Рефетека.ру / Коммуникации и связь

Курсовая работа: Системы сети передачи данных

Курсовой проект

“Системы сети передачи данных”


Выполнил: Васяк О.В.

Проверил: Локтикова Т.М.


Житомир 2003

Содержание


Введение

Техническое задание

Разработка структурной схемы

Разработка функциональной схемы

Выбор способа восстановления аналогового сигнала по его отсчётам

Расчёт параметров и выбор типа АЦП

Расчёт параметров помехоустойчивого кода

Расчет вероятностных характеристик. Расчёт вероятности ошибочного приёма кодовой комбинации

Расчёт вероятности правильного приёма кодовой комбинации

Оценка полосы пропускания

Разработка принципиальной схемы

Выводы

Список используемой литературы

Аннотация


В данном курсовом проекте разработан передающий полукомплект кодоимпульсной системы телеизмерения. Разработана структурная, функциональная, электрическая принципиальная схемы полукомплекта. Построена временная диаграмма.

Введение


В основе любой технической системы управления и функционирования лежат информационные процессы, связанные с первичным отбором, сбором, предварительной обработкой информации и ее передачи. В тех случаях, когда объекты территориально разобщены или удалены от пункта управления, возникает задача в передаче информации из контролируемого пункта, на котором объекты сосредоточены в одном месте, к пункту управления. Задача, которая решается в данном курсовом проекте применение передающего полукомплекта кодоимпульсной системы телеизмерения для посылки в линию связи сигналов телеизмерения, позволяющих подробно охарактеризовать состояние и изменения состояния объекта и дающие количественную оценку состояния, отвечая на вопрос о значении изменяемого параметра. Параметры телеизмерения получают с помощью первичных преобразователей (датчиков). Увеличение помехоустойчивости передаваемого сигнала обеспечивается помехоустойчивым кодированием. В качестве помехозащищенного кода используется код Хемминга.

Техническое задание


Число каналов телеизмерения, Системы сети передачи данных2

Характеристики входных сигналов для всех каналов:

полоса частот, Системы сети передачи данных, Гц20

Диапазон изменения величины входного сигнала:


Системы сети передачи данных, В Системы сети передачи данных


Способ уплотнения линии связи: временной

Обратный канал: отсутствует

Основная приведённая погрешность, вносимая АЦП

и восстановлением сигнала по его отсчету, не должна превышать, Системы сети передачи данных 0,25

Требования к помехоустойчивому коду:

Должен обеспечивать исправление всех однократных ошибок: d0=3

Кодовая комбинация для каждого отсчёта должна содержать: номер датчика, значение измеряемой величины и проверочные символы.

Вид помехоустойчивого кода: Хемминга

Параметры двоичного кода:

вероятность ошибки при приёме кодового символа, р: 1Ч10 -2

Показатель группировки ошибок в канале, Системы сети передачи данных: 0,8

Разработка структурной схемы


В основе любой кодоимпульсной системы лежит принцип передачи импульсно-кодовых сигналов в виде кодовых комбинаций в канал связи. Исходя из этого и анализируя задание, разрабатываем структурную схему всей системы. Сигналы от датчиков передаются на вход системы через аналоговый коммутатор каналов. Следующим функциональным блоком является АЦП, который преобразует поступающий на вход устройства от датчика аналоговый сигнал о состоянии объекта в цифровой код. Необходим также блок выборки и хранения. Этот блок может входить в состав АЦП. Если же этот блок в АЦП отсутствует, то дополнительно перед АЦП ставится устройство выборки и хранения.

Кодовая комбинация на выходе должна содержать код датчика телеизмерений, поэтому в схему вводиться формирователь кода номера датчика (ФКНД). Затем подключается схема кодера.

В данном курсовом проекте разрабатывается код Хемминга. Для управления кодером и схемой в схему входит устройство управления (УУ). За кодером следует линейный блок (ЛБ). С линии связи сигнал поступает на декодер через ЛБ. После декодирования информации наш сигнал поступает к пульту управления (ПУ).

Структурная схема устройства приведена в приложении 1.

Работа схемы состоит в следующем: аналоговый сигнал усиливается в усилителе (УС), устройство управления (УУ) посредством ФКНД поочередно подключает данные датчиков через коммутатор каналов (КК) к АЦП, который вырабатывает код измеряемого напряжения в параллельный двоичный код. В кодере двоичный код преобразуется в помехозащищенный код Хемминга, который поступает в ЛБ. Затем информация поступает в линию связи, в которой на наш сигнал действуют помехи. После, для того чтоб подать наш сигнал на ПУ я его декодирую в кодере Хемминга.

Разработка функциональной схемы


В приложении 2 собрана функциональная схема передающего полукомплекта кодоимпульсной системы. Сигналы от датчиков коммутируются мультиплексором. Он должен содержать не меньше 2 аналоговых входов и 1 входа управления (log2 2=1). Последовательный сигнал от датчиков следится счётчиком СТ2. Потом аналоговый сигнал поступает на АЦП. Цифровой сигнал с АЦП поступает на кодер состоящий из элементов по мод.2, которые генерируют проверочные символы и регистра, который преобразует параллельный код в последовательный. Схема управления собрана на одном счётчике, дешифраторе и триггере. С прямого выхода триггера сигнал поступает на вход управления регистра и вход "запуск АЦП". А с 15 выхода дешифратора сигнал подаётся на вход обнуления счётчика СТ1 и на вход С счётчика СТ2. За Д1 и Д2 отвечает сигнал 0 и 1 с выхода нулевого разряда СТ2. Когда на выходе СТ2 появиться 102, этот сигнал подаётся на элемент И, который обнуляет счётчик СТ2.


Выбор способа восстановления аналогового сигнала по его отсчётам


Способ восстановления сигнала по отсчётам определяет погрешность дискретизации Системы сети передачи данных. Восстановление сигнала выполняется с помощью вычислителей, использующих один из методов интерполяции.

При реализации полиномиальной интерполяции различают ступенчатую, линейную, квадратичную или соответственно интерполяцию нулевого, первого и второго порядка.

Так как допустимая основная приведенная погрешность достаточно велика, то нет необходимости использовать интерполяционный полином высокого порядка. Достаточно будет выбрать линейную интерполяцию.

Расчёт параметров и выбор типа АЦП


По условию технического задания основная приведенная погрешность Системы сети передачи данных, вносимая АЦП с восстановлением аналогового сигнала по цифровому не должна превышать 0,25%, она определяется по формуле:


Системы сети передачи данных (7.1)


где, Системы сети передачи данных - погрешность из-за неидеального восстановления непрерывного сигнала по отсчетам (погрешность дискретизации); Системы сети передачи данных - погрешность из-за конечного времени выборки сигналов; Системы сети передачи данных - погрешность вызванная квантованием сигналов; Системы сети передачи данных - инструментальная погрешность, вызванная разбросом параметров элементов, неточностью питающих напряжений, наводками и т.д. Погрешность дискретизации для сигналов у которых Системы сети передачи данных для сигналов у которых спектральная плотность близка к прямоугольной и ограничена частотой Fmax, связана с периодом дискретизации следующим образом: а) при ступенчатой интерполяции Системы сети передачи данных (7.2), б) при линейной интерполяции Системы сети передачи данных (7.3), в) при квадратичной интерполяции Системы сети передачи данных (7.4). Результирующая погрешность распределяется поровну по всем составляющим:


Системы сети передачи данных


Будем полагать, что АЦП должен поочередно преобразовать отсчет от первого до второго датчика. Определим период дискретизации:


Системы сети передачи данных


Поскольку период дискретизации АЦП выполняет 2 преобразования, то его время преобразования:


Системы сети передачи данных (7.5)


Максимальная скорость изменения сигнала будет для составляющей с частотой Системы сети передачи данных и амплитудой (Системы сети передачи данных) /2. Здесь Системы сети передачи данных и Umin верхняя и нижняя границы значений сигнала. При этих условиях Системы сети передачи данных в% определяется:


Системы сети передачи данных, (7.6)


Откуда определяем время выборки:


Системы сети передачи данных (7.7)


Таким образом, период АЦП или в его составе должно быть устройство выборки и запоминания, время которого не превышало бы 0,134 мкс, при отсутствии такого устройства время преобразования АЦП не должно быть более 0,4225 мс. Число разрядов АЦП находим по формуле:


Системы сети передачи данных (7.8)


При заданных приделах изменения входного сигнала шаг квантования АЦП:


Системы сети передачи данных (7.9)


Приведенные выше расчеты позволяют осуществить выбор АЦП. При выборе учитывается, что приведенная инструментальная ошибка не должна превышать 0,0625%.

Учитывая все выше изложенное, выбираем АЦП типа AD7812.

Она представляет собой 10-разрядный аналогово-цифровой преобразователь,8-ми канальный, время преобразования которого 2,3мкс, выполненный по КМОП - технологии. АЦП работает с однополярным питание от 2.7 до 5.5 В. Входное аналоговое напряжение должно иметь уровень от 0 до VDD, где VDD напряжение питания. В нашем случае необходимо взять +5В. Так как АЦП выполнено по КМОП технологии, то нам нет необходимости применять преобразователи уровня, а наличие встроенного коммутатора на 8 каналов позволят нам не применят отдельно коммутатор каналов.


Расчёт параметров помехоустойчивого кода


По условию задания у меня вид помехоустойчивого кода - код Хемминга. Код должен обеспечивать исправление всех однократных ошибок, кодовая комбинация должна содержать номер датчика, значение измеряемой величины и проверочные символы.


Системы сети передачи данных (8.1)


В свою очередь, Системы сети передачи данных (8.2)

Где Системы сети передачи данных - количество разрядов АЦП, необходимых для преобразования аналогового сигнала датчика в цифровой;

Системы сети передачи данных - количество разрядов, необходимых для выбора одного из двух каналов. Тогда согласно выражению (8.2) Системы сети передачи данных. Из выражения (8.1) находим Системы сети передачи данных (Системы сети передачи данных). Для Системы сети передачи данных и Системы сети передачи данных строим проверочную матрицу:


Системы сети передачи данных


По проверочной матрице записываю проверочные уравнения:


Системы сети передачи данных (8.3)


Из проверочных уравнений записываю выражения для проверочных символов:


Системы сети передачи данных


Полученные выражения для проверочных символов дают алгоритм кодирования. Таким образов кодирование кодом Хемминга можно получить с помощью сумматоров по модулю 2.

Расчет вероятностных характеристик. Расчёт вероятности ошибочного приёма кодовой комбинации


Во многих реальных двоичных каналах наблюдается явление группирования ошибок, которое выражается в резком увеличении вероятности трансформации символов на небольших интервалах времени. В промежутках между ними ошибки появляются редко.

Существуют различные модели таких каналов с памятью. Наиболее простая их них и в тоже время наиболее эффективная описывается двумя параметрами: средней вероятностью р искажения двоичного символа и показателем Системы сети передачи данных группирования ошибок. Вероятность Системы сети передачи данных появления в кодовой комбинации из n символов m или более ошибок определяется выражением:


Системы сети передачи данных (9.1)


Расчёт вероятности правильного приёма кодовой комбинации


Расчёт вероятности правильного приёма кодовой комбинации производиться в соответствии с формулой (9.2):


Системы сети передачи данных (9.2)


Оценка полосы пропускания


Длительность кодовой посылки определяется по формуле:


Системы сети передачи данных; (10.1)


где Системы сети передачи данных - интервал дискретизации,

Системы сети передачи данных - длина кодовой комбинации,

Системы сети передачи данных - количество каналов телеизмерения.

Получим


Системы сети передачи данных


Ширина полосы пропускания:


Системы сети передачи данных (10.2)


где Системы сети передачи данных - коэффициент воспроизведения импульса (Системы сети передачи данных), возьму Системы сети передачи данных


Системы сети передачи данных


Можно сделать вывод о том, что полоса пропускания линии связи составляет не более 37,88 кГц.


Разработка принципиальной схемы


За основу взята серия К564 с КМОП логикой из следующих соображений: эти устройства обладают высокой помехоустойчивостью, устраивающим нас быстродействием, высокой надежностью, большим диапазоном рабочих температур, низким энергопотреблением.

Применим многоканальный АЦП, благодаря чему блок коммутации будет входить в состав АЦП.

В качестве регистра RG1 используется универсальный регистр К564ИР6. Для записи, преобразования с параллельного в последовательный код 18-ти разрядного кода берем три микросхемы К564ИР6 и соединяем их следующим образом: восемь разрядов подаем на 1-й регистр, и восемь подаем на 2-й регистр, а оставшиеся 2 разряда подаем на третий регистр.

Последовательный код снимаем с четвёртого выхода третьего регистра.

Для построения схемы управления мультиплексором и самой схемой необходимо два четырёхразрядных счётчика. Для этой цели выбираем микросхему К564ИЕ10, в одном корпусе которой находятся два четырёхразрядных двоичных счётчика. Также в схему управления нужен пятнадцатиразрядный дешифратор. Выбираю схему К564ИД4, представляющая собой восьмиразрядный дешифратор. Мне необходимо две такие микросхемы и один инвертор (для выбора дешифратора).

Для организации коэффициента перерасчёта второго счётчика равного 2 необходим элемент "И". Такой элемент реализован на микросхеме К564ЛА7. Так как его выходы инверсные, то мне ещё понадобиться инвертор.

В качестве элементов, которые генерируют проверочные символы в кодере, выбираю микросхему К564ЛП2. В качестве RS - триггера беру микросхему К564ТМ2, у которой не используются входа D и С.

Выводы


В результате выполнения курсового проекта был разработан передающий полукомплект кодоимпульсной системы телеизмерений.

Разработанный полукомплект полностью отвечает всем требованиям технического задания.

Система разработана с использованием серийно выпускаемых ИМС КМОП - технологии.

Разработанный полукомплект кодоимпульсной системы телеизмерений можно применить в системах телемеханики, где необходимо передавать значения напряжения, которое снимается с датчиков в пределах от 0 до +5 вольт в линию связи.

Система использует помехозащищенное кодирование с использованием кода Хемминга, что гарантирует большую вероятность приема достоверной информации на приемной стороне.

Список используемой литературы


1. Тутевич В.Н. Телемеханика. - М.: Высш. школа, 1985. - 423 с.

2. Пшеничников А.М., Портнов М.Л. Телемеханические системы на интегральных микросхемах. - М.: Энергия, 1977. - 296 с.

3. Интегральные микросхемы.: Справочник/ под ред. Б.В. Тарабрина. - М.: Радио и связь, 1984. - 528 с.

4. Проектирование дискретных устройств на интегральных схемах. Мальцев П.П. и др. - М.; Радио и связь. Справочник. 1990.

5. Б.Г. Федорков, В.А. Телец. Микросхемы ЦАП и АЦП: функционирование, параметры, применение. - М.; Энергоатомиздат, 1990.

Приложение


Временные диаграммы в характерных точках принципиальной схемы


Системы сети передачи данных


Системы сети передачи данных


Системы сети передачи данных

Рефетека ру refoteka@gmail.com