|
X1
|
X1
|
X1
|
X1
|
X1
|
|
X5
|
24
|
25
|
27
|
26
|
18
|
19
|
17
|
16
|
|
|
28
|
29
|
31
|
30
|
22
|
23
|
21
|
20
|
X3
|
121315146754
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8
|
9
|
11
|
10
|
2
|
3
|
1
|
0
|
|
|
X2
|
X2
|
X2
|
|
|
Х4
|
|
|
Рисунок 3.1 - Шаблон карты Карно
Методом склеивания объединяем рядом стоящие единичные минтермы. Рядом
стоящими считаем те минтермы, у которых разные только одна буква по инверсии,
что позволяет (в алгебраическом виде) её заключить в скобки и сократить,
получив импликант. Если находим второй импликант, отличающийся также на одну
букву по инверсии то, между ними также проводим операцию склеивания и так до
тех пор, пока не получим простой импликант. Следовательно, рядом стоящих единиц
может быть ряд 2n где, n=1,2,3…. Клетки содержащие знак безразличия
"~" необходимо доопределить, т. е. поставить "1" или
"0", выбираем те значения, которые дают наименьшее количество букв в
минимизированной функции. Из всех возможных импликантов необходимо выбрать
оптимальные с учётом других функций автоматической системы передачи с целью
использования одних и тех промежуточных частей схемы для различных букв
выходного слова преобразователя. Не склеенные клетки дописываем в выходную
функцию.
Рисунок
3.2 - Карта Карно выходной функции Y4
Рисунок
3.3 - Карта Карно выходной функции Y3
Рисунок
3.4 - Карта Карно выходной функции Y2
Рисунок
3.5 - Карта Карно выходной функции Y1
Полученные
после минимизации выходные функции в минимальной дизъюнктивной нормальной форме
(МДНФ) будут выглядеть следующим образом:
Выходные
функции - преобразователя кода, полученные на основании
минимизации, представлены нижеследующими выражениями, приведенными к базису
И-НЕ на основании правил Де-Моргана:
Приводить
функции к базису И-НЕ необходимо для удобства их реализации на логических
элементах.
3.2
Преобразователь кода Ф.И.О.
Преобразователь
кода реализован на инверторах и элементах И-НЕ интегральных микросхем (К561ЛА7,
К561ЛА8, К561ЛА9, К561ЛИ1) и выполняет функции Y1,Y2,Y3,Y4.
Схема преобразователя кода Ф.И.О. приведена на рисунке 3.6.
Рисунок 3.6, лист 1 - Схема преобразователя кода Ф.И.О.
Рисунок 3.6, лист 2 - Схема преобразователя кода Ф.И.О.
4. Составление временной диаграммы автоматической системы передачи
кодированных сигналов в канал связи
Составление диаграммы функционирования автоматической системы передачи
имеет цель определения и схемного решения функций других узлов и увязки уже
определённых частей передатчика.
Временная диаграмма работы такой системы строится с учётом выбранной
элементной базы. В данном примере сигналы:
- первого счётчика К561ИЕ8 (Q0, Q1, Q2, Q3,Q4 - выходные
параллельные данные, R=Q5 - сброс счетчика);
- счётчика К561ИЕ8 СИ (Q0, Q1, Q2, Q3, Q4, Q5 - десятичный
выход, С - синхронизирующий вход);
- ST- стартовый импульс;
- R- сброс всей схемы в исходное состояние (вырабатываются
специальной схемой);
- D - последовательный выходной код данных;
- ФМ - фазоманипулированный выходной сигнал.
5.
Принципиальная схема автоматической системы передачи кодированных сигналов в
канал связи
Из диаграммы работы автоматической системы передачи запишем функции
дополнительных схем, необходимых для обеспечения работы, выбранных интегральных
микросхем:
- - сброс всей схемы в исходное состояние на 32 номере
такта;
-
определяет режим работы (параллельный - последовательный);
RR = ОТ №29*С ДО
№31*С (RS-триггер);
-
окончание кодовой посылки.
-
функция формирования стартового импульса;
-
последовательный выходной код данных;
-
фазоманипулированный выходной сигнал.
В
результате проведённых операций получим схему управления преобразователем кода,
которая изображена на рисунке 5.1
Рисунок
5.1 - Схема управления преобразователем кода
6.
Функциональные узлы схемы
.1 Задающий
генератор и делитель частоты
Накопленный к настоящему времени опыт показал, что в устройствах
железнодорожной автоматики и телемеханики применение цифровых интегральных
микросхем целесообразно не только в узлах цифровой обработки сигналов
(разнообразные логические схемы, регистры, шифраторы и т. д.), но и в таких
традиционно аналоговых узлах, как генераторы. Использование микросхем при
построении автогенераторов позвол яет унифицировать технические решения, обеспечивающие
высокую стабильность генерируемых частот, создать единообразие конструктивного
оформления, снизить номенклатуру комплектующих изделий.
Широко используемая схема простого генератора импульсов приведена на
рисунке 6.1. Подстроечный конденсатор С1 нужен для настройки генератора на
частоту возбуждения кварца. Примем значение С1=25 пФ, С2=33 пФ. Результирующее
значение емкости С=С1+С2=58 пФ. Рассчитаем величину сопротивления по формуле
(6.1):
(6.1)
где
Fкварц=1 МГц - принятое значение частоты кварцевого
резонатора.
По приведённой выше формуле рассчитаем R1:
Из номинального ряда Е24 выбираем номинал R1=10 кОм.
Произведём расчёт делителя. Согласно заданию, максимальная скорость
передачи определяется по формуле:
(6.2)
.
Минимальная
скорость передачи:
(6.3)
Оптимальная
скорость 1000 бит/с.
Из
диаграммы работы автоматической системы передачи видно, что одному переданному
биту информации соответствует один период частоты С. Следует определить какой
необходимо выбрать коэффициент деления при определённой частоте кварцевого
резонатора в 1 МГц. Частота снимаемая с делителя должна составлять:
Произведем
расчет коэффициента деления по формулам 6.4 и 6.5:
(6.4)
;
(6.5)
;
Примем
коэффициент деления, равный 64. На основании принятого коэффициента деления
произведем расчет несущей частоты по формулам 6.6 и 6.7:
(6.6)
(6.7)
Полученное
значение действующей частоты укладывается в диапазон передачи по каналу 300 -
3400 Гц. Построим схему задающего генератора и делителя частоты на микросхемах
К561ИЕ10.
Рисунок
6.1 - Схема задающего генератора и делителя частоты
6.2
Преобразователь параллельного кода в последовательный
автоматический передача сигнал кодированный
Разрядность параллельного кода определяется количеством двоичных букв
выходного слова символа посылки (таблица1). Для нашего примера код равен
четырём разрядам (Y4, Y3, Y2, Y1).
Принцип преобразования заключается в поочерёдном подключении (в порядке
возрастания номера такта) кодированного символа к схеме согласования с каналом
связи.
В качестве основы ПП предлагается использовать сдвигающий регистр.
Микросхема К561ИР9, содержит четырехразрядный
последовательно-параллельный регистр сдвига. Регистр сдвига типа ИР9 содержит
два последовательных входа J и К.
Если их соединить вместе, то получим простой D-вход. Высокий уровень на входе P/S (переключатель
«параллельный режим ввода - последовательный режим ввода») определяет режим
параллельного ввода информации с входов D0...D3.
Параллельная запись осуществляется асинхронно. Если на входе P/S установлен низкий уровень, то установлен режим
последовательного ввода со входов J и К и сдвига информации по фронту (положительному перепаду)
синхроимпульсов на входе С. Установка всех триггеров регистра в нулевое
состояние осуществляется асинхронно высоким уровнем на входе R. С помощью входа Т/С можно
устанавливать на выходах Q0...Q3 прямой код (высокий уровень на
входе Т/С) или дополнительный код (низкий уровень на входе Т/С).
.3 Формирователь стартовых импульсов
Передатчик информации может работать вообще без каких-либо
синхронизирующих импульсов, конечно, если нет цели принять, а затем
декодировать поступившую информацию. В современных модемах алгоритм
синхронизации может быть довольно сложным, но в любом случае длинную посылку
делят на части. Отдельные последовательные части могут объединяться в более
крупные, которые называют кадрами. Для упрощения декодирования размеры кадров в
одной посылке стараются сделать одинаковыми. В состав кадра обязательно должны
входить стартовые (для определения начала) и стоповые (для определения конца)
импульсы, кроме этого могут добавляться другие служебные импульсы (адрес и имя
посылки, контрольные суммы, информация для восстановления данных в случае
искажения кода из-за помех), импульсы данных. Из общего размера кадра служебные
импульсы могут занимать до 50%.
Сложное кодирование осуществляется программным способом на
микроконтроллерах. В данном курсовом проекте ограничимся только стартовыми и
стоповыми импульсами. Стартовая комбинация должна выглядеть не проще чем 0101,
а стоповая - 0000 0000 0000.
Функция зависит от времени, схема должна выдать синхронизирующий код один
раз за цикл в начале посылки на месте нулевой комбинации. Формирователь удобно
построить на микросхеме десятичного счетчика с дешифратором на выходе К561ИЕ8.
. (6.7)
Преобразовав (6.7) к базису К561 серии получим функцию (6.8) для
построения принципиальной схемы.
. (6.8)
Схема формирования стартовых импульсов, включенная в схему формирования
выходного последовательного алфавита, показана на рисунке 5.1.
6.4 Фазовый
манипулятор
Фазовая модуляция - наиболее защищённая от помех, которая даёт
возможность реализации максимальной скорости передачи. Основным недостатком ФМ
является сложный алгоритм приёма, но при наличии процессора на приёмном конце
качество декодирования в основном определяется программным обеспечением, что
активно используется в современных компьютерных модемах. В условиях повышенных
помех нужно предусмотреть более гибкий алгоритм ФМ (изменение несущей частоты
(C), переменное отношение несущей к входному алфавиту (D) модулятора C/D и их
фазы). В данном курсовом проекте эти вопросы не рассматриваем. Модуляцию
заменяем манипуляцией со сдвигом фаз на 1800.
Принципиальная схема фазового манипулятора представлена на рисунке 6.2.
Схемную реализацию получаем при помощи булевой функции 6.9:
. (6.9)
Рисунок 6.2 - Схема фазового манипулятора
7.
Функциональная схема автоматической системы передачи кодированных сигналов в
канал связи
Задающий генератор (ЗГ) генерирует импульсы с частотой 1 МГц и подает эту
частоту на делитель частоты (ДЧ), который в свою очередь вырабатывает
последовательность импульсов с частотой F=15625 Гц, играющей роль несущей частоты, для преобразователя
параллельного кода в последовательный (ПП), фазового манипулятора (ФМ) и
формирователя старт-стопных синхронизирующих импульсов (СИ). ПП преобразовывает
параллельный код, сформированный преобразователем кода (ПК), в последовательный
с последующей передачей в формирователь старт-стопных (СИ) импульсов, где к
коду добавляются старт-стопные импульсы, и получившийся код поступает в ФМ.
Модулированный сигнал поступает на вход схемы согласования с каналом связи
(ССКС). Схема согласования согласует параметры сигнала с параметрами линии
связи и затем передает его в канал связи.
Рисунок
7.1 - Функциональная схема автоматической системы передачи кодированных
сигналов в канал связи
8. Схема
согласования с каналом связи
Для того чтобы наш кодовый сигнал транспортировался с наименьшими
потерями при передаче, необходимо обеспечить согласование параметров передающей
части с линией связи. Для этого проведем расчет схемы, которая подготовит
сигнал к передаче и согласует наше устройство с физической цепью.
В состав схемы согласования с каналом связи входят: делитель напряжения,
составленный из емкости С3, служащей для исключения постоянной составляющей в
передаваемом сигнале, и из сопротивлений R2 - R4,
предназначенных для регулировки уровня сигнала в допустимых пределах; усилители
мощности, выполненные на операционных усилителях DA1 и DA2;
фильтр нижних частот (ФНЧ) второго порядка (емкости С4, С5, сопротивления R5, R6, R7 и DA2, выходной каскад на VT1 и VT2); сопротивление согласования R9; изолирующий трансформатор ТR1.
Расчет схемы согласования сводится к определению значений параметров
элементов входного делителя и фильтра.
При расчете параметров делителя следует учесть, что на него подается
напряжение модулированного сигнала Uм, равное напряжению источника
питания. При исключении постоянной составляющей на входном делителе
напряжение становится равным Uм/2.
Падение напряжения на емкости UС3 не
должно превышать 3 % входного напряжения Uм/2, следовательно, можно
принять:
(8.1)
Получаем
В.
Уровень
сигнала регулируется сопротивлением R3 в пределах от
-2,3 Нп (0,078 В) до 0,0 Нп (0,775 В), т. е. падение напряжения на R3
UR4 = 0,775-
0,078 = 0,697 В.
Выбрав
типовое переменное сопротивление, можно определить входной ток по формуле:
(8.2)
Выбираем сопротивление R4=18
кОм.
Тогда
мкА.
При
известном токе можно рассчитать сопротивление емкости С3 по уравнению:
(8.3)
Получаем
Ом
а
затем и ее значение:
3
= 1/(2πfXC3) (8.4)
где
f = fн/2, а fн - несущая (тактовая) частота, Гц.
Гц
нФ
По
номиналу выбираем
Значение
сопротивления R2 определяется исходя из того, что известны падение
напряжения на емкости С3 и максимальный уровень передаваемого сигнала, равный
0,775 В (0,0 Нп):
R2 = (Uм/2
- UС3 − 0,775)/ Iвх. (8.5)
кОм
По
номиналу R2=91кОм
Сопротивление
R4 рассчитывается с учетом того, что на нем падает
напряжение, соответствующее минимальному уровню передаваемого сигнала, равному
0,078 В (−2,3 Нп):
4 = 0,078/Iвх. (8.6)
кОм
По
номиналу R4=2кОм
Для
фильтра параметры рассчитывают по формулам:
полюс
коэффициента передачи (частота квазирезонанса)
, (8.7)
, (8.8)
где
f=15625 Гц - несущая частота
добротность
контура
. (8.9)
Выбираем
значение параметров в пределах:
Qп - от 1 до 5;
Выбираем
Qп=2
5
= R6 = R7 - от 5 кОм до 500 кОм ;
С4
= nС5 (8.10)
где
n - от 3 до 30.
Так
как R5 = R6 = R7, то
(8.11)
Тогда
формула (8.9) запишется в следующем виде:
(8.12)
Выбираем
С5=1000пФ, следовательно С4=1000пФ*36=36 нФ.
усиление
на нулевой частоте
Н
= −R7/R5; (8.13)
Получаем
Н = −1.
Из
(8.7), (8.8) получаем:
5
= R6 = R7=, (8.14)
5
= R6 = R7=кОм
По
номиналу R5 = R6 = R7=1,8 кОм
Сопротивления
R9 возьмём равным 120 Ом.
Выбираем R8 = 51 кОм
Cхема
согласования с каналом связи показана на рисунке 8.1
9. Расчет
блока питания
В состав блока питания входит. На выходе моста получаем 24 В. Нам
необходимо получить напряжение для питания цифровых микросхем +9 В, а так же
±15 В для питания операционных усилителей. Частота сети 50Гц.
Принимаем токи Iн1=Iн2= Iн3=12 мА, Iст1= Iст3=10мА; Iст2=6 мА.
Выбранная серия микросхем не требует высокой стабильности питающего
напряжения. Выбираем параметрический стабилизатор на стабилитроне. Пульсации
напряжения не должны превышать 5%.
Произведём расчет цепи положительной полярности. Она состоит из двух
ветвей, одна из которых рассчитана на напряжение +9 В, вторая - на напряжение
+15 В.
Общее сопротивление цепи
(9.1)
Ом
По
номиналу выбираем Ом.
Сопротивление
конденсатора С1 (С2) не должно превышать 5% от общего сопротивления цепи, то
есть
(9.2)
Ом
(9.3)
(9.4)
мкФ
По
номинальному ряду емкостей выбираем мкФ
(9.5)
Ом
По
номиналу выбираем Ом.
Ом
мкФ
По
номинальному ряду выбираем мкФ.
Выберем
стабилитрон КС516А (напряжение стабилизации (9÷10,5) В; ток стабилизации 3÷32) мА).
Сопротивление
ограничивающего резистора:
(9.6)
Ом
По
номинальному ряду сопротивлений выбираем кОм.
Рассчитаем
мощность для режима короткого замыкания:
(9.7)
Вт.
Необходимо
взять мощность с запасом, выберем 1 Вт.
Расчет
пятнадцати вольтовой цепи проводится аналогично.
Выберем
стабилитрон КС509А (напряжение стабилизации (13,8÷15,6) В; ток стабилизации (0,5÷42) мА).
Сопротивление
ограничивающего резистора рассчитывается по формуле (9.6)
Ом.
По
номинальному ряду сопротивлений выбираем Ом.
Мощность
резисторов и рассчитываем
по формуле (9.7)
Вт.
Выбираем
Вт.
Фильтрующие
конденсаторы выбираем из расчета 0,1мкФ на 10 корпусов.