Министерство образования РФ

Новосибирский Государственный Технический Университет

Кафедра Автоматики

Курсовоя работа

по курсу  «ТК и ПС»
Разработка системы передачи данных.
Факультет: АВТ

Группа:

Студент:  

Преподаватель:.
Дата выполнения:
Отметка о защите:

Новосибирск 2003

 

содержание

                                                                                                            лист

Введение	4
Задание к проектированию	5
Построение первичного кода	5
Построение избыточного кода	6
Выбор сигнального признака	6
Выбор метода синхронизации и синхросигнала	7
Структурная схема	8
Описание работы структурной схемы	9
Описание работы функциональной схемы	9
Описание работы принципиальной схемы	10
Расчеты узлов схемы	12
Заключение	13
Список литературы	14

Введение

В настоящее время все более усложняются функции , выполняемые системами автоматизированного управления и значимость этих систем в производстве непрерывно возрастает. В рамках данного проекта предстоит разработать систему телеуправления (СТУ), которая включает в себя три контрольных пункта (КП), по сто объектов на каждом. Управление объектами должно производиться  непосредственно с КП оператором. Управление двухпозиционное: включить объект или выключить. Пульт управления должен осуществляться на ключах, на которых задаются номер КП, номер объекта и режим (вкл/выкл). В связи с тем, что число ключей совпадает с числом объектов на одном КП (100), будет целесообразнее разделить число КП на две части (с1-го по 50-й и с 51-го по 100-й), что весьма сократит размеры пульта управления.

Передача команд должна осуществляться модифицированным кодом Хэмминга (МКХ). МКХ позволяет обнаруживать тройную ошибку либо обнаруживать двойную и исправлять одиночную. В данном проекте нужно реализовать только обнаружение тройной ошибки. МКХ обладает свойством – обнаруживать нечетную ошибку, т.е. его использование позволит обнаруживать одиночную либо тройную ошибку без исправления.

Метод избирания используется комбинационно-распределительный, а метод повышения помехоустойчивости – корректирующий код.  

    
    Задание к проектированию

В данном курсовом проекте требуется разработать систему телеуправления со следующими параметрами:

1) число объектов на одном КП – 100;

2)  число контролируемых пунктов (КП) – 3;

3)  метод повышения помехоустойчивости – корректирующий код (КК);

4)  используемый код – модифицированный код Хэмминга (МКХ);

5)  число обнаруживаемых ошибок – 3;

6) число исправляемых ошибок - 0;

7)  метод избирания (МИ) – комбинационно-распределительный (КРс);

8)  скорость модуляции – 9600 бод.

Объекты телеуправления являются двухпозиционными и могут находиться в одном из двух состояний – “включено” или “выключено”. Управление всеми объектами должно осуществляться независимо, с одного пункта управления. Структура линии связи в системе – магистральная.

Необходимо построить код, разработать структурную, функциональную и принципиальную  схемы системы и построить временные диаграммы.

        Построение первичного кода заданной мощности

Построение кода осуществляем по следующим правилам: номер КП кодируется двухразрядным двоичным  кодом (“00”-1,”01”-2,”10”-3), номер объекта – семиразрядным двоичным кодом (число объектов на каждом КП – 100), из них 1 разряд отводится на выбор в какую из этих частей входит объект (“0” - 1-50, ”1” - 51-100), остальные 6 разрядов кода отводятся непосредственно на кодирование единиц (1-50); характер операции определяется одним разрядом (1 – включить, 0 – выключить).

 Таким образом, получили 10-разрядный первичный код (Рис.1).



Рис.1. Вид первичного кода

Мощность данного кода

М=N_обN_КПN_сост

М=600

Такой код обладает избыточностью. Оценим ее:







Построение избыточного кода
По заданию передаваемая команда должна быть представлена в линии связи модифицированным кодом Хэмминга. Процедура построения МКХ стандартна. Уравнения проверок будут иметь вид:

x₁x₂a₁₀x₃a₉a₈a₇x₄a₆a₅a₄a₃a₂a₁x₅
Уравнения кодирования:
x₁=a₁₀+a₉+a₇+a₆+a₄+a₂

x₂=a₁₀+a₈+a₇+a₅+a₄+a₁

x₃=a₉+a₈+a₇+a₃+a₂+a₁

x₄=a₆+a₅+a₄+a₃+a₂


Корректирующая способность:



    r=3;  d=4.
Получили МКХ в классической компоновке.

Корректирующая способность МКХ постоянна: 3 ошибки обнаруживает.

Декодирование МКХ: вычисляются два синдрома.

Синдромы		Ошибка	Декодирование
Sн	Sp
=0	=0	Нет ошибок	Разрешено
¹0	=0	Есть двухкратная ошибка	Запрещено
=0	¹0	Ошибка в разряде ОПЧ	Разрешено
¹0	¹0	Одиночная/тройная ошибка	Разрешено

Выбор сигнального признака

Так как помехоустойчивость системы обеспечивается корректирующим кодом (МКХ), простота реализации сигнального признака будет критерием для выбора. Выбираем амплитудный сигнальный признак с активным нулем т.к. он имеет наиболее простую схемную реализацию.

Выбор метода синхронизации и синхросигнала
Сформулируем основные требования к каналу синхронизации.

Его помехоустойчивость должна быть не хуже помехоустойчивости используемого кода.

Независимость от месторасположения КП и ПУ (существует возможность питания этих устройств от разных подстанций). Ограничения, обусловленные данными требованиями исключают возможность использования жесткой и шаговой синхронизации. Примем оставшийся метод циклической синхронизации.

Для обеспечения устойчивой работы системы параметры синхросигнала должны существенно отличаться от параметров элементарных символов посылки (информационных и контрольных).

Синхросигнал (СС) в нашей системе представляет собой одиночный прямоугольный импульс длительностью в 3 раза и амплитудой в 2 раза большей, чем соответствующие параметры символа элементарной посылки.

     

 Структурная схема

Передающая часть

1)     Пусковое устройство (ПУ) и генератор тактовых импульсов (ГТИ) – обеспечивают запуск и тактирование передающей части системы;

2)     Блок индивидуальных командных элементов (ИКЭ) – предназначен для набора команд телеуправления (характер операции, номер КП, номер объекта);

3)     Кодирующее устройство (КУ) – обеспечивает кодирование команды телеуправления в двоичный код;

4)     Кодирующее устройство модифицированного кода Хэмминга (КУМКХ);

5)     Распределитель импульсов  и элемент «ИЛИ» обеспечивают преобразование параллельного кода в последовательный;

6)     Формирователь синхросигнала (ФСС);

7)     Формирователь сигнального признака (ФСП);

8)     Линейное устройство (ЛУ) – обеспечивает усиление мощности.

 
Приёмная часть:








1)                 Линейное устройство (ЛУ) – обеспечивает усиление сигнала по уровню;

2)     Выявитель синхросигнала (ВСС) – обеспечивает выявление синхросигнала и запуск в требуемый момент времени генератора тактовых импульсов;

3)     Выявитель сигнального признака (ВСП) – обеспечивает выявление импульсов различной амплитуды;

4)     Генератор тактовых импульсов (ГТИ) – обеспечивает тактирование приёмной части системы;

5)     Распределитель импульсов (Р) и устройство фиксации команды (УФК) – обеспечивают преобразование последовательного кода в параллельный и его запоминание на время, пока не придет последний разряд команды;

6)     Декодер модифицированного кода Хэмминга (DC МКХ) – обеспечивает выявление ошибок и их коррекцию;

7)     Дешифратор (DC) – обеспечивает дешифрацию кода номера КП и кода номера объекта.




         Описание работы структурной схемы




Передающее устройство: на блоке ИКЭ производится набор команды телеуправления (номер КП, характер операции, номер объекта). Команда телеуправления кодируется в двоичный код на КУ и поступает на КУ МКХ, где и кодируется в модифицированный код Хэмминга.

С помощью пускового устройства (ПУ) запускается ГТИ и формирователь тактовых импульсов. По первым трем тактовым импульсам распределителя формируется синхросигнал и поступает на ФСП₂, где преобразуется в сигнал с заданной амплитудой и уходит в линию связи через усилитель мощности (ЛУ).

По следующим тактовым импульсам распределителя с помощью схем «ИЛИ» и «И» закодированная команда телеуправления в МКХ из параллельного кода преобразуется в последовательный. Поступает на ФСП₁, где обеспечивается качественное отличие по амплитуде одного импульса от другого (в зависимости от того, является импульс «1» или «0»), и уходит в ЛС через усилитель мощности (ЛУ) вслед за синхросигналом.
Приёмное устройство: Сообщение одновременно поступает на ВСС и ВСП, и как только ВСС выявит синхросигнал запускается ГТИ и Р, и с помощью схем «И» сообщение без синхросигнала записывается в УФК (таким образом последовательный код преобразуется в параллельный), и по последнему импульсу Р, закодированная команда телеуправления поступает на DC МКХ и из МКХ декодируется в двоичный код. Затем команда телеуправления в двоичном коде поступает на DC, который обеспечивает выбор номера КП, номер объекта в соответствии с заданной командой.

  

      Описание работы функциональной схемы




      ПУ (приложение 1):

      Первый этап - подготовительный. Производится набор команд на ключах (SA1-SA56). Эти команды преобразуются в двоичный код с помощью кодеров DD1 и DD2. Контрольные разряды (МКХ) рассчитываются на элементах DD7 – DD10 .

ОПЧ  рассчитывается на элементе DD11.

        При нажатии  кнопки SB1 формируется сигнал низкого уровня, который опрокидывает триггер DD5 в «1». Запускается ГТИ (DD12), импульсы с него поступают на счетчик DD13. Сигналы с счетчика поступают на адресные входы декодера, где на первых трех тактах формируется синхросигнал равный по длительности 3t, потом на следующем такте контрольная пауза. СС поступает на операционный усилитель (DA1), где формируется заданный уровень синхросигнала и уходит в линию связи.

      На четвертом такте формируется КП. Начиная с 5-го по 18-й такт формируется заданная кодовая комбинация  разрешающая работу элементов DD14-DD17, где код из параллельного формируется в последовательный, затем через ЛУ (DA1) в линию связи.

        При этом на 19-ом такте на DD18 формируется сигнал, который через DD6  

опрокидывает триггер DD5 в ноль, тем самым прекращая работу ГТИ (DD12) и счетчика (DD13).

     Таким образом все сообщение в линии связи будет занимать время 18t
.

3t
- синхросигнал

1
t
- контрольная пауза

14t
- МКХ (модифицированный код Хэмминга)
КП (приложение 2):

В исходном состоянии схема ожидает прихода СС из ЛС (работа счетчика DD3 запрещена постоянным сигналом сброса. По приходу СС на выходе компаратора DD1, настроенного на уровень СС, формируется импульс, по началу которого триггер DD19 опрокидывается в «1», тем самым разрешая работу счетчика DD34.  Декодер DD36 вырабатывает последовательно на каждом выходе импульс. На первых трех тактах формируется эталонный СС, который связан через элементы DD27, DD31 с реальным. Если на входе компаратора сигнал исчезнет раньше чем образцовый, то вырабатывается сигнал сброса. Выходы дешифратора DD36 разрешают запись сообщения в триггеры DD4-DD17 из ЛС через компаратор DD2.

При появлении на 19-ом выходе дешифратора сигнала разрешается проверка на наличие ошибки (на элементах DD28, DD33 обнаруживается нечетная ошибка (по заданию тройная)). В случае тройной ошибки работа дешифратора DD30 запрещается. Если ошибка не обнаруживается разрешается декодирование номера КП, объекта и характера операции, с соответствующей записью в триггеры состояния объектов. При любом исходе вышеуказанных проверок на 20-ом выходе дешифратора DD36 формируется импульс, устанавливающий схему в исходное состояние.
Описание работы принципиальной схемы
ПУ (Приложение 3):

На ключах SA1-SA3 задается номер КП, на SA4-SA54 – номер объекта, на SA55 задается характер операции (Вкл\Выкл), на SA56 – какая часть объектов участвует (с1 по 50 или с 51 по 100).

Код номера КП кодируется на кодере DD1, код номера объекта на DD2-DD8. На сумматоре построенном на элементах DD19.4 – DD23.3 формируются контрольные символы, на элементах DD23.4-DD25.2 – разряд ОПЧ (кодирование МКХ).

При запуске схемы через кнопку SB1 разрешается работа генератора DD27 одновременно с счетчиком реализованном на DD28, DD29. На выходе дешифратора DD34 вырабатывается СС, длительностью 3 такта, который впоследствии усиливается и уходит в ЛС.

На элементах DD30-DD33 параллельный код формируется в последовательный и через усилитель DA1 уходит в ЛС.

КП (Приложение 4):

По приходу СС DD51.2 установится в единицу, разрешив работу счетчиков DD76, DD77. Частоты генераторов на ПУ и КП равны, следовательно тактирование схемы будет происходить с одинаковыми частотами.

На дешифраторе DD79 первые три такта формируют образцовый СС, который сравнивается с пришедшим из ЛС. Если импульс на выходе компаратора (DD41) уровня СС закончится раньше, чем эталонный, то схема сбрасывается по сигналу EI. Задержка на контрольную паузу –4-ый выход дешифратора DD79.

Разрешение на прием сообщения и запись его в триггеры DD46.1-DD53.1 производится по сигналам 5-18 дешифратора DD79,DD80. При появлении сигнала на 19-ом выходе производится проверка сообщения на наличие ошибки. Если ошибки нет, то разрешается дешифрация принятого сообщения. Проверяется совпадение данного номера КП (DD67) с истинным, в случае совпадения разрешается работа дешифратора DD70-DD73 с последующей передачей команды управления на триггер состояния объекта. В противном случае дешифрация принятого сообщения запрещается (в приложении 4 показан пример работы первого КП). При появлении на 20-м выходе сигнала схема сбрасывается независимо от результатов декодирования.
Выбор элементной базы.

За основу взята серия 155, т.к. это наиболее распространенная серия, с ней легко сопрягается серия 597, 555, 531, на которых реализованы некоторые узлы схемы. Аналоговый элемент из серии 140 (операционный усилитель).

          Расчеты узлов схемы

1) Расчет параметров сигнала:

В данной СТУ используется  комбинационно-  разделительный  метод избирания,  поэтому длительность элементарной посылки определяется по формуле: t=1/В,  где   В=9600 бод - скорость модуляции

t=1/9600=104 мкс; тогда

           Т_ц=3t+t+14t=18t=1,9 мс (минимальное время цикла передачи);

I=log₂M=log₂600=9 (количество цифр, передаваемое за один цикл передачи);

          V=I/Тц мин=4,85 бит/сек (скорость передачи информации);

    

            2) Расчет САУН:

t_{уст.пит.min}=10 мс

t_{уст.зад.}=0,3*R*C>t_{уст.пит.}

C>10 мс/0,3*R₃                          R=1 кОм

          C>30 мкФ;                     C=50 мкФ
        3) Расчет генератора:

В=9600 бод, следовательно

Fг=9600 Гц; Fг=(5*10^-4)/С; отсюда С=0,05 мФ.
     
 Расчет ОУ:

2,4          0,4         5        а₁               10

0,4          2,4         5        а₂    =      5 

0,4          0,4         5         а₃                0

“0” элементарной посылки должен соответствовать сигнал равный по амплитуде 0,4 В.

“1” элементарной посылки должен соответствовать сигнал равный по амплитуде 2,4 В.

Синхросигналу  должен соответствовать сигнал равный по амплитуде 10 В.

а₁=5;    

а₂=2,5;

а₃=-0,6.

R9=100кОм;  R7=12кОм; R8=24кОм; R11=62кОм;   R10=10кОм.
 
     Заключение
     Спроектированная СТУ построена на принципе однородности схемы,  а также по возможности минимального количества корпусов. СТУ ведет передачу и прием методом комбинационно-распределительного избирания, сигнальный признак амплитудный (с активным нулём) СТУ тремя контролируемыми пунктами (КП), на каждом из которых по сто объектов.  Управление объектами двухпозиционное (вкл./выкл.).  Передача команд осуществляется модифицированным кодом Хэмминга (МКХ), что позволяет обнаружить  три  ошибки.

     Скорость  модуляции  -  9600    бод.

    







































































Литература:




1)     В.Л.Шило. Популярные цифровые микросхемы.

          М.: Радио и Связь, 1988

3)     Конспект лекций по ТК и ПС.

4)     Конспект лекций по схемотехнике.