1
4.3. Проектирование комбинаторных устройств
Назначение комбинаторных устройств (узлов) – формирование одноступенных и многоступенных первичных (неизбыточных) и избыточных (комбинаторных) кодов [9]. Понятие ступеней кодирования вводится для разбиения информационной части кода на фрагменты, каждый из которых имеет собственную функциональность и поэтому обрабатывается (кодируется и декодируется) самостоятельно.
В качестве области применения рассматриваемых устройств выберем многофункциональные системы телемеханики (МСТМ) [1]. По виду передаваемой технологической информации различают следующие тракты МСТМ: тракт телеуправления (ТУ), тракт телерегулирования (ТР), тракт телеизмерения (ТИ), тракт телесигнализации (ТС), тракт передачи данных (ПД). Управляющими элементами (источниками информации) в тракте ТУ являются ключи управления или клавиатура ЭВМ, в тракте ТИ – выходы измерительных преобразователей, в тракте ТС – контакты или цифровые сигналы на выходе релейных элементов (датчиков). Для индикации информации (приемники информации) в тракте ТУ применяются индивидуальные узлы управления (ИУУ), в тракте ТИ – регистраторы (аналоговые или цифровые) диспетчерских (операторских) пультов или щитов, в тракте ТС – индикаторы индивидуальных узлов сигнализации (ИУС) диспетчерских пультов или щитов. Для тракта ПД источниками и приемниками информации являются вычислительные устройства. Отметим, что область применения современных многофункциональных систем телемеханики МСТМ (в настоящее время используются также названия «системы управления и мониторинга», «автоматизированные системы диспетчерского управления» и т. д.) чрезвычайно широка. Это распределенные АСУТП различного назначения, системы аварийно-пожарной сигнализации и видеонаблюдений, интегрированные системы управления и мониторинга (ИСУМ) телекоммуникационного оборудования и т. д. Для примера будет рассмотрена реализация комбинаторных и декомбинаторных устройств в трактах ТУ и ТС.
4.3.1. Одноступенные комбинаторные узлы
Основой комбинаторного узла (КМУ) является комбинатор (КМ). Комбинатор – это логический (l, f)-многополюсник (комбинационная схема), имеющийl входовиf выходовиреализованныйналогическихдизъюнкторах.
Будем различать два типа КМУ в зависимости от способа включения КМ в состав комбинаторного устройства, влияющего на технические характеристики КМУ. В частности, способ включения определяет структуру КМУ и время формирования кодовых слов.
2
Для первого типа КМУ характерно включение КМ между ключами управления в тракте ТУ (блок-контакты объектов ТС) и буферным регистром. Комбинатор представляет собой логический (М, n)-многополюсник, состоящий из n многовходовых дизъюнкторов, где М – число кодируемых сообщений, n – длина кодовых слов избыточных (комбинаторных) или неизбыточных кодов, формируемых за один такт. На рис. 4.2 представлена обобщенная функциональная схема КМУ первого типа.
X/Y
M n n n
Рис. 4.2. Обобщенная функциональная схема КМУ первого типа
Пример 4.6. Построить КМУ первого типа, формирующий код с по-
|
4 |
. Согласно изложенному выше комбинатор |
стоянным весом M = |
|
|
|
2 |
|
в данном примере – это (6, 4)-многополюсник, состоящий из 4 трехвходовых дизъюнкторов.
На рис. 4.3 приведены кодовая таблица и функциональная схема КМУ первого типа.
Следует отметить, что каждый из 4 дизъюнкторов реализует один из столбцов кодовой таблицы, а единицы соответствующего столбца определяют связь входов дизъюнкторов и ключей управления.
|
|
|
|
|
S |
|
M |
|
БР |
|
|||
|
|
S |
||||
|
1S |
2S |
3S |
4S |
||
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
|
|
2 |
0 |
1 |
1 |
0 |
S |
|
3 |
0 |
0 |
1 |
1 |
||
|
||||||
4 |
1 |
0 |
0 |
1 |
S |
|
5 |
1 |
0 |
1 |
0 |
||
|
||||||
6 |
0 |
1 |
0 |
1 |
R |
|
|
|
|
|
|
||
а
Рис. 4.3. Кодовая таблица (а) и функциональная схема КМУ первого типа (б)
3
На рис. 4.3 КУ1...КУ6 – ключи управления, КЗ – ключ запуска, НУ – сигнал начальной установки буферного регистра (БР).
Для второго типа КМУ характерно включение КМ между распределителем (формирователь временных каналов) и ключами управления в тракте ТУ (блок-контактами объектов в тракте ТС). Комбинатор представляет собой логический (n, М)-многополюсник, состоящий из М многовходовых дизъюнкторов. КМУ этого типа формирует кодовые слова за n тактов. На рис. 4.4 показана обобщенная функциональная схема КМУ второго типа.
Отметим, что КМУ второго типа формирует выходную кодовую комбинацию в последовательном виде. Количество тактов работы КМУ определяется разрядностью кода n, которой соответствует количеству выходов распределительного устройства (выполненного в виде регистра сдвига).
S |
X/Y |
R |
|
nR |
n |
n |
M
Рис. 4.4. Обобщенная функциональная схема КМУ второго типа
Пример 4.7. Построить КМУ второго типа, формирующий код длины n = 4 с постоянным весом w = 2. Количество рабочих комбинаций оп-
ределяется так: Mр = 4 . Комбинатор в составе КМУ представляет собой
2
(4, 6)-многополюсник, состоящий из шести двухвходовых дизъюнкторов. Кодовая комбинация формируется за 4 такта.
Отметим, что по основным техническим характеристикам КМУ первого и второго типов являются инверсными.
Рассмотренные способы построения комбинаторных устройств могут применяться для неизбыточных кодов, кодов с постоянным весом, кодов на некоторые сочетания (формирование по первому способу).
4
S
R
R
R
Рис. 4.5. Функциональная схема КМУ второго типа, формирующего код M |
|
|
4 |
|
р |
= |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
Рассмотрим комбинаторное устройство разделимого кода на некоторые сочетания (рис. 4.6).
|
|
1 |
X/Y |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
RG |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
2 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
КлУ |
|
. |
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
. |
|
. |
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
. |
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
. |
|
|
M |
КМИС |
m |
|
|
|
|
|
|
|
m |
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m2 |
n |
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
… |
|
БР |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 4.6. Функциональная схема КМУ разделимого кода на четные сочетания
Для построения комбинаторного устройства разделимого кода на некоторые сочетания необходимо к КМ первичного (неизбыточного) m-разрядного кода добавить дополнительный элемент, формирующий избыточный символ, дополняющий вес кодовой комбинации до требуемой четности. Этим элементом является m-входовой логический элемент, выполняющий операцию «исключающее или» (сумматор по модулю 2). Он позволяет определить четность веса информационного m-разрядного вектора. Для формирования кода на нечетные сочетания результат суммирования инвертируется.
5
Для построения комбинаторного устройства кода Бергера необходимо к КМУ первичного (неизбыточного) кода добавить устройство формирования избыточной части. Оно представляет собой устройство расчета веса информационной части (двоичный счетчик с инверсными выходами). Счетчик веса может быть выполнен по последовательной или параллельной схеме вычисления. Счетчик, как правило, реализуется в виде комбинационной схемы и работает 1 такт.
|
|
1 |
X/Y |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
RG |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
2 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
КлУ |
|
. |
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
. |
|
. |
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
. |
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
. |
|
|
M |
КМИС |
m |
|
|
|
|
|
|
|
|
m |
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
X/Y |
1 |
|
1 |
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
2 |
|
2 |
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
… |
. |
|
. |
|
. |
|
. |
||
|
|
|
|
|
|
. |
|
. |
|
. |
|
. |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
. |
|
. |
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m |
CЧ |
k |
|
k |
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
БР |
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Рис. 4.7. Функциональная схема КМУ кода Бергера |
|
||||||||||||
Возможна реализация комбинаторного устройства кода Бергера аналогично коду с постоянным весом. Для этого необходимо заранее вычислить все Мр рабочих комбинаций кода.