курсовой проект / СИСТЕМА ДЛЯ СБОРА
.docСИСТЕМА 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 непрерывная регистрация.
В настоящей работе представлена многоканальная система для сбора, обработки потока информации и хранения результатов на долговременном носителе, построенная на базе широко известного микропроцессорного набора БИС серии КР580 (рис. I).
Блок преобразования кодирует 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 двухчастотнпй манипуляции сигнал 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 разделяются при считывании с помощью простых аналоговых фильтров, не вносящих фазовые искажения. Наиболее распространенные дефекты магнитного носителя, такие как «выпадения» и паразитная 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 IV 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, соответствующие четырем каналам записи. В режиме записи и считывания магнитофон 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-разряднон 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 блока преобразования в оперативную память передается по инициативе АЦП по сигналу готовности данных, который поступает на вход требования ACT; ответный сигнал ДАСТ открывает шину данных АЦП.
Технические параметры системы
Тактовая частота процессора, МГц,
Объем, Кбайт
ОЗУ,
РПЗУ
Объем информации на кассете, Мбайт
Скорость движения МЛ, см/с
Плотность записи информации на МЛ, бит/мм
Надежность записи, бит
Динамический диапазон, дБ
Число разрядов АЦП, бит
Потребляемая мощность, Вт:
при заполнении буфера
при работе магнитофона
Время записи буфера, с
Число входных каналов, не более
Последовательная одновременная запись
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 y(i), где i=l,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 изменениях входных сигналов целесообразно записывать вычисленные разности Δi=у(i + 1) —y(i), где i=l,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. для полного восстановления входного сигнала необходимо зафиксировать вдвое меньшее число байтов информации.