Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине «Телемеханика»


НазваниеМетодические указания к курсовому проектированию по дисциплине «Телемеханика»
страница5/14
Дата публикации07.03.2013
Размер1.47 Mb.
ТипМетодические указания
referatdb.ru > Информатика > Методические указания
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   14

Пример 4.13. Разработать структурную схему ПУ телеметрической системы, работающей по вызову для примера 4.6, если сигнал передается методом КФМП–4.

Решение. Учитывая, что в данной системе формирование команды вызова ТИ может производиться как диспетчером, так и ЭВМ, то необходимо предусмотреть устройство индикации команд. Структурная схема ПУ системы ТИ, в которой циркулируют сигналы, разработанные в примере 4.6, приведена на рисунке 4.15.

Всей работой ПУ управляет блок управления (БУ), который формирует управляющие, командные и тактовые сигналы, реализующие алгоритм работы всех блоков устройств по стандартному сопряжению в соответствии с системой приоритетов, периодически вырабатывающей синхросигнал для синхронизации всех устройств и системы в целом. Команды вырабатываются либо диспетчером, либо ЭВМ. Команды поступают в кодирующее устройство адреса КП либо с пульта оператора, либо от ЭВМ через блок сопряжения (БС). Правильность передаваемой комбинации диспетчер контролирует с помощью устройства индикации (УИ), воспроизводящего команду на пульте оператора. Все команды, формируемые диспетчером, вводятся в ЭВМ. Структура сигнала вызова ТИ состоит из синхросигнала и кода адреса КП, который кодируется в устройстве защиты от ошибок в помехозащищенном коде. Кроме того, адрес вызываемого КП запоминается в запоминающем устройстве адреса КП (ЗУАКП) и используется для сравнения с адресом КП, пришедшим от КП. Синхросигнал и адрес КП через сумматор поступают в модем, где осуществляется квадратурная фазовая манипуляция КФМП–4. Фаза сигнала принимает значение из множества:

(4.1)

Более подробное описание принципа работы передатчика модема дано в пункте 4.5.1.

Из линии связи на вход модема поступает видеосигнал, приведенный на рисунке 4.5, б, промодулированный КФМП–4. В модеме освобождаемся от несущей, и на выходе которого получаем восстановленный видеосигнал.

Восстановленный видеосигнал поступает на вход дешифратора кода начала (ДКН). Если из линии связи пришел неискаженный КН, то на выходе ДКН появится разрешающий сигнал, который открывает схему запуска 1 (СЗ1) и тем самым разрешается прием адреса КП, который декодируется дешифратором адреса КП и поступает на один из входов схемы сравнении (СС). На второй вход СС получает адрес КП из ЗУАП и, если сигналы совпадают, то на выходе появляется разрешающий сигнал, который открывает СЗ2 и информационные посылки записываются в блок канальных регистров (БКР). После приема кода конца (КК), сигнал записанный в БКР поступает в декодирующее устройство, где происходит проверка на искажение, и в случае их отсутствия или коррекцию принятой комбинации, цифровой эквивалент поступает в масштабирующее устройство (МУ), где по соответствующим сигналам с блока управления происходит умножение на канальные масштабные коэффициенты, которые определяются на стадии тестирования системы. Умножение цифровых эквивалентов на масштабные коэффициенты позволяет выводить информацию в абсолютных единицах. Цифровое сообщение с выхода МУ записывается в свои канальные регистры по сигналам с БУ, после чего осуществляется преобразование, как правило, двоичного кода, с которым работает приемная аппаратура, в код, в котором работает приемник информации (ПИ).



Рисунок 4.15 – Структурная схема ПУ системы ТИ по вызову
Следует отметить, что в системе осуществляется контроль линии связи на обрыв и короткое замыкание соответствующим устройством, показанным на рисунке 4.15.

В случае наличия неисправностей линии связи устройством сигнальной индикации выдаётся соответствующее сообщение.

4.5.1 Передатчик модема. Как указано в условии примера 4.6, в системе сигнал передается методом КФМП-4.

Сформировать сигналы КФМП-4 можно с помощью устройства, функциональная схема которого приведена на рисунке 4.16, а временные диаграммы его работы – на рисунке 4.17.

Последовательность передаваемых битов 1, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 1, 0,… разбивается на две подпоследовательности нечетных 1, 1, 0, 1, 0, 1, … и четных 0, 1, 0, 0, 1, 0,… битов с помощью демультиплексора DD1.

Биты с одинаковыми номерами в этих подпоследовательностях образуют пары, которые удобно рассматривать как комплексные биты; действительная часть комплексного бита есть бит нечетной подпоследовательности I, а мнимая часть Q– бит четной подпоследовательности. При этом биты нечетной последовательности в синфазной ветви задерживаются на время Tб устройством DD2. Далее длительность каждой последовательности увеличивается до значения 2Tб расширителями DD3 и DD4.

Полученные таким способом комплексные биты преобразуются в комплексную последовательность прямоугольных электрических импульсов длительностью 2Тб со значениями +1 или -1 их действительной и мнимой частей, которые используются для модуляции несущего колебания exp{}. В результате получается КФМП-4 радиосигнал.
1 → -1

0 → 1

DELTб

ni, Tб

b2i

b*

c2i-1

c2i

Tс , I

Tс , Q

sin(2πf0t)
1 → -1

0 → 1

Tб

Tб

Tб

2Tб

Tб

2Tб

Tб

cos(2πf0t)

DD1

DA1

DA2

DD2

DD3

DD4

DA3

DA4

DA5

s(t)

DX

1

1

2

b2i-1

Сигнальный микропроцессор

Рисунок 4.16 – Функциональная схема устройства формирования КФМП-4

радиосигнала
n1

n2

n3

n4

n5

n6

n7

n8

n9

n 10

n11

n12

b1

b3

b5

b7

b9

b11

b2

b4

b6

b8

b10

b12

b*1

b*3

b*5

b*7

b*9

b*11

c2

c4

c6

c8

c10

c12

c1

c3

c5

c7

c9

t

t

t

t

t

t

1

0

1

1

1

0

0

0

0

0

1

1

U(t)

Рисунок 4.17 – Временные диаграммы при формировании КФМП-4

радиосигнала

Диаграмма фазовых переходов для КФМП-4 представлена на рисунке 4.18.
Действительная часть

Мнимая часть

+135˚

-135˚

+45˚

-45˚

(-1,-1)

(-1,+1)

(+1,+1)

(+1,-1)

Рисунок 4.18 – Диаграмма фазовых переходов для КФМП-4 радиосигнала

На этой диаграмме сигнальная точка с координатами (+1, +1) расположена на линии, образующей угол +45° с осями координат, и соответствует передаче символов +1 и +1 в квадратурных каналах модулятора.
^ 4.6 Принципиальная электрическая схема системы
В соответствии с разработанной структурной схемой, алгоритмом функционирования, временной структурой сигналов, конфигурацией и типом линии связи, внешними условиями производится выбор элементной базы и строится принципиальная электрическая схема устройств ПУ и КП, даётся подробное описание. При необходимости, для лучшего понимания принципа работы отдельных устройств могут приводиться временные диаграммы, таблицы, схемы подключения и т.д.

Допускается производить описание принципиальных электрических схем ПУ и КП по принципиальным схемам отдельных устройств, которые могут приводиться в пояснительной записке, но при этом нумерация элементов должна соответствовать нумерации элементов, приведённой на листе графического материала.

Выбор элементной базы производится в зависимости от требований надежности, интервала (диапазона) рабочих температур, других внешних условий, потребляемой мощности, помехоустойчивости, функциональной полноты, нагрузочной способности, области использования разрабатываемой системы и т.д. В случае применения элементов различных серий необходимо осуществлять анализ их совместимости по напряжению и нагрузочной способности.

Пример 4.14. Произвести выбор элементной базы для производства системы передачи цифровой информации (СПЦИ), схема алгоритма функционирования которой рассмотрена в примере 4.12, а в качестве линии связи используется волоконно-оптический кабель.

Решение. Исходные данные:

– минимальная наработка – 25000 часов;

– интервал рабочих температур – 0…+50 oC;

– относительная влажность воздуха при t = 20 оС – 80 %;

– вибрации: диапазон частот от 0 до 500 Гц, ускорение – 8g;

– потребляемая мощность – не нормируется;

– помехоустойчивость элементов – 2–я группа;

– серия микросхем должна обладать максимальной функциональной полнотой, т.е. на данной серии можно выполнить максимальное число устройств;

– напряжение питания микросхем – В %;

– серия микросхем должна иметь возможность сопрягаться с другими сериями микросхем;

– микросхемы должны обладать хорошей нагрузочной способностью.

Все функциональные блоки проектируемой СПЦИ, за исключением оптического передатчика и приемника, осуществляют обработку сигналов в цифровой форме (поскольку основным сигналом является двоичный униполярный сигнал передаваемых или принимаемых данных). Поэтому вся схемотехника системы строится на интегральных цифровых микросхемах, цифровых модулях, что обеспечивает быструю, стабильную и высоконадежную обработку сигнала.

Основными управляющими элементами проектируемой СПЦИ являются микроконтроллеры (МК) коммутатора, передатчика и приемника АПД, в качестве которых используется МК семейства 51 компании Intel КМ1816ВЕ51. Выбор данного элемента основан на его способности к выполнению возлагаемых на него функций и соответствию исходным данным, а также изученностью его архитектуры в ходе учебного процесса.

Микроконтроллер выполнен на основе высокоуровневой МОП технологии и выпускается в корпусе БИС, имеющем 40 внешних выводов [4]. Для работы МК51 требуется один источник электропитания +5 В. Через четыре программируемых порта ввода/вывода МК51 взаимодействует со средой в стандарте ТТЛ–схем с тремя состояниями выхода.

Корпус МК51 имеет два вывода для подключения кварцевого резонатора (6–12 МГц), четыре вывода для сигналов, управляющих режимом работы МК, и восемь линий порта 3, которые могут быть запрограммированы пользователем на выполнение специализированных (альтернативных) функций обмена информацией со средой.

8–битное арифметико–логическое устройство (АЛУ) может выполнять арифметические операции сложения, вычитания, умножения и деления; логические операции «И», «ИЛИ», «Исключающее ИЛИ», а также операции циклического сдвига, сброса, инвертирования и т.п.

Память программ и память данных, размещенные на кристалле МК51, физически и логически разделены (гарвардская архитектура). Память программ (постоянное запоминающее устройство – ПЗУ) имеет емкость 4 Кбайта. Память данных (оперативное запоминающее устройство – ОЗУ), предназначенная для хранения переменных в процессе выполнения прикладной программы, адресуется одним байтом и имеет емкость 128 байт. Память программ, так же как и память данных, может быть расширена до 64 Кбайт путем подключения внешних БИС (ВПД).

В составе средств МК51 имеются регистровые пары с символическими именами THO, TLO и ТН1, TL1, на основе которых функционируют два независимых программно–управляемых 16–битных таймера/счетчика событий, которые используются в проектируемой системе для реализации механизма синхронизации по кадрам.

МК также содержит универсальный асинхронный приемопередатчик (УАПП), через который осуществляется прием и передача информации, представленной последовательным кодом (младшими битами вперед), в полном дуплексном режиме обмена, что позволяет организовать быстрый и удобный обмен информацией между МК проектируемой системы.

Входные сигналы для МК51 могут формироваться ТТЛ–схемами или т–МОП–схемами. Допустимо использование в качестве источников сигналов для МК51 схем с открытым коллектором или открытым стоком.

Поскольку 128 байт ОЗУ МК для хранения блоков данных, кадров недостаточно, то в качестве ВПД (ОЗУ данных) применен модуль энергонезависимого сегнетоэлектрическое ОЗУ (FRAM) емкостью 64 Кбит с часами реального времени FM3808 [13].

Отличительные особенности FM3808:

сегнетоэлектрическое энергонезависимое ОЗУ емкостью 64 Кбит:

– организация ячеек памяти 32768 x 2;

– высокая износостойкость: 100 млрд. (1011) циклов чтение/запись;

– 10 летний срок хранения информации;

– запись без задержки (NoDelay™);

– длительность цикла доступа/записи: 70 нс/130 нс;

– встроенная схема защиты от понижения VDD.

часы–календарь реального времени:

– регистры часов реального времени представляют собой последние 16 ячеек памяти;

– внешнее резервное питание от батарейки или конденсатора;

– счет времени от секунд до столетий в двоично–десятичном формате;

– работает от кварцевого резонатора 32768 Гц.

системный супервизор:

– программируемый будильник по времени и дате;

– программируемый сторожевой таймер;

– контроль напряжения питания;

– выход генерации прерывания с программируемым активным уровнем;

– установки регистров неизбежно обладают энергонезависимостью;

– генерирует или сигнал сброса процессора или генерирует сигнал прерывания;

малая потребляемая мощность:

– память и интерфейс часов работают при 5 В;

– резервное питание может быть не ниже 2,5 В;

– активный ток IDD = 25 мА;

– потребляемый ток от резервного источника IBAK = 1 мкА.

Основными функциональными элементами УПС являются приемо–передатчик STEL–2176, а также приемный и передающий оптические модули.

STEL–21761 – высоко интегрированный, максимально гибкий, целевой приемо–передатчик [4]. STEL–2176 самый совершенный в ряде чипов модулятора, который включает модуляторы STEL–1103 совместно с STEL–1109. Подобные расширения привели к существенным усовершенствованиям и увеличению эффективности чипа.

STEL–2176 – законченный чип устройства преобразования сигнала ASIC (специализированные интегральные схемы), который интегрирует в себе функции приемника и передатчика. Он предлагается в КМОП геометрии 0,35 микрона, работающий в 3,3 В с интегрированным ЦАП и АЦП. Его программируемый регистр предполагает гибкое решение существующих и развивающихся стандартов передачи цифровой информации.

Трансмиттер (передатчик) обладает высокой степенью интеграции и гибкости. Трансмиттер получает последовательные данные, рандомизирует их, исполняет алгоритм непосредственного исправления ошибок (FEC) и относительное кодирование, преобразует данные к совокупности перед модуляцией, выдает на выходе аналоговый радио сигнал.

STEL–2176 способен поддерживать скорости передачи данных до
10 Мбит/с в режиме двоичной фазовой манипуляции (BPSK – ДФМ), 20 Мбит/с в режиме КФМ, и 40 Мбит/с в КАМ16 режиме. Для этого STEL–2176 использует генераторы частот до 165 МГц, что позволяет его внутреннему, 10–разрядному цифро–аналоговому преобразователю (ЦАП), генерировать частоты несущей от 5 до 65 МГц.

Кроме того, в STEL–2176 используется 3,3 В электропитание, и чип может быть связан с помощью интерфейса с другой логикой, которая работает
в 5 В.

Основными функциональными особенностями передатчика STEL–2176 являются [4]:

– BPSK/QPSK/16QAM модулятор;

– преобразование последовательных данных в сообщения радиочастотного диапазона;

– широкий диапазон программно определяемых скоростей передачи
данных;

– генератор с программным управлением снабжает модулятор высокой разрешающей способностью по частоте;

– частоты несущей программируемые от 5 до 65 МГц (для реализации данных частот используется недорогой 25 МГц кристалл);

– работает в непрерывном и пакетном режимах;

– содержит дифференциальный кодер, программируемый скремблер, программируемый кодер FEC Рида–Соломона;

– программируемый фильтр с конечной импульсной характеристикой (КИХ) с 64 метчиками, осуществляет фильтрацию сигнала, формирующегося перед модуляцией;

– внутренний 10–разрядный ЦАП;

– совместимый с DAVIC, IEEE 802.14 (предварительный), IESS–308 (Intelsat – международная система спутниковой связи), MCNS стандартами;

– поддерживает низкие скорости передачи данных для переговорных прикладных программ и высокие скорости передачи данных для широкополосных. прикладных программ.

Приемник включает высококачественный 10–разрядный АЦП с прямой промежуточной частотой интерфейса (промежуточной частоты), КАМ – 16 демодулятор и реализует непосредственное исправление ошибок (FEC) согласно протоколу J.83 (ITU–T).

Основными функциональными особенностями приемника STEL–2176 являются [4]:

– встроенный в чип 10–разрядный АЦП/ЦАП;

– КАМ – 16/64/256 демодуляция;

– определяемые ITU–T (J.83), дополнения А и В, реализующие непосредственное исправление ошибок (FEC – forward error correction );

– MCNS, IEEE 802.14 (предварительный), DAVIC/DVB;

– параллельные или последовательные выходные данные с или без промежутков;

– декодер Витерби для дополнения В;

– избирательный декодер кода Рида – Соломона для дополнения А и В;

– программируемый демультиплексер (устройство временного разделения импульсных сигналов);

– программируемый генератор случайных чисел;

– MPEG–2 кадрирование;

– программируемое (гибкое) управление;

– функции дополнительного (необязательного) удаления межкадровых промежутков по алгоритму FIFO (First in First Out – первым прибыл, первым обслужен);

– автоматическое управление частотой (± 200 кГц);

– высоко интегрированные функции получателя;

– частота входного сигнала до 50 МГЦ;

– используется недорогой кристалл в диапазоне 25 МГЦ;

– адаптивный канальный эквалайзер (компенсатор искажений сигнала в канале связи);

– избирательный фильтр Найквиста;

– высокая надежность.

Таким образом, STEL–2176 – это цифровые модулятор/демодулятор ASIC предоставляющий возможность гибкого решения существующих и развивающихся стандартов передачи цифровой информации.

В качестве преобразователя электрического сигнала в оптический применен оптический передающий модуль серии STX–48–MS компании Optical communication products [5]. Основные функциональные характеристики передатчика:

– полная совместимость с синхронной оптоволоконной сетью связи стандарта SONET/SDH, имеющего спецификацию OC–48/ STM–16 (2.5 Гбит/c);

– передача на длине волны 1550 нм с мощностью выходного сигнала, передаваемого на безретрансляционное расстояние до 80 км;

– использование в качестве источника излучения лазеров класса I (высокая лазерная безопасность);

– поддерживаемый стандарт соединителя SC;

– входной сигнал – аналоговый;

– поддерживаемое напряжение питания +5 В;

– встроенный аттенюатор (регулятор оптической мощности выходного сигнала).

В качестве обратного преобразователя оптический сигнал – электрический применен фотооптический приемный модуль серии SRX–48 компании Optical communication products [5]. Основные функциональные характеристики приемника:

– полная совместимость с синхронной оптоволоконной сетью связи стандарта SONET/SDH, имеющего спецификацию OC–48/ STM–16 (2.5 Гбит/c);

– детектируемая длина волны диапазона 1550 нм;

– внутренний температурный компенсатор APD уровня;

– поддерживаемый стандарт соединителя SC;

– поддерживаемое напряжение питания +5 В;

– выходной сигнал ТТЛ–уровня.

В качестве элемента ПОМ применен ступенчатый изолятор фирмы Dicon [6], который устраняет нежелательную отраженную часть рассеянного оптического сигнала в системах передачи. Изолятор обеспечивает хорошую развязку ВОЛС по выходу оптического передатчика, нечувствительные поляризационные свойства, низкий уровень дисперсии поляризационного режима, поддерживает тип симметричного соединителя SC, прошел тест Telcordia GR–1221.

В качестве элемента волнового уплотнения использован узкозонный WDM фильтр (W–NB) [7]. Фильтр износостоек, прост в установке и применении, принадлежит к серии фильтров с широкой номенклатурой параметров, обладает низким затуханием принимаемого сигнала, серия поддерживает стандарты ITU, отличается высокими изоляционными свойствами (развязка по выходу ВОЛС).

Все применяемые в системе цифровые интегральные микросхемы относятся к ИМС ТТЛ уровня. ТТЛ (транзисторно–транзисторная логика) представляет собой в настоящее время одно из наиболее распространенных семейств логических элементов [8]. Промышленностью выпускается огромное количество семейств ИМС ТТЛ, выполняющих самые разнообразные функции. С помощью этих семейств можно удовлетворить все потребности, которые возникают при построении цифровых схем и устройств.

Схемы ТТЛ обладают следующими особенностями (характеристиками) [8]:

– напряжение питания +5 В ± 5 %;

– выходные каскады схем ТТЛ обладают хорошей нагрузочной способностью, поэтому сопряжение между собой элементов ТТЛ не представляет проблемы;

– выходной каскад вентиля ТТЛ в состоянии «низкого» уровня ведет себя как насыщенный транзистор, напряжение на котором близко к потенциалу земли, а в состоянии «высокого» уровня – как повторитель с высоким выходным напряжением, равным примерно напряжению питания;

– в пределах одного логического семейства выходы элементов легко стыкуются с входами и обычно не стоит беспокоиться о пороговых уровнях, входном токе и т.п. (например, выходы элементов семейства ТТЛ могут работать не менее чем на 10 входов);

– недостатком биполярных ТТЛ семейств является значительный потребляемый ток покоя.

Практически все ИМС проектируемой системы, такие как: логические элементы, триггеры, регистры, счетчики, мультиплексоры и т.д., принадлежат 555 серии ТТЛ. Эта серия выбрана потому, что это относительно современная серия, имеющая широкую номенклатуру микросхем. Все элементы подобраны в соответствии с их функциональным назначением и удовлетворяют всем предъявленным требованиям.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   14

Похожие рефераты:

Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине «Основания и фундаменты»
Основания и фундаменты. Методические указания к курсовому проектированию. – Павлодар: Издательство ниц
Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине «Основания и фундаменты»
Основания и фундаменты. Методические указания к курсовому проектированию. – Павлодар: Издательство ниц
Методические указания к практическим занятиям по дисциплине «Теория организации»
Настоящие методические указания разработаны с целью закрепления лекционного материала, приобретения студентами навыков в решении...
Методические указания по курсовому проектированию по дисциплине «основы...
Методические рекомендации по выполнению курсового проекта разработаны преподавателем спец дисциплин Н. А. Салий
Методические указания по курсовому проектированию для студентов специальностей
Основания и фундаменты: Методические указания / Белорусская государственная сельскохозяйственная академия; с о с т. В. И. К у м а...
Методические указания по курсовому проектированию для студентов специальности...
Методические указания по курсовому проектированию для студентов специальности 1-25 01 07 «Экономика и управление на предприятии»...
К курсовому проектированию для студентов специальности 1-50 01 02
Методические указания к курсовому проекту по курсу «Композиция костюма» для студентов специальности 50. 01. 02 «Конструирование...
Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине «Механика...
Основная цель настоящих методических указаний состоит в том, чтобы помочь студентам освоить основные принципы проектирования и устройства...
Методические указания по курсовому проектированию по курсу «Гидротехнические сооружения» Часть 2
Гидротехнические сооружения: Методические указания / Брестский государственный технический университет/ Сост. М. Ф. Мороз, Н. Н....
Методические указания к курсовому проекту по дисциплине «Технология швейных изделий»
Авторы: Раймхен Е. П. Методические указания курсовому проекту по дисциплине «Технология швейных изделий» для студентов специальности...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
referatdb.ru
referatdb.ru
Рефераты ДатаБаза