Курсовий проект
"Системи мережі передачі даних"
Виконав: Васяк О.В.
Перевірив: Локтікова Т.М.
Житомир 2003
Зміст
Введення
Технічне завдання
Розробка структурної схеми
Розробка функціональної схеми
Вибір способу відновлення аналогового сигналу за його відліками
Розрахунок параметрів і вибір типу АЦП
Розрахунок параметрів завадостійкого коду
Розрахунок імовірнісних характеристик. Розрахунок ймовірності помилкового прийому кодової комбінації
Розрахунок ймовірності правильного прийому кодової комбінації
Оцінка смуги пропускання
Розробка принципової схеми
Висновки
Список використаної літератури
Анотація
У даному курсовому проекті розроблений передавальний полукомплектов кодоімпульсной системи телевимірювання. Розроблено структурну, функціональна, електрична принципова схеми полукомплектов. Побудована тимчасова діаграма.
Введення
В основі будь-якої технічної системи управління та функціонування лежать інформаційні процеси, пов'язані з первинним відбором, збором, попередньою обробкою інформації та її передачі. У тих випадках, коли об'єкти територіально роз'єднані або віддалені від пункту управління, виникає завдання в передачі інформації з контрольованого пункту, на якому об'єкти зосереджені в одному місці, до пункту управління. Завдання, що вирішується в даному курсовому проекті застосування передавального полукомплектов кодоімпульсной системи телеізмеренія для посилки в лінію зв'язку сигналів телевимірювання, дозволяють детально охарактеризувати стан і зміни стану об'єкта і дають кількісну оцінку стану, відповідаючи на запитання про значення змінюваного параметра. Параметри телеізмеренія отримують за допомогою первинних перетворювачів (датчиків). Збільшення завадостійкості переданого сигналу забезпечується завадостійким кодуванням. Як перешкодозахисного коду використовується код Хеммінга.
Технічне завдання
Число каналів телевимірювання, 2
Характеристики вхідних сигналів для всіх каналів:
смуга частот, , Гц20
Діапазон зміни величини вхідного сигналу:
, У
Спосіб ущільнення лінії зв'язку: тимчасової
Зворотний канал: відсутній
Основна приведена похибка, що вноситься АЦП
і відновленням сигналу за його відліку, не повинна перевищувати, 0,25
Вимоги до завадостійкого коду:
Повинен забезпечувати виправлення всіх одноразових помилок: d 0 = 3
Кодова комбінація для кожного відліку має містити: номер датчика, значення вимірюваної величини і перевірочні символи.
Вид завадостійкого коду: Хеммінга
Параметри двійкового коду:
ймовірність помилки при прийомі кодового символу, р: 1 × 10 -2
Показник угруповання помилок в каналі, : 0,8
Розробка структурної схеми
В основі будь-кодоімпульсной системи лежить принцип передачі імпульсно-кодових сигналів у вигляді кодових комбінацій в канал зв'язку. Виходячи з цього і аналізуючи завдання, розробляємо структурну схему всієї системи. Сигнали від датчиків передаються на вхід системи через аналоговий комутатор каналів. Наступним функціональним блоком є АЦП, який перетворює поступає на вхід пристрою від датчика аналоговий сигнал про стан об'єкта в цифровий код. Необхідний також блок вибірки та зберігання. Цей блок може входити до складу АЦП. Якщо ж цей блок в АЦП відсутній, то додатково перед АЦП ставиться пристрій вибірки та зберігання.
Кодова комбінація на виході має містити код датчика телевимірювань, тому в схему вводитися формувач коду номера датчика (ФКНД). Потім підключається схема кодера.
У даному курсовому проекті розробляється код Хеммінга. Для управління кодером і схемою в схему входить пристрій управління (ПУ). За кодером слід лінійний блок (ЛБ). З лінії зв'язку сигнал поступає на декодер через ЛБ. Після декодування інформації наш сигнал надходить до пульта управління (ПУ).
Структурна схема пристрою наведена в додатку 1.
Робота схеми полягає в наступному: аналоговий сигнал підсилюється в підсилювачі (УС), пристрій управління (УУ) за допомогою ФКНД по черзі підключає дані датчиків через комутатор каналів (КК) до АЦП, який виробляє код вимірюваної напруги в паралельний двійковий код. У кодере двійковий код перетворюється в помехозащищенности код Хеммінга, який надходить в ЛБ. Потім інформація надходить в лінію зв'язку, в якій на наш сигнал діють перешкоди. Після, для того щоби подати наш сигнал на ПУ я його декодуються в кодере Хеммінга.
Розробка функціональної схеми
У додатку 2 зібрана функціональна схема передавального полукомплектов кодоімпульсной системи. Сигнали від датчиків комутуються мультиплексором. Він повинен містити не менше 2 аналогових входів і 1 входу управління (log 2 лютого = 1). Послідовний сигнал від датчиків наступного лічильника СТ2. Потім аналоговий сигнал надходить на АЦП. Цифровий сигнал з АЦП надходить на кодер складається з елементів по мод.2, які генерують перевірочні символи і регістру, який перетворює паралельний код в послідовний. Схема управління зібрана на одному лічильнику, дешифратор та тригері. З прямого виходу тригера сигнал надходить на вхід управління регістра і вхід "запуск АЦП". А з 15 виходу дешифратора сигнал подається на вхід обнулення лічильника СТ1 і на вхід С лічильника СТ2. За Д1 і Д2 відповідає сигнал 0 і 1 з виходу нульового розряду СТ2. Коли на виході СТ2 з'явитися 10 2, цей сигнал подається на елемент І, який обнуляє лічильник СТ2.
Вибір способу відновлення аналогового сигналу за його відліками
Спосіб відновлення сигналу по відліках визначає похибка дискретизації . Відновлення сигналу виконується за допомогою обчислювачів, що використовують один з методів інтерполяції.
При реалізації поліноміальної інтерполяції розрізняють ступеневу, лінійну, квадратичну або відповідно інтерполяцію нульового, першого і другого порядку.
Так як допустима основна приведена похибка досить велика, то немає необхідності використовувати інтерполяційний поліном високого порядку. Достатньо буде вибрати лінійну інтерполяцію.
Розрахунок параметрів і вибір типу АЦП
За умовою технічного завдання основна приведена похибка , Що вноситься АЦП з відновленням аналогового сигналу з цифрового не повинна перевищувати 0,25%, вона визначається за формулою:
(7.1)
де, - Похибка через неідеального відновлення безперервного сигналу по відліках (похибка дискретизації);
- Похибка через кінцевого часу вибірки сигналів;
- Похибка спричинена квантуванням сигналів;
- Інструментальна похибка, викликана розкидом параметрів елементів, неточністю живлячих напруг, наводками і т.д. Похибка дискретизації для сигналів у яких
для сигналів у яких спектральна щільність близька до прямокутної і обмежена частотою F max, пов'язана з періодом дискретизації наступним чином: а) при ступінчастій інтерполяції
(7.2), б) при лінійній інтерполяції
(7.3), в) при квадратичної інтерполяції
(7.4). Результуюча похибка розподіляється порівну по всіх складових:
Будемо вважати, що АЦП повинен по черзі перетворити відлік від першого до другого датчика. Визначимо період дискретизації:
Оскільки період дискретизації АЦП виконує 2 перетворення, то його час перетворення:
(7.5)
Максимальна швидкість зміни сигналу буде для складової з частотою і амплітудою (
) / 2. Тут
і U min верхня і нижня межі значень сигналу. За цих умов
у% визначається:
, (7.6)
Звідки визначаємо час вибірки:
(7.7)
Таким чином, період АЦП або в його складі має бути пристрій вибірки і запам'ятовування, час якого не перевищувала б 0,134 мкс, за відсутності такого пристрою час перетворення АЦП не повинно бути більше 0,4225 мс. Число розрядів АЦП знаходимо за формулою:
(7.8)
При заданих приделах зміни вхідного сигналу крок квантування АЦП:
(7.9)
Наведені вище розрахунки дозволяють здійснити вибір АЦП. При виборі враховується, що наведена інструментальна помилка не повинна перевищувати 0,0625%.
Враховуючи все вище викладене, вибираємо АЦП типу AD7812.
Вона являє собою 10 - значний аналогово-цифровий перетворювач ,8-ми канальний, час перетворення якого 2,3 мкс, виконаний за КМОН - технології. АЦП працює з однополярним харчування від 2.7 до 5.5 В. Вхідний аналогове напруга має мати рівень від 0 до V DD, де V DD напруга живлення. У нашому випадку необхідно взяти +5 В. Так як АЦП виконано по КМОП технології, то нам немає необхідності застосовувати перетворювачі рівня, а наявність вбудованого комутатора на 8 каналів дозволять нам не застосують окремо комутатор каналів.
Розрахунок параметрів завадостійкого коду
За умовою завдання у мене вигляд завадостійкого коду - код Хеммінга. Код повинен забезпечувати виправлення всіх одноразових помилок, кодова комбінація повинна містити номер датчика, значення вимірюваної величини і перевірочні символи.
(8.1)
У свою чергу, (8.2)
Де - Кількість розрядів АЦП, необхідних для перетворення аналогового сигналу датчика в цифровий;
- Кількість розрядів, необхідних для вибору одного з двох каналів. Тоді відповідно до виразу (8.2)
. З виразу (8.1) знаходимо
(
). Для
і
будуємо перевірочну матрицю:
За перевірочної матриці записую перевірочні рівняння:
(8.3)
З перевірочних рівнянь записую вирази для перевірочних символів:
Отримані вирази для перевірочних символів дають алгоритм кодування. Таким образів кодування кодом Хеммінга можна отримати за допомогою суматорів за модулем 2.
Розрахунок імовірнісних характеристик. Розрахунок ймовірності помилкового прийому кодової комбінації
У багатьох реальних двійкових каналах спостерігається явище групування помилок, що виражається в різкому збільшенні ймовірності трансформації символів на невеликих інтервалах часу. У проміжках між ними помилки з'являються рідко.
Існують різні моделі таких каналів з пам'яттю. Найбільш проста з них і в той же час найбільш ефективна описується двома параметрами: середньої ймовірністю р спотворення двійкового символу і показником групування помилок. Імовірність
появи в кодової комбінації з n символів m або більше помилок визначається виразом:
(9.1)
Розрахунок ймовірності правильного прийому кодової комбінації
Розрахунок ймовірності правильного прийому кодової комбінації проводитися відповідно до формули (9.2):
(9.2)
Оцінка смуги пропускання
Тривалість кодової посилки визначається за формулою:
; (10.1)
де - Інтервал дискретизації,
- Довжина кодової комбінації,
- Кількість каналів телевимірювання.
Отримаємо
Ширина смуги пропускання:
(10.2)
де - Коефіцієнт відтворення імпульсу (
), Візьму
Можна зробити висновок про те, що смуга пропускання лінії зв'язку становить не більше 37,88 кГц.
Розробка принципової схеми
За основу взято серія К564 з КМОП логікою з таких міркувань: ці пристрої володіють високою завадостійкістю, що влаштовує нас швидкодією, високою надійністю, великим діапазоном робочих температур, низьким енергоспоживанням.
Застосуємо багатоканальний АЦП, завдяки чому блок комутації буде входити до складу АЦП.
Як регістру RG1 використовується універсальний регістр К564ІР6. Для запису, перетворення з паралельного в послідовний код 18-ти розрядного коду беремо три мікросхеми К564ІР6 і з'єднуємо їх наступним чином: вісім розрядів подаємо на 1-й регістр, і вісім подаємо на 2-й регістр, а що залишилися 2 розряду подаємо на третій регістр.
Послідовний код знімаємо з четвертого виходу третього регістра.
Для побудови схеми управління мультиплексором і самої схемою необхідно два чотирирозрядний лічильника. Для цієї мети вибираємо мікросхему К564ІЕ10, в одному корпусі якої знаходяться два чотирирозрядний двійкових лічильника. Також в схему управління потрібен пятнадцатіразрядний дешифратор. Вибираю схему К564ІД4, що представляє собою восьмирозрядний дешифратор. Мені необхідно дві такі мікросхеми і один інвертор (для вибору дешифратора).
Для організації коефіцієнта перерахунку другого лічильника рівного 2 необхідний елемент "І". Такий елемент реалізований на мікросхемі К564ЛА7. Так як його виходи інверсні, то мені ще знадобитися інвертор.
В якості елементів, які генерують перевірочні символи в кодере, вибираю мікросхему К564ЛП2. В якості RS - тригера беру мікросхему К564ТМ2, у якої не використовуються входу D і С.
Висновки
В результаті виконання курсового проекту був розроблений передавальний полукомплектов кодоімпульсной системи телевимірювань.
Розроблений полукомплектов повністю відповідає всім вимогам технічного завдання.
Система розроблена з використанням серійно випускаються ІМС КМОН - технології.
Розроблений полукомплектов кодоімпульсной системи телевимірювань можна застосувати в системах телемеханіки, де необхідно передавати значення напруги, яке знімається з датчиків в межах від 0 до +5 вольт в лінію зв'язку.
Система використовує перешкодозахисного кодування з використанням коду Хеммінга, що гарантує більшу ймовірність прийому достовірної інформації на приймальній стороні.
Список використаної літератури
1. Тутевич В.М. Телемеханіка. - М.: Вищ. школа, 1985. - 423 с.
2. Пшеничников А.М., Портнов М.Л. Телемеханічні системи на інтегральних мікросхемах. - М.: Енергія, 1977. - 296 с.
3. Інтегральні мікросхеми.: Довідник / за ред. Б.В. Тарабрина. - М.: Радіо і зв'язок, 1984. - 528 с.
4. Проектування дискретних пристроїв на інтегральних схемах. Мальцев П.П. и др. - М.; Радіо і зв'язок. Довідник. 1990.
5. Б.Г. Федорков, В.А. Телець. Мікросхеми ЦАП і АЦП: функціонування, параметри, застосування. - М.; Вища школа, 1990.
Додаток
Тимчасові діаграми в характерних точках принципової схеми