Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Потребность в обмене данными привела к необходимости быстро и надежно передавать большие объемы информации. Очередные технические средства решающие эту задачу это системы сбора и передачи информации (ССПИ).

В настоящей курсовой работе рассматривается система сбора и передачи информации в формате международного телеграфного кода МТК5 по симплекс каналу от нескольких источников к одному приемнику.

Код МТК5 - международный семисегментный код (7бит), использующийся для передачи буквенно-цифровых данных. При буквенно-цифровой передаче допускается относительно высокая для ССПИ вероятность ошибки (10-5..10-7), и применение каналов без информационной обратной связи (симплекс). Характерная черта таких каналов отсутствие сигналов, подтверждающих корректность приема, от устройства приема информации (приемника) к устройству сбора и передачи информации (передатчику). Наиболее распространенные ССПИ без информационной обратной связи это радио и телевидение. Для повышения надежности передачи по симплекс каналу применяют защитное кодирование информации с добавлением к передаваемым данным (посылке) дополнительных проверочных разрядов.

1. Анализ способов построения ССПИ

1.1 Классификация ССПИ

По виду передаваемой информации все ССПИ делятся на цифровые и аналоговые. На практике применяются те и другие в зависимости от конкретной ситуации. Цифровой сигнал получается из аналогового сигнала путём дискретизации. Достоинствами цифровых ССПИ являются возможность автоматизации обработки информации, универсальная форма представления сообщений различной физической природы, высокие качественные показатели работы системы, возможность объединения отдельных систем передачи данных в более крупные системы и комплексы. В данной работе рассматривается именно цифровая ССПИ согласно заданию.

По выполняемым функциям ССПИ делятся на: системы измерения (передача непрерывно измеряемых величин), системы сигнализации (передача сигналов с контролируемых объектов), системы управления

(передачу информации в виде команд на включение или отключение различных механизмов), система управления и сигнализации -- система, позволяющая (передача команд с пункта управления на контролируемый пункт и получение известительной сигнализации об исполнении команды, посылаемой контролируемым пунктом на пункт управления, и сигнализацию об изменении состояния объекта), система измерения и сигнализации (передача только известительной информации с контролируемого пункта на пункт управления).

По расположению управляемых объектов ССПИ делятся на: система для сосредоточенных объектов, система для рассредоточенных объектов.

1.2 Методы передачи

В технике передачи информации находят применение механические, акустические, оптические, электрические и радио методы. Механические методы применяются для передачи на короткие расстояния (до 500 м) сигналов в виде механических усилий или давлений. Акустические методы предназначаются для передачи колебаний. Средой для передачи могут служить любые звукопроводящие материалы и среды. Оптические каналы используют видимое, инфракрасное, рентгеновское излучения. Электрический метод предполагает передачу данных с применением проводных линий связи. Радио метод используется для передачи информации на большие расстояния. В данной работе речь пойдёт об электрическом методе передачи, потому что передаются алфавитно-цифровые данные небольшого объёма с небольшой скоростью.

Модуляцией называется нанесение информации на материальные носители, достигающееся определённым изменением некоторых параметров физических процессов, состояний, соединений, комбинаций элементов. При передаче информации по электрическому каналу носителем информации является последовательность импульсов (изменяющееся напряжение). Здесь имеет место амплитудная модуляция, потому что каждому символу кода ставится в соответствие напряжение определённого уровня (амплитуды).

Метод передачи зависит от типа канала связи. Каналы связи бывают симплексные, дуплексные и полудуплексные. В симплексном канале передача информации возможна лишь в одном направлении. В дуплексном канале передача возможна двусторонняя передача по одной линии. В полудуплексном возможна передача в обоих направлениях, но поочерёдно.

По способу синхронизации выделяют асинхронные (старт-стопные) и синхронные методы передачи данных. При синхронном методе синхронизация происходит во время передачи синхронизирующих комбинаций. Когда приёмник засинхронизируется, в канал связи передаются информационные блоки. Причём они должны быть одинаковой длины. При асинхронном методе передачи тактовый генератор приёмника включается только на время приёма посылки по стартовой посылке и отключается при выявлении стоповой посылки. Помехоустойчивость асинхронных систем в общем случае ниже, чем синхронных, однако они проще в техническом и программном исполнении.

1.3 Способы кодирования информации

Под кодированием в широком смысле слова подразумевается представление сообщений в форме, удобной для передачи по данному каналу. Операция восстановления сообщения по принятому сигналу называется декодированием. Кодирование бывает двух видов. Одно из них имеет целью устранение избыточности сообщений, при котором существенно снижается среднее число символов, требующихся на одну букву сообщения. При отсутствии помех это непосредственно даёт выигрыш во времени передачи, то есть повышает эффективность системы. Поэтому такое кодирование получило название эффективного. С помощью кодирования второго вида обеспечивается заданная достоверность при передаче или хранении информации путём дополнительного внесения избыточности. Такое кодирование получило название помехоустойчивого.

Большинство кодов, используемых при кодировании информации без учёта статистических свойств источника и помехи в канале связи, основано на системах счисления. Чем больше основание системы счисления, тем меньшее число разрядов требуется для представления данного числа, а следовательно, и меньшее время для его передачи. Однако с ростом основания уменьшается помехоустойчивость и повышается стоимость аппаратуры передачи и приёма сигналов.

В данной работе используется эффективное кодирование для того, чтобы удовлетворить требования к качеству передачи информации.

Кроме этого на практике часто применяется линейное кодирование. Оно необходимо для повышения скорости передачи данных. Его суть в том, что несколько бит информации ставятся в соответствие напряжению определённого уровня. Обозначаются “nBkM”, где n - число двоичных бит в исходном коде, k - число признаков, использующихся с основанием M.

1.4 Постановка задачи

Основной целью данного курсового проекта является разработка ССПИ удовлетворяющая заданным требованиям(см. табл. 1.1).

Таблица 1.1-Параметры разрабатываемой ССПИ

N - число источников информации.

Объем - длина единичного сообщения от источника.

Пр - наличие(+) приоритета источников

л - плотность потока поступления заявок на обслуживание от источников информации.

Тип - тип канала связи (С - симплексный).

В - скорость модуляции

Рош - вероятность ошибки при передаче одного двоичного символа.

Кп - категория помехоустойчивости системы

W - среднее время запаздывания информации.

Для создания данной системы необходимо определить ее параметры, чтобы обеспечить требуемую помехоустойчивость и время запаздывания. Для этого необходимо определить длину посылки, формат сообщения, используемый код и модуляцию, способ синхронизации и т.д.

Далее необходимо разработать алгоритмы функционирования передающей и приемной частей ССПИ. После чего можно создать структурные схемы приемника и передатчика.

1.5 Выводы к главе 1

Разрабатываемая система относится к классу цифровых систем для рассредоточенных объектов. Необходимо выбрать способ передачи данных, рассчитать необходимые параметры системы. После этого разработать алгоритмы функционирования и схемы передающей и принимающей сторон.

2. Расчет ССПИ на помехоустойчивость и время запаздывания

2.1 Обоснование выбора кода, способа передачи и синхронизации

В данном курсовом проекте выбран старт-стопный метод синхронизации. Выбор сделан на основе более простой организации метода, в сравнении с синхронными методами, а так же в целях минимальных затрат на физическую организацию устройств. При использовании старт-стопного метода фазирования ограничения, наложенные вариантом задания, не нарушены.

Так как для передачи информации используется симплексный канал передачи данных, то необходимо выбрать корректирующий код с исправлением ошибок, то есть такой код, кодовые комбинации которого составлены так, что они отличаются друг от друга на кодовое расстояние d>3.[1] Выберем для исправления ошибок циклический код с кодовым переходом d=3. Расчеты, приведенные в пункте 2.3 данного курсового проекта показывают, что при d=3 условия заданного класса помехоустойчивости не нарушены (выражение (2.3)).

При использовании циклического кода необходимо выбрать количество проверочных бит, которые будут добавлены в информационную часть посылки.

Количество проверочных бит r рассчитывается по эмпирической формуле [1]:

r = {log2[(n+1) + {log2(n+1)}]}, (2.1)

где скобки {} - означают округление в большую сторону.

r = {log2[(11+1) + {log2(11+1)}]} = 4. (2.2)

На основании правил выбора образующего полинома для циклических кодов с d=3 [2]:

Р(х4) = х4+х+1.

Основные достоинства выбранного циклического кода: простота кодирующего и декодирующего устройств, минимально достаточная избыточность.

2.2 Выбор длины посылки, формата сообщения и кодового перехода

Длина информационной части посылки будет состоять из адреса источника - 4 бита (т.к. по условию задания информация поступает от 6 источников), 7 бит (для удобства передачи семи сегментных слов МТК-кода). Длина стартовой посылки 1,5 бит, 0,5 - контрольная пауза. Так как длина информационной посылки всегда одинаковая, то нет необходимости использовать стоповую комбинацию. Таким образом, длина посылки при кодовом расстоянии d=1 будет составлять L = 13, из которых n = 11.

Учитывая выражение (2.2), к информационной части добавится 4 дополнительных бита. Получим L=17 ,n= 15

При данной длине информационной посылки допускаемое среднее время запаздывания информации не превышено. Расчеты приведены в пункте 2.3 данного курсового проекта.

2.3 Расчет помехоустойчивости и времени запаздывания

Вероятность трансформации при передаче алфавитно-цифровой информации, при КП = 2 равна 10-6.

В общем случае вероятность трансформации в зависимости от длины информационной части кода, вероятности ошибки Рош и кодового перехода d определяется по формуле[3]:

. (2.3)

Таким образом, Ртр. расч < Ртр. зад

Время передачи от одного источника определяется по формуле[3]:

где

L - длина посылки с учетом старта и стопа;

М - общее число посылок;

В - скорость передачи данных.

Время цикла передачи от N источников информации определяется по формуле[3]:

tц=ТперN (2.6)

tц=0,177*6=1,06 с (2.7)

Расчет среднего времени запаздывание информации W[3]:

W=C+T, (2.8)

где Т = Тсбора + Тобраб + Тпер (2.9)

Для большинства ССПИ время сбора информации и ее обработки несоизмеримо мало по сравнению с временем передачи, поэтому обычно берут:

W=C+Tпер (2.10)

С - среднее время ожидания сообщением обслуживания на выходе источника информации.

При циклическом обслуживании для определения С пользуются известной формулой Хинчина-Поллачека[3]:

передача информация кодовый передающий

где л - интенсивность поступления заявок на обслуживание с источников информации.

W=0,00063 + 0,177 = 0,17763 с (2.13)

Таким образом, Wрасч < Wзад.

При асинхронном методе передачи с использованием старт-стопного метода и без непосредственного воздействия на приемный тактовый генератор необходимо рассчитать относительный коэффициент его нестабильности по формуле[3]:

где - относительное искажение импульса, которое принимается не более 40%;

Тн - время передачи информационной части посылки без старта и стопа;

В - скорость передачи.

Тн = (2.15)

Тн = (2.16)

Тогда

(2.17)

Нестабильность генераторов, выполненных на ИС без кварцевых резонаторов с использованием время задерживающих цепочек RC-цепочек колеблется в пределах от 5 до 10%. Кварцевые генераторы без термостатирования имеют абсолютную нестабильность 10-4 - 10-6 Гц.

На основании этого выбираем кварцевые тактовые генераторы на предающей и приемной частях системы[3].

При передачи данных по каналу связи будет использоваться цифровое кодирование. В качестве кода выберем потенциальный код без возврата к нулю, поскольку он прост в реализации, обладает хорошей распознаваемостью ошибок из-за двух резко различающихся потенциалов и имеет низкую частоту основной гармоники.

2.4 Вывод к главе 2

В этой главе был сделан вывод о том, что для заданных условий необходимо применение помехоисправляющих кодов, поскольку для передачи информации используется симплексный канал, что означает отсутствие обратной связи. Были получены окончательные форматы сообщений, а также проведены расчеты помехоустойчивости передаваемого сообщения.

3. Разработка структурных схем и алгоритмов функционирования ССПИ

3.1 Разработка структурной схемы передающего устройства

Структурная схема передающего устройства состоит из следующих блоков: устройства управления (УУ), буферного накопителя (БН), кодирующего устройства, устройства формирования старта (УФС), блока аварийной сигнализации и индикации (БАСИ), устройства формирования информационного блока (УФИБ), блока начальной установки (БНУ), ключевой схемы, счетчика переданных бит и двух генераторов тактовых импульсов (ГТИ).

Если какой-либо из 6 источников готов передавать данные, то он формирует сигнал «готов», который фиксируется устройством управления. Причем, одновременно информация может передаваться от одного источника. По данному сигналу в УФИБ и БАСИ помещается адрес передающего источника, а в БН информация от активного источника. По окончанию заполнения БН, УУ приостанавливает прием информации от источника и формирует сигнал «формировать», по которому адрес источника и информация от него становятся единой информационной посылкой. За формированием информационного блока следует формирование стартовой комбинации. УУ коммутирует ключевую схему для посылки стартовой комбинации в канал связи (КС), а затем для передачи информационной части. Далее информационный блок поступает на кодер и посылается в КС.

БАСИ представляет собой набор индикаторов, отображающих работу схемы. БНУ формирует импульс установки всех остальных блоков в исходное состояние. ГТИ 1 предназначен для переключения состояний УУ, ГТИ 2 включается только на время передачи данных в канал связи, что повышает синхронность работы приемной и передающей частей. Счетчик переданных бит предназначен для формирования сигнала конца передачи информационного блока.

Структурная схема передающего устройства представлена на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 - Структурная схема передающего устройства

3.2 Разработка структурной схемы приемного устройства

Структурная схема принимающего устройства состоит из следующих блоков: УУ, буферного накопителя данных, буферного накопителя адреса, декодирующего устройства, устройства выявления старта (УВС), БАСИ, БНУ.

Декодер предназначен для декодирования информации, которая поступает из КС. Буферные накопители принимают данные от декодирующего устройства. Функциональное назначение остальных элементов аналогично назначению одноименных элементов в передающей схеме.

Структурная схема принимающего устройства представлена на рисунке 3.2

Рисунок 3.2 - Структурная схема принимающего устройства

3.3 Алгоритм работы передатчика

Алгоритм работы передатчика изображен на рисунке 3.3.

При включении питания передающего устройства сигнал поступает на БНУ, который устанавливает все остальные блоки в начальное состояние. Затем УУ подаст сигнал на БАСИ о наличии питания. После этого схема перейдет в режим ожидания готовности одного из источников передавать информацию. При получении сигнала от источника в БАСИ индицируется определенный сигнал, в соответствии с адресом активного источника.

Если посылка не сформирована, то передаются все биты адреса и информационной части в УФИБ, после чего формируется информационная посылка.

Если посылка сформирована, то на время ее передачи в КС происходит остановка чтения информации от активного источника.

Так как в метод передачи данных старт-стопный, то перед тем, как посылать информацию, предварительно отправляется в КС стартовая комбинация. После чего, информационная посылка кодируется и отправляется в КС.

Далее схема вновь переходит в режим ожидания готовности одного из источников передавать информацию. Схема может выйти из режима ожидания, если отключить питание.



Рисунок 3.3 - Алгоритм работы передатчика

3.4 Алгоритм работы приемника

УВС выявляет стартовую комбинацию из КС, после чего УУ запустит ГТИ, установит БНА и БНД в режим записи. Декодер декодирует информацию поступающую из канала связи. Декодированная информация поступает на БНА и БНД. По завершению nб тактов УУ остановит ГТИ, переведет БНА и БНД в режим чтения, подаст сигнал «готов» для ООД и перейдет в состояние ожидания старта.

Алгоритм работы приемника изображен на рисунке 3.4.

Рисунок 3.4 - Алгоритм работы приемника

3.5 Вывод к главе 3

В результат выполнения заданий данной главы получены структурные схемы передающего и принимающего устройств ССПИ, а так же алгоритмы их работы, что дает возможность выполнения более детального построения ССПИ - функциональных схем.

4. Разработка функциональных схем ССПИ

4.1 Разработка функциональной схемы передатчика

На основе разработанного алгоритма функционирования и структурной схемы передатчика ССПИ строится функциональная схема передатчика.

Получая сигнал готовности от источника, УУ посредством разрешающих сигналов S6 и S7 (сигнал S5 - тактовый сигнал с ГТИ УУ) записывает 4 бита адреса и 7 информационных бит в УФИБ (RG2) и БН (RG1), которые представляют собой сдвиговые регистры. После того, как считаны 7 информационных бит УУ останавливает подачу информации от активного источника (сигнал S4). Далее формируется информационный блок (сигнал S1), то есть данные из RG1 записываются в RG2. После, УУ переводит RG2 в режим чтения (сигнал S2),то есть УФИБ готов передавать информацию на кодер.

Далее, одновибратором G1 формируется стартовая комбинация длительностью 1,5ф0 (сигнал S9) и отправляется в КС. Отправка стартовой комбинации в КС возможна только тогда, когда ключевая схема (MUX1) открыта для отправки стартовой комбинации (сигнал S12). Одновибратор G2 формирует после контрольной паузы ф=0,5ф0 сигнал в УУ(сигнал S10).

После чего включается второй ГТИ (сигнал S8), который работает только во время передачи информации по каналу связи. По тактовым импульсам ГТИ с RG2 данные начинают поступать на кодер, кодируются и уходят в КС. Работа кодера контролируется управляющей логикой (сигнал S11).

Счетчик переданных СТ1 бит, по окончании передачи информационной посылки формирует стоповый сигнал (сигнал S13), по которому УУ отключает ГТИ и переводит схему в режим ожидания.

Функциональная схема передатчика приведена в ТПЖА 071931.021.002 Э2.

4.2 Разработка функциональной схемы приемника

На основе разработанного алгоритма функционирования и структурной схемы передатчика ССПИ строится функциональная схема приемника.

При принятии стартовой комбинации УВС, состоящее из одновибраторов G1, G2, G3 формируется сигнал (S1), по которому УУ запускает ГТИ и принимает информацию из КС. По этому же сигналу УУ устанавливает БНА (RG1) и БНД (RG2) в режим записи (сигналы S4, S10). Информация поступает на декодер, состоящий из синхронных D-триггеров (ТТ1-ТТ4 - делитель кодовой комбинации, ТТ5-ТТ26 предназначены для исправления ошибок). Комбинация из 11 элементов & в декодере представляет собой дешифратор синдрома. Количество тактовых импульсов, поступающих на делитель многочлена, равно количеству информационных бит посылки (сигнал S2), а количество тактовых импульсов, поступающих на комбинацию триггеров, предназначенных для устранения ошибки, равно количеству информационных бит посылки без проверочных бит (сигнал S3).

После принятия всей посылки УУ отключает ГТИ, устанавливает БНА и БНД в режим чтения (сигналы S5, S11). После окончания чтения из регистров схема переходит в режим ожидания, регистры сбрасываются (сигналы S7, S13).

Для построения дешифратора синдромов необходимо построить образующую матрицу, которая строится путем деления кодовой комбинации на образующий полином[2].

k10k9 k8 k7 k6 k5 k4 k3 k2 k1 k0 r3 r2 r1 r0

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1

0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0

0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0

0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1

0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1

0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0

0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1

0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0

0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1

0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1

1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1

Функциональная схема передатчика приведена в ТПЖА 071931.021.003 Э2.

4.3 Вывод к главе 4

Данная глава является итогом работы предыдущих глав.

Используя структурные схемы, алгоритмы их работы, выбор формата информационной посылки, метода передачи, кодирования и т.п. были построены функциональные схемы передающей и принимающей частей разрабатываемого ССПИ.

Заключение

В результате проектирование была получена система передачи данных со следующими характеристиками:

- Количество источников информации N=6

- Объем передаваемой информации от одного источника 100 МТК

- Приоритет отсутствует в обслуживании источников информации.

- Интенсивность поступления запросов обмена от источников
=10-3 (с-1)

- Тип обмена по линии связи - симплексный

- Скорость передачи по линии связи B=9600 бод

- Вероятность ошибки при передаче Pош=10-3

- Класс помехоустойчивости системы K=2

- Среднее время запаздывания W = 0,17763 с

Спроектированная система передачи данных не нарушает требования, наложенные заданием на курсовой проект.

Список сокращений

УУ - устройство управления

УФС - устройство формирования старта

УВС - устройство выявления старта

БАСИ- блок аварийной сигнализации и индикации

УФИБ - устройство формирования информационного блока

БНУ - блок начальной установки

ГТИ - генератор тактовых импульсов

ИИ - источник информации

КС - канал связи

БНА - блок накопителя адреса

БНД - блок накопителя данных

Размещено на Allbest.ru