Разработка кодека блочного кода на микроконтроллере

• кодирование микроконтроллер информация помехоустойчивый
• Введение
• 1. Анализ задания
• 2. Структурная схема кодека
• 3. Карта памяти
• 4. Структурная схема алгоритма кодирования и декодирования
• 5. Схема подключения внешних портов ввода/вывода
• 6. Код программы
• Вывод
• Список используемой литературы

Введение

Помехоустойчивое кодирование широко используется в системах передачи информации для повышения достоверности.

Введение

избыточности позволяет исправлять появляющиеся в линии связи ошибки.

Систематическим (n, k, d) кодом называется блочный код, у которого первые символов — информационные, а остальные n-k — проверочные. Параметр является расстоянием Хемминга и соответствует минимальному числу символов, на которое отличаются любые два кодовых слова. Такой код может исправлять не менее (n-1)/2 ошибок.

Кодовое слово можно формально представить в виде многочлена степени (n-1) от, причём коэффициенты при соответствующих степенях являются символами кодового слова.

.

В систематическом коде коэффициенты при x^n-1,…, x^n-k будут всегда выбираться в качестве информационных, а последние символов, т. е. коэффициенты при x^n-k-1, x^n-k-2,., x⁰ в качестве проверочных символов (рис.1).

Рис. 1 Расположение информационных и проверочных битов.

Представление кодового слова в виде многочлена степени (n-1) позволяет характеризовать блочный циклический код также двумя многочленами: порождающим и проверочным. Действия над многочленами выполняются в поле Галуа по модулю 2.

Любой циклический код может быть представлен в виде систематического при помощи следующих рассуждений. Пусть — многочлен, в качестве коэффициентов которого при слагаемых содержащих, выбраны информационные символы, а коэффициенты при слагаемых со степенями меньшими, чем, равны нулю. Этому многочлену соответствует вектор, первые компонент которогопроизвольные информационные символы, а последние компоненты равны нулю. Тогда в соответствии с алгоритмом деления Евклида.

.

Степень многочлена меньше, чем, степень многочлена. Отсюда и следовательно — кодовый многочлен (так как делится на порождающий многочлен).

Так как степень меньше, чем, то все слагаемые в этом многочлене степеней и больше, равны нулю.

Следовательно, коэффициентами при членах высшего порядка в многочлене являются неизменные информационные символы, а коэффициентами при членах низшего порядкапроверочные символы.

Если в качестве выбирать последовательно степени, то коэффициенты многочленов являются кодовыми векторами, составляющими базис линейного векторного пространства. Тогда из этих векторов при можно составить порождающую матрицу линейного систематического блочного кода

где — единичная матрица размерности х, аматрица коэффициентов многочленов — остатков размерности (n-k)xk.

Процесс кодирования сводится к перемножению строки информационных символов на порождаюцую матрицу

.

Код, порождаемый матрицей является также нулевым пространством матрицы

.

Следовательно, произведение кодового вектора на транспонированную матрицу приводит к нулевому вектору

.

Воздействие помех можно формально представить как прибавление по модулю 2 к передаваемому кодовому вектору вектора помех. Тогда принятый вектор

.

Синдромом называется произведение принятого вектора на транспонированную проверочную матрицу

.

.

Следовательно, синдром определяется только вектором ошибок. Анализируя синдром, можно определить позиции в кодовом векторе, где произошли ошибки. Считается, что имеется синхронизация по кадрам и по тактам.

Рис. 2 Временная диаграмма поступления данных и информации на микроконтроллер.

1. Анализ задания

В данном курсовом проекте будет спроектирован кодек блочного кода на микроконтроллере в соответствии с исходными данными:

Скорость передачи информационных символов равна 9600 Бод, длина кода n=21, длина информационного блока k=6, порождающий многочлен g (x)=.

Данные поступают в параллельном виде, передаются в параллельном.

Будет использован микроконтроллер Freescale M68HC11, регистр MM74C164.

2. Структурная схема кодека

рис. 3

Структурная схема кодека, основанного на микроконтроллере M68HC11

Структурная схема восьми разрядного микроконтроллера M68HC11 приведена на рисунке 4.

Mode controlсхема выбора режима

Timer systemсистема таймера

Interrupt logicлогика прерываний

A/D converter АЦП

Address/Data Шина адреса/данных

Control Регистр управления

CPU Ядро рис. 4 Структурная схема микроконтроллера M68HC11

4. Карта памяти

рис. 5 Карта памяти микроконтроллера

5. Структурная схема алгоритма кодирования и декодирования На рисунке 6 изображены схемы кодирования и декодирования информации.

рис. 6 схема кодирования декодирования

6. Схема подключения внешних портов ввода/вывода

На рисунке 7 приведена схема подключения портов ввода и вывода устройства. Где ША — шина адреса, ШД — шина данных.

рис. 7 Электрическая схема устройства

7. Код программы

;кодирование

cpu6811;

org$ 00ee;вектор прерывания

jmp$d100;скачок на подпрограмму прерывания

org$c800;основная программа

ldx#$d000;ячейка для использования индексной ;адресации x в дальнейшем

ldd#$F774;запись правой части матрицы

std0,x;

ldd#$ 7BBA;

std2,x;

ldd#$CAF8 ;

std4,x;

ldd#$ 657C;

std6,x;

ldd#$ 32BE;

std8,x;

ldd#$EE6A ;

std10,x;

ldd#$ 8000;

std12,x;

ldd#$ 4000;

std14,x;

ldd#$ 2000;

std16,x;

ldd#$ 1000;

std18,x;

ldd#$ 0800;

std20,x;

ldd#$ 0400;

std22,x;

ldd #$ 0200

std24,x;

ldd #$ 0100

std26,x;

ldd #$ 0080

std28,x;

ldd #$ 0040

std30,x;

ldd #$ 0020

std32,x;

ldd #$ 0010

std34,x;

ldd #$ 0008

std36,x;

ldd #$ 0004

std38,x;

ldd #$ 0002

std40,x

clr #$d00f

staa$d011;счетчик сli;разрешение прерываний

bra*;замкнутый цикл

org$d100;подпрограмма прерывания

clr #$d010;создание и очистка кармана

ldaa#6

ldab$ 1F03;загрузка информационного блока из ;порта в аккумулятор b

m2rolb;циклический сдвиг

bccm1;проверка 1 или 0 во флаге переноса

ldaa$d00f ;загрузка из кармана в аккумулятор

eora0,x;сумматор по модулю 2

staa $d00f

ldaa $d010

eora 1, x

staa$d010;возвращение в карман

m1inx;

dec$d011;уменьшение содержимого ячейки на 1

bnem2;если после 16 повторений цикла не 0, то ;возвращение на m2

inx

inx

ldaa$d010;загрузка содержимого кармана

staa$ 1F04;вывод проверочного блока

;декодирование

ldaa$ 1F03;загрузка информационного блока из ;порта в аккумулятор a

staa$d200;копирование информационного блока в ;ячейку

ldaa$ 1F04;загрузка проверочного блока из порта в ;аккумулятор a

staa$d202;копирование проверочного блока в ;ячейку

ldaa#6;

staa$d203;

ldaa#5;

staa$d204;

clr$d205;

ldx#$d000;ячейка для использования индексной ;адресации x в дальнейшем

m4lsl$d200;логический сдвиг влево содержимого ;данной ячейки

bccm3;проверка обнуления счетчика если да то ;переход по метке

ldaa$d205;загрузка в аккумулятор содержимого ;ячейки

eora0,x;сумматор по модулю 2

staa$d205;загрузка из аккумулятора в ячейку

m3inx;

dec$d203;

bnem4;безусловный переход

m6lsl$d202;логический сдвиг влево содержимого ;данной ячейки

bccm5;проверка обнуления счетчика если да то ;переход по метке

ldaa$d205;загрузка в аккумулятор значения ячейки

eora0,x;сумматор по модулю 2

staa$d205;загрузка из аккумулятора в ячейку

m5inx;

dec$d204;

bnem6;безусловный переход

ldy#$d100;ячейка для использования индексной ;адресации y в дальнейшем

ldab#$d205;запись из памяти в аккумулятор ячейки

aby;суммирование в индексном регистре до ;ячейки d205

ldaa0,y;

eora$ 1F03;сумматор по модулю 2

staa$ 1F05;декодированная последовательность

Вывод С учетом всех циклов время выполнения программы будет составлять

41,8(+/- 8,25) микросекунд или 167,5 (+/- 33) машинных тактов.

В этом расчете не учитывается время обработки прерывания, скорость обработки данных будет выше 9600 бод, следовательно, требования выполняются.

Список используемой литературы

1. С. Ф. Барретт, Д.Дж. Пак. Встраиваемые системы. Проектирование приложений на микроконтроллерах семейства 68HC12 HCS12 с применением языка С. — М.: Издательский дом «ДМК-пресс», 2007.-640с.

2. А. В. Микушин, А. М. Сажнев, И. В. Сединин. Цифровые устройства и микропроцессоры: учебное пособие. — СПб.:БХВПетербург, 2010.-832с.: ил.

3. Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов.-М.: МИР, 1978.

4. Питерсон У., Уэлдон Э. Коды, исправляющие ошибки.-М.: МИР, 1976.

5. О. Д. Вальпа. Полезные схемы с применением микроконтроллеров и ПЛИС. М: Изд. дом «Додека — ХХ1», 2006.

6. Лекции по предмету ЦУМП.