Разрядность параллельного кода определяется количеством двоичных букв выходного символа посылки (таблица 1). Для нашего примера код выходного слова символа посылки равен четырем разрядам (Y1, Y2, Y3, Y4). Принцип действия универсального (сдвигающего) регистра заключается в том, что при подаче импульсов синхронизации на вход С, в параллельном режиме при высоком уровне сигнала PS осуществляется запись данных в регистр, а при низком - их сдвиг на выходах регистра. При высоком уровне сигнала R производится асинхронное обнуление (“сброс”) регистра (независимо от входных воздействий на выводах Q будут нули, пока R равен логической единице).
Рисунок 4. 1 - Схема включения и временная диаграмма работы сдвигающего регистра
5. Временная диаграмма функционирования автоматической системы
Временная диаграмма работы автомата строится с учётом выбранной элементной базы. В данном примере сигналы:
- счётчика К561ИЕ16 (С, W1, W2, X1, X2, X3, X4, X5,X6, R);
- регистра К561ИР9 (PS - параллельная запись, Q0, Q1, Q2, Q3 - выходные параллельные данные, RR - сброс регистра);
- счётчика К561ИЕ8 (Q0, Q1, Q2, Q3, Q4, Q5 - десятичный выход, С - синхронизирующий вход);
- ST - стартовый импульс;
- R - сброс всей схемы в исходное состояние (формируется специальной схемой сброса);
- D - последовательный выходной код данных;
- ФМ - фазоманипулированный выходной сигнал.
Временная диаграмма функционирования автомата показана на рисунке 5.1.
6. Определение скорости передачи информации
Скорость передачи информации определяется по следующей формуле:
, (6.1)
где - параметр, определяющийся номером варианта по журналу.
Оптимальная скорость 1800 Бит/с
Для расчета коэффициента деления частоты принимаем резонансную частоту кварцевого резонатора равной кГц.
Коэффициент деления рассчитывается исходя из формулы:
(6.2)
Коэффициент деления может быть только целым числом. Выбираем коэффициент деления, равный 17. На основании принятого коэффициента деления произведем расчет несущей частоты.
Полученное значение действующей частоты укладывается в диапазон передачи по каналу 300 - 3400 Гц.
7. Задающий генератор и делитель частоты
Широко используемая схема простого генератора импульсов (мультивибратора) приведена на рисунке 7.1.
Подстроечный конденсатор нужен для настройки генератора на частоту возбуждения кварца.
Примем значение С1=15 пФ, С2=33 пФ. Рассчитаем величину сопротивления по формуле:
(7.1)
,Ом
По номинальному ряду Е24 выбираем номинал R1=24 кОм.
Рисунок 7.1 - Схема тактового генератора с делителем частоты
8. Формирователь стартовых импульсов
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.
. (8.1)
Преобразовав (8.1) к базису К561 серии получим функцию (8.2) для построения принципиальной схемы.
(8.2)
Схема формирования стартовых импульсов показана на рисунке 8.1
Рисунок. 8.1- Схема формирователя стартовых импульсов
9. Фазовая модуляция
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.
Схемную реализацию получаем при помощи Булевой функции:
|
(9.1) Адаптируем (9.1) к нашей схеме и приведем к базису серии К561: |
Рисунок 9.1- Схема фазового манипулятора
10. Схема согласования с каналом связи
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 R3 - R5, 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 R6, R7, R8 и DA2, выходной каскад на VT1 и VT2); сопротивление согласования R10; 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:
|
(10.1) |
Получаем В.
Уровень сигнала регулируется сопротивлением R4 в пределах от -2,3 Нп (0,07 В) до 0,0 Нп (0,77 В), т. е. падение напряжения на R4
UR4 = 0,775- 0,078 = 0,697 В.
Выбрав типовое переменное сопротивление, можно определить входной ток по формуле:
|
(10.2) |
Выбираем сопротивление R4=18 кОм.
Тогда А.
При известном токе можно рассчитать сопротивление емкости С3 по уравнению:
|
(10.3) |
Получаем Ом
а затем и ее значение:
|
(10.4) |
где f = fн/2, а fн - несущая (тактовая) частота, Гц.
.
По номиналу выбираем
Значение сопротивления R2 определяется исходя из того, что известны падение напряжения на емкости С2 и максимальный уровень передаваемого сигнала, равный 0,775 В (0,0 Нп):
|
(10.5) |
кОм
По номиналу R3=91кОм.
Сопротивление R5 рассчитывается с учетом того, что на нем падает напряжение, соответствующее минимальному уровню передаваемого сигнала, равному 0,078 В (?2,3 Нп):
|
(10.6) |
кОм
Для фильтра параметры рассчитывают по формулам:
- полюс коэффициента передачи (частота квазирезонанса)
|
(10.7) |
||
|
(10.8) |
где f=1838,235 Гц - несущая частота
- добротность контура
|
(10.9) |
Выбираем значение параметров в пределах:
Qп - от 1 до 5;
Выбираем Qп=3; C8=400 пФ, тогда
По номинальному ряду выбираем значения емкостей С8=430 пФ, С6=33 нФ.
R6 = R7 = R8 - от 5 кОм до 500 кОм ;
Из (10.7), (10.9) получаем:
|
R6 = R7 = R8= |
(10.10) |
R6 = R7 = R8=кОм
По номиналу R6 = R7 = R8=24 кОм
Сопротивления R10 возьмём равным 120 Ом.
Выбираем R9 = 51 кОм
Схема согласования с каналом связи показана на рисунке 10.1
Рисунок 10.1 - Схема согласования с каналом связи
11. Функциональная и принципиальная схемы автоматической системы
Функциональная схема автоматической системы, приведенная на рис. 12.1, составляется исходя из структурной схемы с указанием типов применяемых элементов и функциональных связей между ними и содержит тактовый генератор (ГТ), делитель частоты (ДЧ) с коэффициентом деления Кд = 17. Частота импульсов на выходе ДЧ F1 равна 29412 Гц.
Счетчик СТ типа К561ИЕ16 предназначен для формирования тактовых импульсов С, сигналов W1, W2, используемых в схеме для получения сигнала управления регистром РГ (К561ИР9) и для формирования двоичного вектора Х.
Счетчик К561ИЕ8 является источником стартовых кодовых комбинаций ST. В приведенном примере стартовой является комбинация 0101, получаемая суммированием сигналов с выходов Q2 и Q4 данного счетчика.
Схема ФМ строится, как и комбинационная, на логических элементах в соответствии с принятой функцией путем объединения данных D и тактовых импульсов С по принципу логической равнозначности или неравнозначности. С выхода ФМ модулированные данные Dm подаются на каналообразующие устройства (КУ).
Рисунок 11.1 - Функциональная схема автомата
Из диаграммы работы автомата запишем функции дополнительных схем, необходимых для обеспечения работы, выбранных интегральных микросхем:
- сброс на 36 номере такта;
- окончание кодовой посылки (3 пробела начиная с 33 номера такта).
Выражение, представляющее сумму последовательного полезного кода со старт - стопными импульсами, определяется функцией 11.1
|
(11.1) |
В дальнейшем сумма 11.1 и ее инверсное значение подаются на вход фазового манипулятора.
В результате проведённых операций получим схему (рисунок 11.2) управления преобразователем кода (СС, ПП и СИ из структурной схемы). В данной схеме применены технические решения, представленные на рис. 4.1, 5.1, 8.1 и 9.1. На элементах DD30:3 и DD30:4 составлена схема триггера, вырабатывающая сигнал RR, подаваемый на вход R регистра ИР9 после последнего символа сообщения. На элементах DD31:2, DD31:3 и DD34:1 составлена схема управления триггером и получения сигнала R, приводящего автоматическую систему в исходное состояние.
Рисунок 11.2 - Схема управления преобразователем кода
12. Расчет блока питания
В состав блока питания входит трансформатор, на вторичной обмотке которого получаем питание 20 В На выходе моста получаем 28 В. Нам необходимо получить напряжение для питания цифровых микросхем +9 В, а так же ±15 В для питания операционных усилителей. Частота сети 50 Гц.
Выберем токи: значение тока первой нагрузки возьмем из расчета, что нам необходимо питать около 35 микросхем, каждая из которых потребляет ток в пределах 5 мкА, но важно иметь некоторый запас, поэтому примем искомый ток равным 1,7 мА:
Iн1=1,7 мА.
Значения токов Iн2 и Iн3 берем из сведений по паспортным данным операционного усилителя К140УД14, согласно которым номинальное значение тока составляет 0,6 мА, у нас таких усилителей 2, плюс необходим запас, поэтому выберем Iн2=Iн3=12 мА.
Токи стабилитронов приняли равными: Iст1=Iст2= Iст3=10 мА, руководствуясь тем, что для стабилитронов КС515Г и КС190Б ток стабилизации-10 мА.
Выбранная серия микросхем не требует высокой стабильности питающего напряжения. Выбираем параметрический стабилизатор на стабилитроне. Пульсации напряжения не должны превышать 10%.
Произведем 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:
|
(12.1) |
Ом
По номинальному ряду выбираем Ом.
Сопротивление конденсатора Сi не должно превышать 10% от общего сопротивления цепи, то есть
|
(12.2) |
Ом
|
(12.3) |
||
|
(12.4) |
мкФ
По номинальному ряду емкостей выбираем мкФ.
|
(12.5) |
Ом
Ом
мкФ
По номинальному ряду выбираем мкФ
Произведём расчет для 9В. Для стабилизации напряжения используем стабилитрон: КС516А (напряжение стабилизации (9ч10,5) В; ток стабилизации 3ч32) мА).
Сопротивление ограничивающего резистора:
|
(12.6) |
Ом
По номинальному ряду сопротивлений выбираем Ом.
Рассчитаем мощность для режима короткого замыкания:
|
(12.7) |
Вт.
Необходимо взять мощность с запасом, выберем 1 Вт.
Расчет пятнадцати вольтовой цепи проводится аналогично.
Выберем стабилитрон КС515Г (напряжение стабилизации 15В; ток стабилизации 10 мА).Сопротивление ограничивающего резистора , рассчитывается по формуле (12.6)
Ом.
По номинальному ряду сопротивлений выбираем Ом.
Мощность резисторов рассчитываем по формуле (12.7):