Разработка системы защиты от ошибок в сетях передачи данных

        Серия  PIC16F84  подходит  для широкого  спектра приложений  от  схем высокоскоростного управления автомобильными и электрическими двигателями до экономичных удаленных приемопередатчиков, показывающих приборов  и  связных процессоров. Наличие ПЗУ  позволяет  подстраивать  параметры  в  прикладных программах (коды  передатчика,  скорости  двигателя,  частоты  приемника  и т.д.).

           Cледует  добавить,  что  встроенный  автомат  программирования   EEPROM кристалла PIC16F84 позволяет легко подстраивать  программу и данные  под конкретные требования даже после завершения ассемблирования и тестирования. Эта возможность может быть использована как для тиражирования,  так  и  для занесения калибровочных данных уже после окончательного тестирования.

Обзор характеристик

   Высокоскоростной RISC процессор

• 35 простых команд;
• все команды выполняются за один цикл(1 мкс), кроме команд перехода, выполняющихся за два цикла;
• рабочая частота 0 Гц ... 4 МГц (min 1 мкс цикл команды);
• 14- битовые команды;
• 8- битовые данные;
• 1024 х 14  электрически  перепрограммируемой программной

      памяти  на кристалле (EEPROM);

• 36 х 8 регистров общего использования;

• 15 специальных аппаратных регистров  SFR;
• 64 x 8 электрически перепрограммируемой EEPROM памяти

             для  данных;

• восьмиуровневый аппаратный стек;
• прямая, косвенная и относительная адресация данных и команд;
• четыре источника прерывания:
• внешний вход INT,
• Периферия и Ввод/Вывод
• 13 линий ввода-вывода с индивидуальной настройкой;
• входной/выходной ток для управления светодиодами.

                 макс. входной ток - 20 мА. ,

                 макс. выходной ток - 25 мА.,

• EEPROM бит секретности для защиты кода;

                     Экономичный режим SLEEP.

 

 

    2.3.2.Выбор среды проектирования

 

        Фирма Microchip предлагает бесплатную  программную среду для написания  и отладки программ — MPLAB-IDE. В комплект входит программа-оболочка, текстовый редактор, ассемблер-компилятор и программный отладчик. Так же поддерживается подключение компиляторов Си производства Microchip и других фирм, поддерживаются программаторы PICSTART Plus и PROMATE II, отладчик MPLAB.ICD и внутрисхемные эмуляторы. Также существуют альтернативные компиляторы отечественных и зарубежных фирм.  Большую часть (3/4) работы по отладке удается выполнить в программном симуляторе пакета MPLAB, оставшееся

часть реализуется непосредственно при  прошивании  микроконтроллера готовой  программой с расширением hex.

 

    Приступим к процессу проектирования  в среде MPLAB.

Настройка среды проектирования

 

Рабочий стол среды состоит из :

1.Главное  текстовое меню.

2.Графическое  меню.

3.Рабочая  область, в которой размещаются  открытые окна с файлами, 

диалогами или другой информацией.

4.Линейка  состояния , отображающая текущую  настройку системы.

 

 

 

                               рисунок 2.1-Среда проектирования

Для выбора инструментального средства и типа микроконтроллера,

последовательно выбираем  Options>Development Mode>Tools

                                    рисунок 2.2-Выбор микроконтроллера

    Выбираем симулятор MPLAB SIM и микроконтроллер PIC16F84.

Симулятор инициализирован.

  В линейке состояния на рабочем  столе появится микроконтроллер PIC16F84 и режим SIM.Теперь среда проектирования находится в режиме симулятора для микроконтроллера PIC16F84.

    Для работы симулятора MPLAB SIM нужен код программы (файл с расширением.HEX), который получается компиляцией исходного текста программы, в данном случае файл coder.hex. Позже он может быть загружен непосредственно в микроконтроллер с помощью программатора.

Далее, создаем новый проект coder.pjt, расширение задается по умолчанию, при сохранении файла.

В списках файлов проекта находим  coder.hex , далее выбираем Node Properties, где настраиваем параметры компиляции.

                               рисунок 2.3-Настройка микроконтроллера

Далее выбирая, Edit Progect>Add Node, вводим имя файла исходного текста программы coder.asm.

    В файле coder.asm программно реализован кодер для кода(31,26)¹

  Так, как  MPLAB.IDE работает с 8-ми битными данными мы вводим 31 бит разбивая  по 8 бит инициализируя регистры  R1- R4.Таким образом для представления 31-битовой последовательности нам потребуется добавить в один из регистров нулевой бит. Наиболее рациональным будет добавить нулевой бит в первый регистр самым младшим разрядом, но добавляя нулевой бит в регистр  в описании поразрядно не учитываем. Тогда на входе декодера при декодировании нулевой бит не учитывается.  

Используя меню  Project>Build  All , компилируем программу.

                                           рисунок 2.4-Компиляция кодера

        В окне результатов  сообщение  Build completed successfully, свидетельствует об  успешности проведенной  компиляции. Теперь можно переходить  к запуску   симулятора  для проверки работоспособности программы, но прежде, выбираем пункт меню Debug< Run<Reset  - это необходимо  для установления счетчика команд в нуль и является вектором сброса микроконтроллера  PIC16F84. 

         Для наблюдения  работы программы  и возможности пошагово наблюдать  за ходом выполнения программы,  выбираем Window<File Registers Запускаем симулятор: Debug< Run<Step.

                                       рисунок 2.6-результат работы программы

 

         В данном окне отображаются  регистры памяти данных в шестнадцатеричном  формате. В верхнем правом углу  закодированный  кодером код готовый  для передачи данных декодеру.

Вывод:

     Текст программы практически  реализует данный алгоритм кодирования,  двадцать шесть информационных битов пятью проверочными. Таким образом, в канал связи поступает тридцать один бит закодированной   информации.

 

 

          2.3.3 Декодер

 

    Для реализации программы декодер  следует создать новый проект  по аналогии с проектом кодера. Соответственно, Проект сохранен под именем decoder.pjt, а исходный текст программы  под именем decoder.asm.

В файле decoder.asm программно реализован декодер для кода(31,26)¹

Используя меню  Project>Build  All , компилируем программу

 

                                       рисунок 2.7- компиляция декодера

 

   Сообщение  «Build completed successfully», свидетельствует об успешной компиляции. С имитируем  однократную ошибку в любом из регистров, в данном случае в регистре R2 .C 0×CD на 0×8D или 11001101 на 10001101.Считется, что при передачи сообщения по линии связи в результате воздействия помех произошла ошибка в одном из передаваемых битов. Далее программа, согласно данному алгоритму декодирования обнаружит и инвертирует ошибочно принятый бит.

 

                                     рисунок 2.1-Результат работы декодера 

  На рисунке определена ошибка  во втором регистре, далее программа  обнаружит и исправит ошибку .

                        рисунок 2.1-Результат работы декодера 

      Программа обнаружила и инвертировала  ошибочный бит.

 

    2.4 Вывод: Выбрана система кодирования и на основе выбранного метода разрaботана ИС Построен систематический код для передачи 31 разрядной кодовой комбинации с исправлением однократной ошибки.

Показан процесс обнаружения и исправления  однократной ошибки в передаваемой кодовой комбинации. Составлена программа, реализующая алгоритм кодирования, декодирования и исправления ошибки при передаче данных с использованием систематического кода.

 

     3.1 Реализация устройства  на микроконтроллере PIC16F84.

 

    Приведем пример создания на  базе микроконтроллера PIC16F84 устройства,  которое в процессе работы  обменивалось информацией с ПК.  PIC16F64 не имеет встроенного последовательного  порта, поэтому необходима реализация  интерфейса RS-232.  
      Прибор состоит из исполнительного УСТРОЙСТВА, связанного с ПК через Com порт и программы управления 'rs232tst.exe' . Технические характеристики :

-напряжения  питания – 2..5 В;

-тактовая  чистота- 4 МГц;

-потребляемый  ток -10..40 мА;

- скорость обмена данными с Сервером 19 КБит

 

 

 

 

 

 

3.2     Практическая схема реализации.

 
УСТРОЙСТВО выполнено на микроконтроллере PIC16F84. Микросхема MAX 232 обеспечивает совместимость ТТЛ уровней напряжения с уровнями RS-232.

 
      Программа для микроконтроллера  состоит из  образующих файлoв 'pj_rs232.asm',² coder.hex, decoder.hex; где реализована вся логика устройства  и двух вспомогательных файла 'Txmtr.asm' и 'Rcvr.asm' реализующих функции передачи и приема информации. В файле 'pj_rs232.asm' задаются настройки параметров COM-порта.

Область применения данного устройства обширна .

    Далее, проект создания информационной системы в основе работы которой сервер обменивающейся информацией с блоком объектных контроллеров (плата управления процессом выполнения команд) по линии связи с помехами. Предварительно информация кодируется в устройстве .

 

 

3.3 Пример применения устройства  в информационной системе

 

 Пример использования  устройства на рисунке  

На  дисплей отображения информации поступают данные о состоянии

объектных контроллеров.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Безопасность и экологичность  проекта

 

 

4.1 Электробезопасность в локальных  вычислительных сетях

 

  В основной части дипломного  проекта рассмотрены различные  аспекты построения опытного устройства в локальной вычислительной сети . Детально рассмотрены вопросы проектирования системы защиты от ошибок. Процесс монтажа и эксплуатации, как активного оборудования, так и кабельной системы опасен получением травм. Особенно опасны для человека травмы, полученные при воздействии на организм электрического тока. Поэтому немаловажно знать о мерах по охране труда, направленных на обеспечение электробезопасности в локальных вычислительных сетях.

   Электробезопасность -система организационных  и технических мероприятий и  средств, обеспечивающих защиту  людей от вредного и опасного  воздействия электрического тока, электрической дуги, электромагнитного  поля и статического электричества.

 

 

   4.2.Действие электрического тока  на организм человека.

 
       Электрический  ток представляет собой упорядоченное  движение электрических зарядов.  Прикоснувшись к проводнику, находящемуся  под напряжением, человек включает  себя в электрическую цепь, если  он плохо изолирован от земли  или одновременно касается объекта  с другим значением потенциала. В этом случае через тело  человека проходит электрический  ток.

     Характер и глубина воздействия  электрического тока на организм  человека зависит от силы и  рода тока, времени его действия, пути прохождения через тело  человека, физического и психологического  состояния последнего. Так, сопротивление  человека в нормальных условиях  при сухой неповрежденной коже составляет сотни килоом, но при неблагоприятных условиях может упасть до 1 килоома. Ощутимым является ток около 1 мА. При большем токе человек начинает ощущать неприятные болезненные сокращения мышц, а при токе 12-15 мА уже не в состоянии управлять своей мышечной системой и не может самостоятельно оторваться от источника тока. Такой ток называется неотпускающим. Действие тока свыше 25 мА на мышечные ткани ведет к параличу дыхательных мышц и остановке дыхания. При дальнейшем увеличении тока может наступить фибрилляция сердца.  
Переменный ток более опасен, чем постоянный. Имеет значение то, какими участками тела человек касается токоведущей части. Наиболее опасны те пути, при которых поражается головной или спинной мозг (голова-руки, голова-ноги), сердце и легкие (руки-ноги).