Помехозащищенное кодирование информации

Применение масок, кодирующих перемещение (в частности, угловое), может привести к неоднозначности отсчета во время переходных процессов. Это явление уже рассматривалось применительно к двоичным триггерным счетчикам, но оно имеет место и при параллельном считывании с использованием кодирующих масок, построенных в двоичном коде, т. е. в коде, который называется также «код 8421», поскольку именно таковы относительные веса его соседних разрядов.

Рассмотрим пример. При вращении кодирующего диска в положительном направлении код, снимаемый с датчика, должен изменяться в сторону возрастания соседних чисел, например, с 7 на 8, т. е. в двоичном представлении с 0111 на 1000. Это значит, что сигналы в первых трех разрядах должны исчезнуть, а в четвертом разряде — возникнуть. Однако вследствие естественных неточностей изготовления кодирующей маски, неточностей расположения считывающих элементов и разброса времени срабатывания этих элементов переключение этих элементов с 0111 на 1000 будет происходить неодновременно. На выходе датчика при его переключении какое-то время могут существовать такие числа как, например, 0111 —> 0110 —> 0100 —> 0000 —> 1000. Возможен переходный процесс и по каким-либо другим путям. Например, он может быть таким: 0111 —> 0101 —> 0001 —> 0000 —> 1000. Возможны и другие пути переключения параллельных кодов на выходе датчика, особенно при больших значениях входного угла поворота.

Если во время переходного процесса, пусть и весьма короткого, будет подан синхронизирующий (тактовый) сигнал, то в последующем устройстве, например в регистре с параллельным вводом, будет записан (зарегистрирован) именно один из этих ошибочных кодов. Использование в качестве последующих блоков асинхронных устройств, не нуждающихся в синхронизирующих сигналах, не приводит к решению проблемы, так как во время переходного процесса неверные значения будут возникать уже на выходе такого блока.

Радикальным решением здесь является использование таких кодирующих масок, выполненных в специальных кодах, которые предусматривают изменение кодовых значений при переходе от одного соседнего числа к другому только в одном разряде. Кодов, осуществляющих такие единичные переходы, может быть разработано много, но наибольшее распространение вследствие своей простой структуры и легкости последующего преобразования в обычный двоичный код получил код, называемый кодом Грея_у или рефлексным кодом.

Код Грея (ГК) наряду с обычным двоичным кодом (ДК) для всех десятичных цифр (для четырех двоичных разрядов — так называемой тетрады) приведен в табл. 10.1.

Таблица 10.1.

Представление двоичных чисел в коде Грея.

Но при представлении двоично-кодированных десятичных чисел, т. е. когда двоичным кодом изображается не все число в целом, а каждая цифра в его десятичной записи, обычный код Грея становится неудобным. Это объясняется тем, что при переходе от 9 к 10 в двоично-кодированном десятичном коде происходит изменение трех двоичных разрядов. Между тем двоично-кодированные десятичные числа широко применяются при вводе информации, так как при таком кодировании обычные десятичные цифры могут вводиться оператором последовательно, цифра за цифрой. Поэтому в качестве двоично-кодированного десятичного кода часто применяют так называемый модифицированный код Грея с избытком 3, т. е. такой код Грея, каждая кодовая комбинация которого смещена на три позиции. Модифицированный таким образом код Грея для двоичных чисел приведен в табл. 10.2.

Таблица 10.2.

Представление двоичных чисел в модифицированном коде Грея.

Для обеспечения единичного характера перехода при смене десятков, сотен и других целых степеней 10, т. е. при переходе с 9 на 10, с 19 на 20, со 199 на 200 и т. д. применяется замена кода цифр в нечетных декадах (самая младшая декада считается нулевой, а следующая за ней по старшинству — первой).

Тогда при переходе от одной десятичной декады. к последующей изменение происходит только в одном разряде. Например, переходу от 9 к 10 в двоично-кодированном коде будет соответствовать переход от 0000 1001 к 0001 0000 (что означает изменение в трех разрядах). В коде Грея это будет соответствовать переходу от 0000 1101 к 0001 0000, что означает изменение в четырех разрядах. В модифицированном же коде Грея, когда изменения производятся только в нечетных декадах, это соответствует переходу от записи 0010 1010 к записи ОНО 1010.

Однако повышения надежности ввода дискретной информации в условиях машиностроения достигают, не только устраняя неоднозначность при считывании с кодирующих масок, но и минимизируя влияние различного рода производственных помех на ввод данных, особенно при использовании длинных линий связи. Для этого применяют методы помехоустойчивого кодирования.

Самым простым из этих методов является контроль по четности, или контроль по паритету. Суть этого метода состоит в том, что к информационным двоичным разрядам, составляющим тот или иной код, всегда добавляется некоторая кодовая комбинация нулей и единиц с таким расчетом, чтобы общее количество единиц в результирующей комбинации было всегда, например, четным. Тогда устройство, считывающее информацию, проверяет общее число единиц во введенной информации, что позволяет обнаруживать случаи с искажением информации, если только такое искажение не происходило одновременно в двух или вообще в четном числе двоичных разрядов. Однако такое одновременное искажение информации является маловероятным.

Другой часто встречающийся метод построения помехоустойчивых кодов — это применение кодов с постоянным индексом. Под постоянным индексом понимается постоянное, заранее определенное число единиц в кодовой записи числа. Очень широко применяется код с постоянным индексом, называемый «1 из д», когда в п разрядах может существовать только одна единица. Например, команды управления движением (три кнопки: «влево», «вправо» и «стоп») кодируются по трем разным шинам 100, 001 и 010, что может быть проконтролировано на наличие в этих шинах только одной единицы. Между тем для экономии числа шин (числа двоичных разрядов) эти же команды могут быть закодированы более экономным образом с использованием только двух шин, например, так: 01, 10, 11. Однако в этом случае нельзя контролировать единственность введенной единицы.

Еще один часто применяемый код — это код «2 из 5», который является одной из разновидностей двоичного кодирования десятичных чисел. Такой код представлен в табл. 10.3.

Таблица 10.3 Код «2 из 5».

Коды с контролем по четности или с постоянным индексом являются наиболее простыми помехоустойчивыми кодами. Когда вероятность нарушений ввода или передачи информации велика, либо когда не допускается даже малейшее искажение принимаемой информации, применяются специальные коды с диагностированием и локализацией ошибок, что дает возможность организовать самоисправляющееся кодирование. Такие самоисправляющиеся коды требуют отдельного рассмотрения и описаны в специальной литературе.