Курсовая работа (т): Устройство передачи данных, содержащее пять каналов передачи

Устройство передачи данных, содержащее пять каналов передачи

ВВЕДЕНИЕ

Все процессы в мире связаны с получением, обработкой, передачей, получением информации. В разные времена использовались различные носители информации, а также различные методы передачи информации. Причем стремились к более высокой скорости обмена информацией, и устранения негативного влияния различных факторов (помех) при передачи, ведущих к неверному получению данных на приемной стороне.

В настоящее время для передачи информации на большие расстояния используются исключительно электромагнитные волны (акустические волны пригодны лишь для ограниченных расстояний). При этом пересылка может осуществляться по медным проводам, оптоволоконному кабелю или непосредственно, по схеме передатчик-приемник. В последнем случае используются антенны. Для того чтобы антенна была эффективна, ее размеры должны быть сравнимы с длиной передаваемой волны. Передача сигнала непосредственно по лучу лазера ограничена расстояниями 100-3000м и становится неустойчивой при наличии осадков даже для инфракрасных длин волн. Между тем человек воспринимает акустические колебания в диапазоне 20-12000 Гц и для целей пересылки звука (например, телефония) требуется именно этот диапазон частот. Динамический диапазон частот в этом случае равен 600, а для высококачественного воспроизведения звука он в два раза шире. При решении этой проблемы используется преобразование частот и различные методы модуляции. Каналы передачи данных ненадежны, да и само оборудование обработки информации работает со сбоями. По этой причине важную роль приобретают механизмы детектирования ошибок. Ведь если ошибка обнаружена, можно осуществить повторную передачу данных и решить проблему. Если исходный код по своей длине равен полученному коду, обнаружить ошибку передачи не предоставляется возможным. Простейшим способом обнаружения ошибок является контроль по четности. Обычно контролируется передача блока данных (М бит). Этому блоку ставится в соответствие кодовое слово длиной N бит, причем N>M. Избыточность кода характеризуется величиной 1-M/N. Вероятность обнаружения ошибки определяется отношением M/N (чем меньше это отношение, тем выше вероятность обнаружения ошибки, но и выше избыточность). При передаче информации она кодируется таким образом, чтобы с одной стороны характеризовать ее минимальным числом символов, а с другой - минимизировать вероятность ошибки при декодировании получателем. Для выбора типа кодирования важную роль играет так называемое расстояние Хэмминга. Пусть А и Б две двоичные кодовые последовательности равной длины. Расстояние Хэмминга между двумя этими кодовыми последовательностями равно числу символов, которыми они отличаются. Можно показать, что для детектирования ошибок в n битах, схема кодирования требует применения кодовых слов с расстоянием Хэмминга не менее N+1. Можно также показать, что для исправления ошибок в N битах необходима схема кодирования с расстоянием Хэмминга между кодами не менее 2N+1. Таким образом, конструируя код, мы пытаемся обеспечить расстояние Хэмминга между возможными кодовыми последовательностями больше, чем оно может возникнуть из-за ошибок. Широко распространены коды с одиночным битом четности. В этих кодах к каждым М бит добавляется 1 бит, значение которого определяется четностью (или нечетностью) суммы этих М бит. Так, например, для двухбитовых кодов 00, 01, 10, 11 кодами с контролем четности будут 000, 011, 101 и 110. Если в процессе передачи один бит будет передан неверно, четность кода из М+1 бита изменится. Добавление бита четности уменьшает вероятность необнаруженной ошибки почти в 1000 раз. Использование одного бита четности типично для асинхронного метода передачи. В синхронных каналах чаще используется вычисление и передача битов четности как для строк, так и для столбцов передаваемого массива данных. Такая схема позволяет не только регистрировать но и исправлять ошибки в одном из битов переданного блока. Контроль по четности достаточно эффективен для выявления одиночных и множественных ошибок в условиях, когда они являются независимыми. При возникновении ошибок в кластерах бит метод контроля четности неэффективен и тогда предпочтительнее метод вычисления циклических сумм (CRC). В этом методе передаваемый кадр делится на специально подобранный образующий полином. Дополнение остатка от деления и является контрольной суммой.

Исправлять ошибки труднее, чем их детектировать или предотвращать. Процедура коррекции ошибок предполагает два совмещенные процесса: обнаружение ошибки и определение места (идентификация сообщения и позиции в сообщении). После решения этих двух задач, исправление тривиально - надо инвертировать значение ошибочного бита. В наземных каналах связи, где вероятность ошибки невелика, обычно используется метод детектирования ошибок и повторной пересылки фрагмента, содержащего дефект. Для спутниковых каналов с типичными для них большими задержками системы коррекции ошибок становятся привлекательными. Здесь используют коды Хэмминга или коды свертки. Код Хэмминга представляет собой блочный код, который позволяет выявить и исправить ошибочно переданный бит в пределах переданного блока. Обычно код Хэмминга характеризуется двумя целыми числами, например, (11,7) используемый при передаче 7-битных ASCII-кодов. Такая запись говорит, что при передаче 7-битного кода используется 4 контрольных бита (7+4=11). При этом предполагается, что имела место ошибка в одном бите и что ошибка в двух или более битах существенно менее вероятна. С учетом этого исправление ошибки осуществляется с определенной вероятностью. Обобщением кодов Хэмминга являются циклические коды BCH (Bose-Chadhuri-Hocquenghem). Это коды с широким выбором длины и возможностей исправления ошибок. Циклические коды характеризуются полиномом g(x) степени n-k, g(x) = 1 + g1x + g2x2 + … + xn-k. g(x) называется порождающим многочленом циклического кода. Если многочлен g(x) n-k и является делителем многочлена xn + 1, то код C(g(x)) является линейным циклическим (n,k)-кодом. Число циклических n-разрядных кодов равно числу делителей многочлена xn + 1. [1]

1. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА УСТРОЙСТВА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ И КОМАНД

Структурная схема устройства передачи данных и команд показана на рисунке 1.1. На схеме приведены следующие обозначения: ДТ - датчик. НП - нормирующий преобразователь. АЦП/ЦАП - аналого-цифровой и цифро-аналоговый преобразователи. КУ -кодирующее устройство. ДКУ - декодирующее устройство. ЛС - линия связи. И - индикатор.

Рисунок 1.1- Структурная схема устройства передачи данных и команд.

Сигнал с датчика температуры поступает на вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП), где подвергается дискретизации. Далее преобразованный сигнал поступает на вход кодирующего устройства, где происходит кодирование сообщений. В широком смысле под кодированием понимают преобразование сообщений в сигнал. В узком смысле - это отображение дискретных сообщений в виде определенных сочетаний символов. При передаче сигналы подвергаются воздействию помех. Принятые сигналы декодируются, т. е. приводят к исходному виду. Цифро-аналоговый преобразователь производит преобразование принятого цифрового сигнала в аналоговый, который поступает на вход индикатора, информируя о состоянии системы.

2. РАСЧЕТ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ДАТЧИКА ТЕМПЕРАТУРЫ

Принцип действия датчика заключается в изменении напряжения на выходе усилителя в зависимости от сопротивления терморезистора. Значение номинального сопротивления выбираемого терморезистора и значение его ТКС зависят от требуемой крутизны характеристики преобразования напряжение-температура.

С помощью пакета автоматизированного проектирования Simulink пакета MathLab 6.5 проектируется модель датчика температуры, представленная на рисунке А.1 в приложении А.

Параметры блоков использованных в модели представлены в таблицах 2.1-2.6.

Таблица 2.1 - Параметры блоков Constant Block

Таблица 2.2 - Параметры блока Fcn Block

Таблица 2.3 - Параметры блока Gain Block

Таблица 2.4 - Параметры блока Mux Block.

Таблица 2.5 - Параметры блока Sum Block.

Таблица 2.6 - Параметры блока Ramp Block.

Блоками Constant задаются исходные данные (сопротивление терморезистора, коэффициент В, начальная температура в Кельвинах). С помощью блока Ramp задается необходимый диапазон изменения температуры.

Параметр slope блока Ramp Block Properties определяется как крутизна характеристики, которая позволяет получить необходимый диапазон изменения напряжения:

К/В                                             (2.1)

Описанные выше блоки объединяются блоком Mux и поступают на вход блока Fcn Block Properties, где задается функция изменения напряжения от температуры. После сложения в блоке Sum сигнал поступает на вход блока Gain, с помощью которого задается диапазон изменения выходного напряжения.

Параметр Gain блока Gain Block Properties выбирается таким образом, чтобы обеспечить необходимую разрядность АЦП и равный 0,3 он обеспечивает изменение напряжения от 10 до 60В.

График изменения выходного напряжения от изменения температуры датчика приведен на рисунке Б.1 в приложении Б.

3. МОДЕЛИРОВАНИЕ АЦП И ЦАП

Для преобразования сигналов, поступающих с четырех каналов необходимы восьмиразрядные АЦП и ЦАП.

Модели четырехразрядных преобразователей представлены на рисунках А.2 и А.3 в приложении А.

Параметры блоков, использованных при моделировании АЦП, представлены в таблицах 3.1-3.4.

Таблица 3.1 - Параметры блоков Gain Block

Таблица 3.2 - Параметры блока Mux Block

Таблица 3.3 - Параметры блоков Sum Block

Таблица 3.4 - Параметры блоков Rounding Block

Параметры блоков, использованных при моделировании ЦАП, представлены в таблицах 3.5-3.7.

Таблица 3.5 - Параметры блока Demux Block

Таблица 3.6 - Параметры блоков Gain Block

Таблица 3.7 - Параметры блоков Sum Block

Чтобы получить модели восьмиразрядных преобразователей необходимо дополнить приведенные выше модели ещё четырьмя аналогичными блоками.

4. Модель устройства передачи данных

Модель устройства передачи данных состоит из следующих составных частей: модель датчика температуры с первичным преобразователем, мультиплексор каналов данных, АЦП, блок контроля четности, маркеры каналов, линия связи, демультиплексор каналов данных, ЦАП, индикатор.

Модель устройства передачи данных показана на рисунке А.4 в приложении А.

Параметры блоков приведены в таблицах 4.1-4.9.

Таблица 4.1 - Параметры блоков Constant Block