Charla introductoria para instructores

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Introducción a la práctica del Laboratorio de
Sistemas Electrónicos Digitales Curso 2000-2001
Control de acceso remoto codificado con un
receptor digital basado en el MC68000
Juan Manuel Montero Martínez Javier Macías Guarasa
Departamento de Ingeniería Electrónica E.T.S.I.
Telecomunicación Universidad Politécnica de
Madrid
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Guión

• Introducción
• Arquitectura
• Detección de tonos
• Desarrollo SW
• Comentarios generales
• Mejoras

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Introducción
Introducción

• Objetivo Diseñar, medir e implementar un pequeño
  prototipo que emplee un sistema digital basado en
  un microprocesador.
• Sólo se puede usar el MC68000.
• HWSW diseño modular.
• Programación en ensamblador (lo recomendado) o en
  C.
• Como en LCEL
• sólo tenemos 1 gran práctica.
• Montaje básico (lt8,5) mejoras opcionales.

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Descripción general
Introducción

• Prototipo que
• Contiene un emisor de tonos (100 Hz y 200 Hz)
• El receptor estará basado en el 68000, un
  convertidor analógico digital (ADC) muestreando a
  2 KHz y tratamiento digital de señal (DFT,
  procesamiento por tramas).
• Actualiza un reloj para control de horario de
  acceso y para controlar el timeout.
• 2 claves de acceso
• Supervisor acceso sin restricciones.
• Usuario acceso dentro de un cierto horario (de
  900 a 1700).

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Arquitectura general
Arquitectura
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Emisor recomendado
Arquitectura
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Receptor digital
Arquitectura
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Convertidores A/D (I)
Arquitectura

• Los ADC son dispositivos electrónicos capaces de
  proporcionarnos una señal digital cuyo valor es
  directamente proporcional a la señal analógica
  que se encuentra a su entrada.

FF
VALOR DIGITAL
00
VREF-
VREF
TENSIÓN ANALÓGICA
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Convertidores A/D (II)
Arquitectura

• Características generales
• Margen de entrada tensiones mínima y máxima que
  pueden convertir (0 - 5 V).
• Resolución cuántos bits digitales disponemos a
  la salida (8 bits).
• Tiempo de conversión cuánto tiempo tarda en
  realizar una conversión desde el instante en que
  recibe la orden (3 microsegundos).
• Precisión de la conversión error máximo en
  número o décimas de bit que nos garantiza el
  fabricante (0,5 bit).
• Retención y muestreo internos la existencia de
  un SH interno nos evita tener que añadirlo
  externamente (Sí)

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Convertidores A/D (III)
Arquitectura

• ADC0820 la tensión analógica entre Vin y Vref-
  se convierte en señal digital en las salidas
  D0-D7 el voltaje máximo que se puede medir es
  Vref.
• Algoritmo de medición (CS0, RD0)
• Flanco de subida en WR
• esperamos flanco de bajada en INT (3
  microsegundos)
• leer D0-D7
• flanco de bajada en WR

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Convertidores A/D (IV)
Arquitectura
Entrada analógica
GND
GND
5 V
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Convertidor A/D (y V)
Arquitectura
Diagrama de tiempos
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Terminales de entrada/salida
Arquitectura

• Los terminales de entrada y salida están
  protegidos para evitar que se dañen por
  cortocircuitos, etc.
• Los opto-acopladores que los protegen son lentos
  y son unidireccionales.
• Puerto A salidas.
• Puerto B entradas.
• Cuando ponemos un dato en un terminal de salida,
  este dato tarda un tiempo en aparecer en la
  salida de los opto-acopladores.

Puerto del PIT
Opto-acopladores
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Opto-acopladores
Arquitectura

• Caracterización de los optoacopladores
• Generación de un onda cuadrada por un terminal
  del puerto A empleando interrupciones periódicas.
• Medir a distintas frecuencias el tiempo a nivel
  alto y a nivel bajo de la onda generada
  (teóricamente cuadrada).
• La frecuencia máxima a la que la frecuencia de la
  señal medida coincide con la de la señal
  programada.
• Muestreo cada 2 interrupciones.

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Arquitectura SW
Arquitectura
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Procesamiento por tramas
Detección de tonos

• Trama o ventana secuencia de muestras
  consecutivas que procesaremos como una unidad.
• Análisis local de señales variantes en el tiempo.

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Energía media de una trama
Detección de tonos

• La energía de una trama implica un sumatorio de
  multiplicaciones.
• Se puede aproximar por un sumatorio de valores
  absolutos.
• Como vamos a comparar tramas de igual tamaño,
  podemos ahorrarnos la división por N (energía
  absoluta).

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DFT de una trama (I)
Detección de tonos

• La DFT de una trama en la frecuencia f1 equivale
  a multiplicar la trama por 2 sinusoides (seno y
  coseno) de frecuencia f1.
• Podemos tener los valores de las sinusoides
  precalculados en una tabla en memoria.
• Podemos ahorrarnos la división por N.

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DFT de una trama (II)
Detección de tonos
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Detección y decodificación
Software

• 2 fases
• Detección, usando la energía de cada trama, del
  comienzo y fin de cada dígito.
• Decodificación del tono determinar si es de 100
  Hz o 200 Hz o es espúreo

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Diagrama de estados
Detección de tonos
Paso a automático
Pulsación de dígitos
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Estructura
Software

• Seguiremos unas normas rígidas y obligatorias.
• Es obligatorio hacer copias de seguridad de cada
  sesión de prácticas a la que asistáis.
• Un programa en ensamblador constará
  obligatoriamente de 5 partes
• Constantes.
• Variables globales.
• Subrutinas.
• Rutinas de atención a interrupción.
• Programa principal.

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Variables
Software

• Salvo que tengamos problemas de tiempo, es
  preferible emplear variables globales en vez de
  registros globales (mayor claridad)
• Nombres estandarizados obligatorios
  sustantivoadjetivo, sustantivoinfinitivo.
• MuestraProcesar, estadoActual...
• Sólo los primeros 8 caracteres son significativos
• OJO Las variables y registros globales son
  difíciles de usar cuando hay interrupciones al
  procesar una interrupción es mejor guardar y
  recuperar todos los registros en la pila, incluso
  los aparentemente no usados (TRAP 14).

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Subrutinas
Software

• Si reciben parámetros, lo harán por registro o
  por pila (no por medio de variables globales
  auxiliares).
• Si reciben 3 o menos parámetros, mejor emplear
  registros (D1,D2,D3).
• Para devolver un resultado, empleamos D0
• Seamos sistemáticos y documentemos el código.

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Depuración
Software

• Cuando se escribe un programa, nunca funciona a
  la primera gt depurar.
• Depurar paso a paso las interrupciones de tiempo
  real es difícil gt depuración por pantalla,
  depuración por tramas.
• Trap 14 nos permite leer del teclado del PC y
  escribir en su pantalla (PORTIN1, OUTPUT, INCHE,
  OUTCH, HEX2DEC, GETNUMA).
• Consultad cadena.asm
• La rutina de atención a la TRAP no se puede
  ejecutar paso a paso.

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Depuración
Software
EJEMPLO DE USO DE ALGUNAS FUNCIONES QUE
PROPORCIONA LA TRAP 14 SISTEMA EQU 14
Llamada al sistema (TRAP 14) OUTPUT EQU
243 Función para escribir una cadena de
caracteres a partir de la posición en la
que se está el cursor en la pantalla del PC
(hay que usar la TRAP 14) PORTIN1 EQU
241 Función PORTIN1 lee una cadena de
caracteres del teclado
del PC (hay que usar la TRAP 14) CR EQU
13 código ASCII del retorno de carro
permite retroceder el cursor hasta la 1ª
columna de la pantalla LF EQU 10
código ASCII del avance de línea permite pasar el
cursor a la línea siguiente sin que
retroceda el cursor prompt DC.B 'Introduzca
una cadena (máximo 127 caracteres)'
DC.B CR retorno de carro DC.B
LF avance de línea buffer DS.B 127
Buffer cadena donde leer lo que usuario
teclee INICIO lea.l prompt,A5
dirección de comienzo del mensaje lea.l
buffer,A6 dirección de final del mensaje 1
move.l OUTPUT,D7 seleccionamos la función de
salida por pantalla trap SISTEMA
damos la orden de escribir en pantalla
lea.l buffer,A5 dirección de comienzo del
buffer donde leer lo que usuario escribe
en el teclado del PC. move.l PORTIN1,D7
trap SISTEMA se queda esperando a que el
usuario escriba algo por teclado y lo
termine pulsando ENTER (hasta que no se pulse
enter sigue leyendo del teclado) ...
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Desarrollo orientativo (I)
Software

• Sesión 1
• familiarizarse con la entrenadora y el entorno
  ED68K (programas de ejemplo cocheFantastico.asm y
  cadena.asm).
• caracterizar los opto-acopladores de protección,
  escribiendo su primer programa empleando una
  interrupción periódica, (esqueleto del programa
  final de la práctica).
• Sesiones 2 y 3
• Diseñar y montar el módulo de muestreo. Modificar
  el programa anterior para generar las señales que
  necesita el convertidor analógico digital.
  Capturar correctamente un nivel de continua.
• Guardar en memoria una o varias tramas de
  muestras digitalizadas (buffer) y atacar al ADC
  con sinusoides, triangulares, etc

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Desarrollo orientativo (II)
Software

• Sesiones 4 y 5
• E la vez que captura una trama de señal, sea
  capaz de procesar las DFTs y calcular la energía.
  Probar, con tonos de varias frecuencias.
• Empleando las energías calculadas, detectar el
  comienzo y el fin de cada pulsación de un tono,
  ajustando el umbral de detección.
• Sesiones 6 y 7
• Al final de la pulsación de cada tono nos muestre
  el dígito detectado, y que este es siempre el
  correcto.
• Comparar la secuencia recibida con los posibles
  patrones, a fin de decidir si el usuario es
  normal, es súper-usuario o es un intruso, y
  realizar las acciones oportunas en cada caso.

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Desarrollo orientativo (y III)
Software

• Sesión 8
• Añadir el reloj que se actualiza en la
  interrupción, se inicializa al principio del
  programa (cuando todavía no están habilitadas las
  interrupciones) y se muestra por la pantalla del
  PC en el programa principal.
• Usar la hora para comprobar si la clave es válida
  en la hora actual.
• Sesión 9
• Implementar el timeout.
• Pruebas finales.

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Uso del Laboratorio
Comentarios generales

• Optimizad el uso de los turnos
• Fuera del Laboratorio
• Diseñad sobre papel y escribid parte del SW
• Montad e interconectad los integrados
• Dentro del Laboratorio
• Medidas
• Investigad los fallos en el HW y SW
• Corregid el programa

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Material necesario
Comentarios generales

• Mínimo imprescindible
• El mismo que para LCEL
• Cable plano de 26 hilos y conectores DB25
• Recomendaciones generales
• Inserción, PCB, wire-wrapping
• Inserción es MUY POCO FIABLE, pero es el más
  cómodo y barato.
• Wire-wrapping es MUY FIABLE, pero es algo más
  caro e incómodo si cometéis
• PCB es una mejora

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Mejoras (I)
Mejoras

• Especificaciones mínimas correctas y prototipo
  funcionando ? hasta un 8,5
• Por encima de eso ? mejoras
• No se trata de repetir módulos idénticos
• Ojo con las mejoras pueden implicar MUCHA
  complejidad
• Comenzad por lo básico
• Tened en mente alguna mejora (secundario)

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Mejoras (II)
Mejoras

• Menú de súper-usuario cambiar claves, cambiar
  hora, salir.
• Módulo de salida de usuario visualizar la clave
  conforme se va introduciendo.
• LCD,7 segmentos.
• Incrementar el número de frecuencias.
• Módulo de entrada portátil teclado matricial.

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Mejoras (y III)
Mejoras

• Módulo de entrada/salida programable.
• HP, PalmPilot.
• Canal de infrarrojos o radiofrecuencia
• Módulo de salida por voz (cto. de reloj, latches,
  D/A, filtros).
• Acceso por voz.
• Montaje en PCB.
• Voluntarias .

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Leed con detenimiento el enunciado de la
práctica, las notas complementarias y las normas
de funcionamiento del LaboratorioCumplid a
rajatabla las indicaciones, por favor
36
http//www-gth.die.upm.es/macias/lsed.html
37
Preguntas?