63743 (Проектирование устройства передачи данных по радиоканалу), страница 4

Выбраный кодек поностью совместим с ADSP 2181 , имеет 16-ти разрядный последовательный порт, чего вполне достаточно для реализации нашего устройства кодирования - декодирования информации.

Практически все рассмотренные функции данного кодека необходимы для реализации нашего устройства и будут задействованы.

3.3 Выбор драйвера интерфейса RS - 232

Драйверы интерфейса RS - 232 служат для согласования с host - компьютером использующим уровни сигнала RS - 232 и асинхронный последовательный порт.

Выбираем драйвер интерфейса RS - 232 фирмы Analog Devices ADM232A.

Рисунок 3.7 - Графическое изображение драйвера RS - 232 ADM232A

Основные параметры:

Скорость передачи - 200 kB/s.

Напряжение питания - 5 V.

2 TTL/CMOS входа (выхода) ( от DSP )

2 RS - 232 входа (выхода) ( от ЭВМ )

Выходной уровень сигнала - + 9 V ( на ЭВМ )

Входной уровень сигнала - + 30 V (от ЭВМ )

Корпус DIP 16.

Совпадение по выводам с MAX232A.

Диапазон рабочих температур: -40 ⁰C ... +85 ⁰C

Назначение выводов AD232A:

V+ - внутренняя генерация позитивного напряжения ( +10 V )

V- - внутренняя генерация негативного напряжения ( -10 V )

С1+ - подключение внешнего конденсатора 1 номиналом 0.1 мкФ ( плюсом к этому выводу)

С1- - подключение внешнего конденсатора 1 номиналом 0.1 мкФ ( минусом к этому выводу)

С2+ - подключение внешнего конденсатора 2 номиналом 0.1 мкФ ( плюсом к этому выводу)

С2- - подключение внешнего конденсатора 2 номиналом 0.1 мкФ ( минусом к этому выводу)

TR1IN - первый вход сигнала с TTL/CMOS уровнем от DSP. Внутри микросхемы находится резистор номиналом 400 кОм подключаемый к данному выводу и соединенный с Ucc = + 5 V.

TR2IN - второй вход сигнала с TTL/CMOS уровнем от DSP. Внутри микросхемы находится резистор номиналом 400 кОм подключаемый к данному выводу и соединенный с Ucc = + 5 V.

TR1OUT - первый выход сигнала с уровнем для интерфейса RS - 232. (уровень + 9 V).

TR2OUT - второй выход сигнала с уровнем для интерфейса RS - 232. (уровень + 9 V).

RC1IN - первый вход сигнала с уровнем от интерфейса RS - 232 из host - компьютера (ЭВМ). Внутри микросхемы находится резистор номиналом 5 кОм подключаемый к данному выводу и соединенный с землей.

RC2IN - второй вход сигнала с уровнем от интерфейса RS - 232 из host - компьютера (ЭВМ). Внутри микросхемы находится резистор номиналом 5 кОм подключаемый к данному выводу и соединенный с землей.

RC1OUT - первый выход сигнала с уровнем TTL/CMOS образованным из сигнала поступившего по интерфейсу RS - 232 из host - компьютера (ЭВМ).

RC2OUT - второй выход сигнала с уровнем TTL/CMOS образованным из сигнала поступившего по интерфейсу RS - 232 из host - компьютера (ЭВМ).

Рисунок 3.8 Функциональная блок - схема драйвера ADM232A

Рисунок 3.9 - Схема включения драйвера интерфейса RS - 232 AD232A

Исходя из данной стандартной схемы включения выбираем конденсаторы C25,C26,C27,C28 номиналом 0.1 мкФ.

Рассмотренный драйвер интерфейса RS-232 способен обеспечивать высокое быстродействие при работе с последовательным портом, что в нашем устройстве, которое оснащено скоростным DSP, очень важно, а также способен работать с сигналами ТТЛ-уровня, которые используются нашим DSP. Следовательно данный драйвер полностью подходит для обеспечения связи по последовательному порту с ЭВМ.

3.4 Выбор памяти с ультрафиолетовым стиранием (EPROM)

Микросхема памяти с ультрафиолетовым стиранием необходима в нашем устройстве для хранения в ней программы под цифровой сигнальный процессор, которая и будет реализовывать алгоритм кодирования - декодирования.

ADSP -2181 способен работать не более, чем с 4 Мб внешней памяти.

Рассмотрим микросхемы памяти серии AM27Cxxx:

Таблица 3.1 - Объем памяти EPROM серии AM27Cxxx.

Т.к. выбранный нами цифровой сигнальный процессор

ADSP-2181 имеет расширенную систему команду, по сравнению со своими предшественниками, и хранит в памяти большое количество оперативной информации (стек, регистры, указатели и т.п.), то только для его нормальной работы необходим большой объем памяти.

А так как кроме того, мы проектируем большую программу по кодированию-декодированию информации, инициализации DSP и кодека, а также организации способа частотной модуляции, то дополнительно к этому нам еще требуется не менее 500 Kb.

Итого вобщем необходимо не менее 600 Kb.

Выбираем микросхему с максимальным объёмом памяти 1 Мб AM27C080.

Рисунок 3.10 - Графическое изображение EPROM AM27C080.

3.5 Выбор вспомагательных элементов схемы

Схема питания устройства:

На наше устройство должно подаваться питание от 8 до 10 вольт ( берется из набора стандартных питаний на судах дальнего плавания).

Микросхемы нашего устройства питаются от +5 V. Для этого выбираем

регулятор напряжения LM7805, на вход которого подается напряжение от 8 до 10 V, а на выходе получается +5V. Ниже представлена схема подачи питания и стандартная схема включения микросхемы LM7805.

Рисунок 3.11 - Схема подачи питания.

Для обеспечения защиты от перемены полярности на входе, устанавливаем диод D1 . В качестве его выбираем КД522А.

Конденсаторы С14 и С15 выбираем изходя из стандартной схемы включения равными 0.33 мкФ и 10 мкФ соответственно.

Резистор R18 = 100 kOm.

Рассмотрим характеристики выбранного регулятора напряжения LM7805:

Выходные напряжения: 5, 6, 8, 12, 15, 18, 24 V

Входные напряжения: 8-10, 17-19, 21-23 V

Рабочие температуры: 0 ... +125 ⁰C

Рисунок 3.12 - График зависимости выходного напряжения от входного микросхемы LM7805.

Прочие элементы:

Для обеспечения фильтра по питанию каждой микросхемы выбираем соответствующее количеству выводов питания количество конденсаторов емкостью 0.1 мкФ: C4, C5, C6, C7, C8, C22, C23, C24, C25, C26, C27, C30, C33.

Также выбираем резисторы подтяжки от питания к выводам микросхем равными 10 кОм: R4, R6, R7, R8, R9.

Прочие элементы входят в стандартные схемами включения микросхем и их номиналы указаны в перечне элементов.

4. Разработка алгоритма программы

4.1 Блок инициализации

В состав нашего устройства входят программируемые микросхемы DSP и Codec. Для каждой из них необходимо выполнить инициализацию внутренних переменных, регистров и флагов. Также , как рассматривалось в главе 2, наше устройство работает с внешних host-компьютером - терминалом и для начала работы необходимо дать ему команду инициализации. Для начала работы с терминалом , также необходимо инициализировать переменные и регистры используемые интерфейсом приема/передачи данных. Как было рассмотренно в главе 2, для кодирования информации используется структура судового телеграфа NBDP ( narrowband printing) узкополосное буквопечатанье. Для инициализации данной структуры используется таблица соответствия букв и цифр определенной комбинации 1 и 0.

Рисунок 4.1. - Блок инициализации.

4.2 Интерфейс приема / передачи

Для организации работы с терминалом используется набор команд передаваемых по последовательному порту компьютера. Программа под терминал нами рассматриваться не будет, но связь с ней с помощью нашего устройства будет показана и использованна.

При появлении в host-компьютере данных которые требуется принять, терминал дает запрос на передачу. Также при появлении данных в нашем устройстве, которые требуется передать , в терминал посылается запрос на прием терминалом данных. В случае если терминал готов принять наши данные , устанавливается флаг готовности передачи в терминал. Если же наше устройство готово принять данные от терминала, то также устанавливаеися флаг готовности приема от терминала.

Рисунок 4.2. - Блок - схема запроса на прием / передачу от терминала

Далее, в случае установки флагов приема / передачи, выполняется соответственно прием или передача данных.

При приеме данных от терминала происходит кодирование их по алгоритму NBDP и модулирование, используя частотную модуляцию ( 1 - 1615 Hz , 0 - 1785 Hz) с последующей передачей на кодек и далее после цифро-аналогового преобразования на выход.

Рисунок 4.3. - Блок - схема приема данных от терминала

При передаче данных в терминала происходит демодуляция поступивших данных , раскодирование их по алгоритму NBDP и перевод в формат ASCII с последующей передачей по последовательному порту в терминал.

Рисунок 4.4. - Блок - схема передачи данных в терминал.

Далее после окончания приема или передачи данных , в терминал передается команда "устройство свободно", что разрешает дальнейшие запросы на обмен данными.

Перезагрузка программы в память и инициализация происходят при нажатии кнопки RESET.

Полная блок-схема алгоритма предоставленна в приложении.

Данный алгоритм представляет собой общий принцип работы программы. Более конкретная его реализация с учетом особенностей выбранной технологической базы будет рассмотренна в следующей главе.

5. Разработка программного обеспечения

Программное обеспечение будет разрабатываться для цифровго сигнального процессора фирмы Analog Devices ADSP -2181. Для этого будем использовать программное обеспечение фирмы Analog Devices, позволяющее создавать и тестировать программы под DSP.

Разработку программного обеспечения будем производить на языке ассемблер под ADSP - 2181 и Си. Язык Си напрямую не поддерживается DSP, но в комплекте программ фирмы Analog Devices имеется конвертер программ написанных на языке Си, в формат машинных кодов DSP. Также есть возможность создания проектов включающих программы написанные под DSP и под Си, и ссылаться на функции друг друга с помощью EXTERNAL (внешних) процедур и переменных.

Будем использовать следующее программное обеспечение для создания нашей программы:

Assembler - компоновщик ассемблерных программ *.dsp в *.obj

Linker - компилятор в код DSP

ADSP-2181 Simulator - эмулятор ADSP - 2181

Minitor - программа для записи программы в DSP

C Compiler - компилятор языка Си

C Runtime Libraries - библиотеки языка Си

C Debugger - отладчик для программ на Си

Cconverter - конвертер программ на Си в код DSP

Разработка программного кода находится в приложении 1.

6. Технико-экономический расчет

В данном дипломном проекте разработано устройство кодирования - декодирования информации на цифровом сигнальном процессоре. Наше устройство выполняет функции радиомодема и использует частотную модуляцию по протоколу обмена данными морского телеграфа. Эта система является конструктивно законченным устройством, поэтому целесообразно рассчитать затраты на расходные материалы и производство устройства , а также рассчитать срок окупаемости предложенной системы.