курсовой проект / Система для сбора, обработки и регистрации информации на кассетной МЛ / Система для сбора

Система для сбора, обработки и регистрации информации на кассетной МЛ.

При исследовании естественного электромагнитного поля Земли в целях прогноза землетрясений для работы в жестких условиях полевых экспериментов необходимо накопление больших объемов информации и их длительная непрерывна регистрация.

В настоящей работе представлена многоканальная система для сбора, обработки потока информации и хранения результатов на долговременном носителе, построенная на базе БИС серии КР580. (рис.1)

Блок преобразования кодируется входной аналоговый сигнал в формате с плавающей запятой. Под каждое число отводится 12 двоичных разрядов (восемь соответствуют мантиссе числа, четыре - порядку). Такой формат обеспечивает широкий динамический диапазон устройства при малой разрядности.

Информация регистрируется с помощью трехдвигательного лентопротяжного механизма кассетного типа. При записи последовательности двоичных чисел в виде двухчастотной манипуляции сигнала кодируется в регистраторе: единица одним колебанием частоты в 5 кГц, нуль – двумя колебаниями частоты 10 кГц. Информация на магнитную ленту записывается последовательным кодом одновременно по четырем дорожкам. Для увеличения амплитуды сигнала при воспроизведении частотно – модулированной информационной последовательности режим записи каждой из частот оптимизируется по отдаче, т.е. каждой частоте соответствует свой ток записи [1,2]. На МЛ также записывается стробирующий сигнал, содержащий меандр 1,25 кГц, период которого соответствует восьми битам или одному байту информации, причем его срез совпадает с первым битом (число периодов стробирующего сигнала равно числу байтов информации). Кодовая последовательность и стробирующий сигнал разделяется при считывании с помощью простых аналоговых фильтров, не вносящих амплитудная модуляция, практически не влияют на запись низких частот порядка 1,25 кГц при скорости 4,76 мм/с. Поэтому потеря нескольких битов (период частоты 5 или 10 кГц) не вызывает сбоя синхронизации.

С помощью оптимизации режима записи по отдаче усилитель на линейном участке АЧХ (0,5…20 кГц) воспроизводит частоты 1,25; 5; 10 кГц с одинаковой амплитудой, которая при считывании 5 и 10 кГц позволяет построить дешифратор кодовой последовательности, не чувствительный к паразитной амплитудной модуляции в пределах ±50% и детонации ±20%. При такой низкой чувствительности к помехам плотность записи порядка 120 бит/мм получается даже на лентопротяжном механизме 4 класса. Практическая работа с накопителем показала, что при считывании после записи на новую предварительно размагниченную кассету, потери информации нет. Исключение составляют кассеты с механическими дефектами.

Передача данных в блок регистрации организуется пачками по четыре байта, которые пересылаются в регистры интерфейса, соответствующий четырем каналам записи. В режиме записи и считывания магнитофоном имеет наивысший приоритет.

Данный способ кодирования, применение многоканальной магнитной головки и системы дискретного формирования тока записи повышают плотность информации на магнитной ленте; объем хранимой информации на стандартной компакт - кассете С – 90 увеличивается до 9 Мбайт неформатной емкости при непрерывной работе устройства. В условиях полевых экспериментов важно уменьшить энергопотребление, поэтому часть устройства собрана на КМОП – элементах серии К561.

Работой руководит блок системы управления обработкой, который представляет собой микроЭВМ с ограниченной архитектурой. Машина собрана по классической схеме с 8 – разрядной шиной данных и 16 – разрядной адресной магистралью, которые совместно с линиями управления составляют системную магистраль комплекса. Функции согласования и обслуживания блоков АЦП и магнитофона выполняет контроллер ПДП. Информация из блоков преобразования в оперативную память передается по инициативе АЦП по сигналу готовности данных, который поступает на вход требования АСТ; ответный сигнал ДАСТ открывает шину данных АЦП.

Технические параметры системы:

- Тактовая частота процессора, МГц 2

- Объем, Кбайт

- ОЗУ 8

-РПЗУ 4

- Объем информации на кассете, Мбайт 9

- Скорость движения МЛ, см/с 4,75

- Плотность записи информации на МЛ, бит/мм 126

- Надежность записи, бит 10^-8

- Динамический диапазон, дБ 96

- Число разрядов АЦП, бит 12

- Потребляемая мощность, Вт:

- при заполнении буфера 6

- при работе магнитофона 1,5

- Время записи буфера, с 0,5

- Число входных каналов, не более 16

- Последовательная одновременная запись по 4 каналам

Улучшение параметров конкретной задачи возможно программными средствами. На рис. 2 представлена блок схема программы, преобразующей поступающие двухбайтные коды оцифровки входного сигнала в более компактный вид и позволяющей без потери точности входной информации увеличить время непрерывной записи на одну кассету в 2 – 5 раз. Программа иллюстрирует перераспределение функций между аппаратными и программными средствами системы.

Работа программы.

Оперативная память системы разбита на четыре области; две временно хранят данные, третья – информацию, подготовленную для вывода на магнитную ленту, оставшаяся часть используется для работы программы. Временные входные буферы поочередно заполняются данными, информация из которых поступает на обработку. По каналу у(i), где i= 1,16, выбираются 16 последовательных отсчетов и оценивается разность каждой соседней пары. Ряд считается гладким и может быть аппроксимирован степенным полиномом, если ни одна разность не превышает некоторого числа ε. Практика показывает, что достаточно квадратичного полинома, чтобы вносимая ошибка не превышала 1% (число фиксируемых параметров резко сокращается). При быстрых изменения входных сигналов целесообразно записывать вычисленные разности , где i=1,15 с начальной привязкой абсолютного значения интервала. Так как для восстановления формы сигнала шаг квантования по времени должен быть много меньше периода сигнала, поэтому порядки величин двух соседних отсчетов одинаковы и разность двух 16-разрядных чисел удается записать в один байт, т.е. полного восстановления входного необходимо зафиксировать вдвое меньшее число байтов информации.