клавиши в нижнем ряду означают следующее: «Пуск» – запуск алгоритма лабораторной работы; «Калькулятор» – запуск калькулятора;

«Резерв» – резервные, неиспользуемые в работе клавиши; «Выход» – завершение работы (выход из комплекса).

В окне каждой лабораторной работы отображена экспериментальная установка и расположенная в правой части экрана панель управления, на которой находятся клавиши, предназначенные для управления и регулирования работы основных компонентов, а также цифровые индикаторы, имитирующие приборы.

90

СОДЕРЖАНИЕ

С.

Раздел 1. Измерение давления ……………………………………………. ……… 1 Краткие теоретические сведения ………………………………………… . 1 Лабораторная работа № 101 «Изучение преобразователя давления Метран 100» ………………………………………………………………... 12 Лабораторная работа № 102 «Изучение приборов для измерения давления по компьютерной модели» ……………………………………. 14 Контрольные вопросы …………………………………………………... 17

Раздел 2. Измерение температуры …………………………………………… 18 Краткие теоретические сведения ………………………………………… 18 Лабораторная работа № 201 «Изучение термопары и ее свойств» …… 25 Лабораторная работа № 202 «Изучение термометров сопротивления и электронного автоматического моста по компьютерной модели» ….. 30 Лабораторная работа № 203 «Изучение термопары и

автоматического потенциометра по компьютерной модели» ………… 34 Справочные данные ………………………………………………………. 37 Контрольные вопросы ……………………………………………………. 39 Раздел 3. Измерение уровня …………………………………………………….. 41 Краткие теоретические сведения ………………………………………… 41

Лабораторная работа № 301 «Магнитоакустический уровнемер У1500» ……………………………………………………………………… 46 Лабораторная работа № 302 «Изучение емкостного уровнемера

по компьютерной модели» ……………………………………………….. 49 Контрольные вопросы ……………………………………………………. 51 Раздел 4. Средства обеспечения безопасности производственных процессов 52 Краткие теоретические сведения ………………………………………… 52

Лабораторная работа № 401 «Изучение пожарных извещателей ИП 212, ИП 330 и системы автоматического пожаротушения на их

основе» …………………………………………………………………….. 69 Лабораторная работа № 402 «Изучение устройства и работы газоанализатора Щит-2» …………………………………………………. 73 Контрольные вопросы ……………………………………………………. 75

Раздел 5. Средства преобразования информации …………………………….. 76 Краткие теоретические сведения ………………………………………… 76 Лабораторная работа № 501 «Дешифраторы» …………………………..86 Контрольные вопросы ……………………………………………………. 87

Приложение. Руководство пользователя комплексом компьютерных лабораторных работ ………………………………………………………………88