Федеральное агентство железнодорожного транспорта
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС)
Кафедра “Автоматика и телемеханика “
СИНТЕЗ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ КОДИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ
Расчетно - пояснительная записка к курсовому проекту
По дисциплине “Теоретические основы автоматики и телемеханики”
Студентки группы 23Б
____________ Е.А. Шевелило
Руководитель - доцент кафедры “АиТ”
____________С.В. Гришечко
Омск 2015
Задание на курсовой проект
Тема: “Синтез автоматической системы передачи кодированных сигналов в канал связи”.
Задание: составить схему автоматической системы, предназначенной для передачи(приема) информационного сообщения через канал связи.
Содержание сообщения: ШЕВЕЛИЛО ЕКАТЕРИНА АЛЕКСАНДРОВНА.
Способ передачи(приема): циклический.
Система кодирования: двоичный код.
Скорость передачи(приема): 1760- 1840 бит/с
Параметры канала связи:
- полоса пропускания - от 300 Гц до 3400 Гц;
- входной уровень - от -2.3 Нп до 0 Нп;
- линия - двухпроводная симметричная;
- волновое сопротивление 120 Ом.
Номер варианта 18.
Реферат
Курсовой проект содержит 39 страниц, 31 рисунок, 27 формул, 3 таблицы, использовано 5 источников.
Канал связи, делитель частоты, преобразователь кода, задающий генератор, код, схема синхронизации, временная диаграмма, регистр.
В данном курсовом проекте на базе теории переключательных функций, теории полупроводниковых приборов и микропроцессорной техники производится проектирование цифрового устройства для передачи сообщения через канал связи. В процессе проектирования осуществляется разработка задающего генератора, делителя частоты, преобразователя кода, согласующего устройства с каналом связи, схемы синхронизации и сброса, блока питания и прочих устройств с учетом того, чтобы полученный конечный автомат содержал наименьшее число радиокомпонентов, имел оптимальные размеры и минимальную скорость.
Введение
1. Структурная схема автоматической системы
2. Определение скорости передачи информации
3. Выбор элементной базы
4. Кодирование информации
4.1 Кодирование и минимизация
4.2 Преобразователь кода Ф.И.О.
5. Преобразователь параллельного кода в последовательный
6. Задающий генератор и делитель частоты
7. Формирователь стартовых импульсов
8. Фазовая модуляция
9. Временная диаграмма
10. Схема согласования с каналом связи
11. Функциональная схема автомата
12. Расчет блока питания
13. Описание элементной базы
13.1 Микросхема К561ЛА7
13.2 Микросхема К561ЛА8
13.3 Микросхема К561ЛА9
13.4 Микросхема К561ЛЕ5
13.5 Микросхема К561ЛЕ10
13.6 Микросхема К561ЛИ1
13.7. Микросхема К561ИЕ8
13.8. Микросхема К561ИЕ10
13.9 Микросхема К561ИЕ16
13.10 Микросхема К561ИР9
13.11 Операционные усилители К140УД14А, К140УД14Б, К140УД14В
Заключение
Библиографический список
Введение
канал связь генератор импульс
Автоматизация процессов управления - это основа современного производства. Ее широкое внедрение обеспечивает повышение производительности труда и улучшение качества продукции. Развитие многих отраслей современной науки и техники невозможно без применения средств автоматики.
Задача данного проекта состоит в том, чтобы получить конечный автомат, который содержит наименьшее число радиокомпонентов и имеет оптимальные размеры. Проектируемое устройство должно соответствовать условиям эксплуатации.
Принципиальная схема автомата строится на микросхемах и на отдельных радиокомпонентах. В качестве элементной базы используются микросхемы серии К561.
В данном курсовом проекте кодируется и подвергается минимизации сигнал ШЕВЕЛИЛО ЕКАТЕРИНА АЛЕКСАНДРОВНА. С помощью микросхем К561ЛА7, К561ЛА8, К561ЛА9 и К561ЛИ1 реализовываются выходные функции.
Предположительную схему реализации сигнала можно увидеть в структурной схеме. После определения каждого блока структурной схемы, составляется функциональная схема конечного автомата.
Для определения делителя частоты вычисляется коэффициент деления, для чего сначала задаются рамки скорости передачи (приема). Для скорости передачи (приема) 18 варианта, заключенной в пределах от 1760 до 1840 бит/с, коэффициент деления находится в интервале от 16,98 до 17,76.
Для реализации сигнала необходимо 13 символов. Кодирование символов посылки производится с помощью 6 входов и 4 выходов. На 36 номере такта производится сброс и циклическое повторение кодирования.
Преобразованием сигналов из диаграммы работы автомата получается схема управления преобразователем кода, которая включает в себя схему реализации, преобразователя параллельного кода в последовательный, схему формирования старт-стоповых импульсов.
Для функционирования автоматической системы необходимо обеспечить питание. Для питания разрабатываемой схемы выбирается блок питания с типами диодов КС515Г и КС190Б, так как для микросхем серии К561 необходим очень маленький ток и невысокая стабильность питающего напряжения.
1. Составление структурной схемы автомата
Основные блоки автоматической системы и их взаимосвязи показаны на структурной схеме автоматической системы, приведенной на рисунке 1.1, где изображены:
– задающий генератор с кварцевой стабилизацией (ЗГ);
– делитель частоты для формирования необходимой последовательности импульсов (ДЧ);
– преобразователь кода Ф.И.О. (ПК);
– преобразователь параллельного кода в последовательный (ПП);
– схему согласования с каналом связи (ССКС);
– схему синхронизации и сброса (СС);
– формирователь старт - стопных синхронизирующих импульсов (СИ);
– сумматор старт - стопных синхронизирующих импульсов и последовательного кода ();
– блок питания (БП);
– фазовый модулятор (ФМ).
Рисунок 1.1 - Структурная схема автомата
Преобразователь кода осуществляет переход от кода номера импульса, выдаваемого делителем частоты, к коду символа сообщения.
Преобразователь последовательного формата кода в параллельный предназначен для записи кода символа сообщения и подготовки его для передачи в канал связи.
Формирователь старт-стопных импульсов осуществляет выделение информационных блоков(сообщений), передаваемых в канал связи.
Схема модуляции и согласования с каналом связи предназначена для преобразования значений импульсного признака двоичного кода передаваемого кода в форму, удобную для передачи информационного сообщения, а также для установления необходимых уровней сигналов и согласования выходных сопротивлений передающих устройств с волновым сопротивлением канала связи.
2. Выбор элементной базы
Логические схемы любой сложности строятся из элементарных логических элементов, выполняющих следующие логические функции: И, ИЛИ, НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ, И-ИЛИ-НЕ. Любое сложное логическое выражение можно заменить набором элементарных выражений. Создан набор микросхем, решающих более сложные задачи, чем элементарные. В данном задании подойдут микросхемы любого функционального ряда, однако, предпочтительнее ряд КМДШ - логики, например К561. Основанием для выбора данной серии ИС являются следующие факторы: микросхемы данной серии не требуют большой стабильности питающего напряжения, потребляемый ток невелик и составляет миллиамперы, питающее напряжение имеет широкий диапазон от 5 до 14 В.
3. Кодирование информации
3.1. Кодирование и минимизация
Определим разрядность кода. Для того подсчитываем, сколько различных символов содержит сообщение, передаваемое в канал связи:
_ШЕВЕЛИЛО_ЕКАТЕРИНА_АЛЕКСАНДРОВНА_ - сообщение содержит 14 различных символов, включая пробелы.
Для определения числа разрядов входного кода используется следующая формула:
, (3.1)
где, N - общее число символов, m - разрядность кода.
Для определения числа разрядов кода используется следующая формула:
, (3.2
- количество выходов преобразователя кода. Передаваемый в канал связи код будет четырехразрядным.
Далее составляем кодовую таблицу (таблица 1). В столбце “номер тактового импульса” указываются такты, в течение которых будет формироваться сообщение. Столбцы “ Х6, Х5, Х4, Х3, Х2, Х1” содержат номера такта в двоичном коде. Столбец “символ” содержит сообщение, посылаемое в канал связи. В столбце “номер кодированной буквы” указывается номер символа алфавита. Столбцы “Y4, Y3, Y2, Y1” содержат двоичный код передаваемого символа.
Таблица 1 - Кодирование символов посылки
|
№ такта |
Символ |
Входное слово преобразователя |
№ кода буквы |
Выходное слово |
|||||||||
|
Х6 |
Х5 |
Х4 |
Х3 |
Х2 |
Х1 |
Y4 |
Y3 |
Y2 |
Y1 |
||||
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
||
|
1 |
Ш |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
|
2 |
Е |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
2 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|
|
3 |
В |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
3 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
|
4 |
Е |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
2 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|
|
5 |
Л |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
4 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
|
6 |
И |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
5 |
0 |
1 |
0 |
1 |
|
|
7 |
Л |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
4 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
|
8 |
О |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
6 |
0 |
1 |
1 |
0 |
|
|
9 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
||
|
10 |
Е |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
2 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|
|
11 |
К |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
7 |
0 |
1 |
1 |
1 |
|
|
12 |
А |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
8 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
|
13 |
Т |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
9 |
1 |
0 |
0 |
1 |
|
|
14 |
Е |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
2 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|
|
15 |
Р |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
10 |
1 |
0 |
1 |
0 |
|
|
16 |
И |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
5 |
0 |
1 |
0 |
1 |
|
|
17 |
Н |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
11 |
1 |
0 |
1 |
1 |
|
|
18 |
А |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
8 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
|
19 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
||
|
20 |
А |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
8 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
|
21 |
Л |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
4 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
|
22 |
Е |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
2 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|
|
23 |
К |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
7 |
0 |
1 |
1 |
1 |
|
|
24 |
С |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
12 |
1 |
1 |
0 |
0 |
|
|
25 |
А |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
8 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
|
26 |
Н |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
11 |
1 |
0 |
1 |
1 |
|
|
27 |
Д |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
13 |
1 |
1 |
0 |
1 |
|
|
28 |
Р |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
10 |
1 |
0 |
1 |
0 |
|
|
29 |
О |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
6 |
0 |
1 |
1 |
0 |
|
|
30 |
В |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
3 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
|
31 |
Н |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
11 |
1 |
0 |
1 |
1 |
|
|
32 |
А |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
8 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
|
33 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0(~) |
0(~) |
0(~) |
0(~) |
0(~) |
||
|
34 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0(~) |
0(~) |
0(~) |
0(~) |
0(~) |
||
|
35 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0(~) |
0(~) |
0(~) |
0(~) |
0(~) |
||
|
36 |
сброс |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0(~) |
0(~) |
0(~) |
0(~) |
0(~) |
|
|
Циклическое повторение сообщения |
|||||||||||||
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
||
|
1 |
Ш |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
Таблица имеет 36 комбинации, но с такта 33 включительно и до конца кодовая комбинация выходного слова безразлична, потому что этих комбинаций никогда не будет за счет отключения преобразователя кода от линии связи.
Производим минимизацию, для этого строим карту Карно для входного слова. Шаблон карты Карно для входного слова, состоящего из шести переменных, показан на рисунке 2.
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 "~" необходимо доопределить, т. е. поставить "1" или "0", выбираем те значение, которые дают наименьшее количество букв в минимизированной функции. Из всех возможных импликант необходимо выбрать оптимальные с учётом других функций автомата 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 для выходной функции Y1
Рисунок 3.3 - Карта Карно для выходной функции Y2
Рисунок 3.4 - Карта Карно для выходной функции Y3
Рисунок 3.5 - Карта Карно для выходной функции Y4
Выходные функции Y4 - Y1 преобразователя кода, полученные на основании минимизации, представлены нижеследующими выражениями, приведенными к базису И - НЕ на основании правил Де - Моргана:
Выходные функции записаны в минимальной нормальной дизъюнктивной форме (МДНФ) и приведены к базису И-НЕ интегральных микросхем.
3.2 Преобразователь кода Ф.И.О.
Преобразователь кода реализован на инверторах и элементах И-НЕ и ИЛИ-НЕ (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.
Рисунок 3.6, лист 3 - Схема преобразователя кода Ф.И.О.
Рисунок 3.6, лист 4 - Схема преобразователя кода Ф.И.О.
4. Преобразователь параллельного кода в последовательный
В качестве основы схемотехнического решения преобразователя параллельного кода в последовательный выбрано устройство - сдвигающий регистр К561ИР9.