Автор: Плоппа Оксана Георгиевна
Должность: УГК Ползунова
Учебное заведение: УГК Ползунова
Населённый пункт: Екатеринбург
Наименование материала: Методическая разработка
Тема: Применение сдвиговых регистров
Раздел: среднее профессиональное
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И МОЛОДЕЖНОЙ ПОЛИТИКИ
СВЕРДЛОВСКОЙ ОБЛАСТИ
ГАПОУ СО «УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОЛЛЕДЖ ИМ И.И. ПОЛЗУНОВА»
Практическое применение сдвиговых регистров
Методические указания к практической работе по дисциплине
ОП.04 Электроника и схемотехника
специальности
10.02.05 «Обеспечение информационной безопасности
автоматизированных систем»
Составитель: О.Г. Плоппа
Екатеринбург 2023
2
Цель работы: Закрепить знания студентов по теме «Регистры» на примере
построения цифровых логических устройств «Скремблер» и «Дескремблер»
1.
Теоретическая часть
Регистры сдвига используются в технологиях скремблирования.
Скремблирование — это обратимое преобразование цифрового потока без
изменения
скорости
передачи
с
целью
получения
свойств
случайной
последовательности.
После
скремблирования
появление
«1»
и
«0»
в
выходной последовательности равновероятны.
Скремблирование — обратимый процесс, то есть исходное сообщение можно
восстановить, применив обратный алгоритм - Дескремблирование.
Рисунок 1 – Структурная схема преобразования цифрового потока
2
Практическая часть
2.1 Алгоритм простейшего скремблера:
Bi = Ai XOR Bi-n XOR Bi-m, i = 1, 2, 3, …, k,
(1)
3
где: Bi – двоичная цифра результирующего кода, полученная на i-м
такте работы скремблера; Ai - двоичная цифра исходного кода, поступающая
на
i-м
такте
на
вход
скремблера;
Bi-n
и
Bi-m
–
двоичные
цифры
результирующего
кода,
полученные
на
предыдущих
тактах
работы
скремблера, соответственно на n и m тактов ранее текущего такта; XOR –
логическая
операция
исключающего
ИЛИ
(сложение
по
модулю
2);
k
–
количество бинарных цифр в исходном A и в результирующем B кодах.
2.2.
Алгоритм дескремблера:
Ci = Bi XOR Bi-n XOR Bi-m, i = 1, 2, 3, …, k,
2.3.
Для построения принципиальной схемы устройства преобразования
цифрового потока необходимо использовать многофункциональную
программу для автоматизированного проектирования электронных
схем PROTEUS 8.13
2.4.
Для выполнения процедуры скремблирования и дескремблирования
использовать регистр сдвига на триггерах (рисунок 2)
Рисунок 2 – Принципиальная схема последовательного регистра сдвига
2.5.
Для
организации
входного
цифрового
потока
данных
использовать
сдвиговый
регистр
на
микросхеме
74HC165
,
который
преобразует
параллельный поток данных в последовательный (Рисунок 3)
4
Рисунок 3– Восьми разрядный регистр сдвига на микросхеме 74HC165
и восьмиразрядный регистр сдвига на D триггерах
2.6.
Для
организации
выходного
цифрового
потока
данных
использовать
сдвиговый
регистр
на
микросхеме
74HC595
,
который
преобразует
последовательный поток поток данных в параллельный (Рисунок 4)
Рисунок 4–16 разрядный регистр сдвига на микросхеме 74HC595
2.7.
Принципиальная схема 8 разрядного Скремблера с использованием
микросхем и D триггеров
5
2.8.
Варианты исходных кодов A представлены в Приложении 1.
3
Задание для самостоятельной работы
3.1
Для
заданной
последовательности
бит
(код
А
bin
)
построить
принципиальную схему Скемблера +Дескремблера
3.2
Проверить правильность работы схемы , используя скремблирование
дескремблирование по алгоритму
3.3
Вариант
алгоритма
скремблирования
и
дескремблирования
определяется параметрами «n», «m» и «k» (Приложение 1).
3.4
Сравнить коды A
hex
и B
hex
(в шестнадцатеричном представлении).
3.5
Сравнить исходный код A
h
ex
и С
h
ex,
где С
h
ex
– код, полученный после
дескремблирования.
3.6
Пример расчёта кодов скремблера представлен в Приложении 2.
6
Приложение 1.
Таблица 1. Исходные данные
Вариант
Код А
bin
Код A
hex
n
m
k
1
1010101111001101
ABCD
2
3
16
2
1011110011011110
BCDE
2
4
16
3
1100110111101111
CDEF
2
5
16
4
1101111011111010
DEFA
2
6
16
5
1110111110101011
EFAB
3
4
16
6
1111101010111100
FABC
3
5
16
7
1001101110001101
9B8D
3
6
16
8
1011100011010111
B8D7
3
7
16
9
100011010111111110011011
8D7F
2
3
16
10
110101111111100110111000
D7F9
2
4
16
11
011111111001101110001101
7F9B
2
5
16
12
111110011011100011010111
F9B8
2
6
16
13
101010011010100011010111
A9A8
3
4
16
14
100110101000110001111110
9A8C
3
5
16
15
101010001100011111101001
A8C7E9
3
6
16
Приложение 2
Пример проверки кодов скрембера и дескремблера
1.
Скремблирование
Вариант исходно кода:
А
bin
= 1100|0101|1100|1101|1100|0000 A
hex
= C5CDC0
Вариант алгоритма скремблирования:
B1=A1=1
B2=A2=1
B3=A3=0
B4=A4
⊕
B1=0
⊕
1=1
B5=A5
⊕
B2=0
⊕
1=1
B6=A6
⊕
B3
⊕
B1=1
⊕
0
⊕
1=0
B7=A7
⊕
B4
⊕
B2=0
⊕
1
⊕
1=0
B8=A8
⊕
B5
⊕
B3=1
⊕
1
⊕
0=0
B9=A9
⊕
B6
⊕
B4=1
⊕
0
⊕
1=0
B10=A10
⊕
B7
⊕
B5=1
⊕
0
⊕
1=0
B11=A11
⊕
B8
⊕
B6=0
⊕
0
⊕
0=0
B12=A12
⊕
B9
⊕
B7=0
⊕
0
⊕
0=0
B13=A13
⊕
B10
⊕
B8=1
⊕
0
⊕
0=1
B14=A14
⊕
B11
⊕
B9=1
⊕
0
⊕
0=1
B15=A15
⊕
B12
⊕
B10=0
⊕
0
⊕
0=0
B16=A16
⊕
B13
⊕
B11=1
⊕
1
⊕
0=0
B17=A17
⊕
B14
⊕
B12=1
⊕
1
⊕
0=0
B18=A18
⊕
B15
⊕
B13=1
⊕
0
⊕
1=0
B19=A19
⊕
B16
⊕
B14=0
⊕
0
⊕
1=1
B20=A20
⊕
B17
⊕
B15=0
⊕
0
⊕
0=0
B21=A21
⊕
B18
⊕
B16=0
⊕
0
⊕
0=0
B22=A22
⊕
B19
⊕
B17=0
⊕
1
⊕
0=1
B23=A23
⊕
B20
⊕
B18=0
⊕
0
⊕
0=0
B24=A24
⊕
B21
⊕
B19=0
⊕
0
⊕
1=1
B
bin
=1101|1000|0000|1100|0010|0101 B
hex
= D80C25
2.
Сравнение кодов B
и A
Коды A
и B
полностью не совпадают.
8
3.
Дескремблирование
Скремблированный код:
B
bin
=1101|1000|0000|1100|0010|0101 B
hex
= D80C25
Алгоритм дескремблера
.
C1=B1=1
C2=B2=1
C3=B3=0
C4=B4
⊕
B1=1
⊕
1=0
C5=B5
⊕
B2=1
⊕
1=0
C6=B6
⊕
В3
⊕
В1=0
⊕
0
⊕
1=1
C7=B7
⊕
B4
⊕
B2=0
⊕
1
⊕
1=0
C8=B8
⊕
B5
⊕
B3=0
⊕
1
⊕
0=1
C9=B9
⊕
C6
⊕
C4=0
⊕
0
⊕
1=1
C10=B10
⊕
B7
⊕
B5=0
⊕
0
⊕
1=1
C11=B11
⊕
B8
⊕
B6=0
⊕
0
⊕
0=0
C12=B12
⊕
B9
⊕
B7=0
⊕
0
⊕
0=0
C13=B13
⊕
B10
⊕
B8=1
⊕
0
⊕
0=1
C14=B14
⊕
B11
⊕
B9=1
⊕
0
⊕
0=1
C15=B15
⊕
B12
⊕
B10=0
⊕
0
⊕
0=0
C16=B16
⊕
B13
⊕
B11=0
⊕
1
⊕
0=1
C17=B17
⊕
B14
⊕
B12=0
⊕
1
⊕
0=1
C18=B18
⊕
B15
⊕
B13=0
⊕
0
⊕
1=1
C19=B19
⊕
B16
⊕
B14=1
⊕
0
⊕
1=0
C20=B20
⊕
B17
⊕
B15=0
⊕
0
⊕
0=0
C21=B21
⊕
B18
⊕
B16=0
⊕
0
⊕
0=0
C22=B22
⊕
B19
⊕
B17=1
⊕
1
⊕
0=0
C23=B23
⊕
B20
⊕
B18=0
⊕
0
⊕
0=0
C24=B24
⊕
B21
⊕
B19=1
⊕
0
⊕
1=0
C
bin
= 1100|0101|1100|1101|1100|0000 C
hex
= C5CDC0
4.
Сравнение кодов C
и A
Коды C
и A
полностью совпадают.