Дипломная работа: Проектирование устройства передачи данных по радиоканалу
Аналогов таких устройств существует большое количество, отличающихся типом DSP, кодека, элементной базой и т.п., но принцип у всех один - универсальность. Основной алгоритм работы устройства обеспечивается программным образом без вмешательства в аппаратную часть.
SHARCEZ-KITLite состоит из небольшой демонстрационной платы на основе процессора ADSP-21061, работающего на тактовой частоте 160 МГц. Кроме процессора плата содержит 16-битный звуковой стереокодек AD1847, контроллер интерфейса RS-232 и микросхему EPROM, установленную в кроватку. Внешние порты и различные управляющие сигналы процессора не использованные на самой плате выведены на контакты разъемов расширения (сами разъемы не установлены для упрощения платы). Таким образом, плата может использоваться как прототип устройства, если подключить ее к необходимым внешним модулям. Для удобства отладки на плате установлены три кнопки — сброс, прерывание, флаг и четыре раздельно управляемых светодиода. Кодек связан с процессором через один из последовательных портов, второй порт оставлен свободным. Предусмотрен также JTEG порт, предназначенный для подключения переходника внутрисхемного эмулятора EZ-ICE. Сам эмулятор в комплект поставки не входит и может быть приобретен отдельно.
Такие устройства достаточно дорогие в финансовом плане, но там где необходима высокая точность и быстродействие, они себя окупают. Например, данное уствойство SHARCEZ-Kitстоит на фирме AnalogDevices- 220$.
1.4 Сравнительный анализ способов аппаратной реализации
В ходе анализа аппаратной реализации было рассмотренно два способа: первый без использования цифрового сигнального процессора, второй с его использованием.
Т.к. проектируемое устройство планируется использовать на судах дальнего плавания, то оно должно обладать высокой степенью точности, надежности и быстродействия. Все это можно реализовать только с использованием современных процессоров цифровой обработки сигналов. Исходя из этого, мы выбираем второй пример аппаратной реализации рассмотренный в предыдущем разделе. Конечно, наше устройство не будет похоже SHARCEZ-Kit, но принцип и технология останутся теми же.
1.5 Выводы по аналитическому обзору
После проведения аналитического обзора и сравнительного анализа было решено, что :
устройство кодирования-декодирования информации будем выполнять с использованием цифрового сигнального процессора;
весь алгоритм модуляции-демодуляции, передачи в порт ЭВМ, приёма из порта и т.п. выполняется программно под соответствующий DSP;
в качестве способа модуляции выбран метод частотной модуляции.
2. Разработка структурной схемы устройства
Составлять структурную схему устройства будем из основных функциональных блоков входящих в устройство.
Рисунок 2.1 - Структурная схема устройства
Описание структурной схемы:
Аналоговый вход
На вход устройства подается принятый по радиоканалу сигнал. Приемник сигнала из радиоканала нами рассматриваться не будет, но о наличие такового мы будем помнить. После попадания на вход устройства сигнал направляется в аналогово-цифровой кодер-декодер (кодек).
Кодек:
После фильтра низких частот сигнал поступает на кодер-декодер.
Кодек - это высокоскоростной чип, со встроенными аналого-цифровым и цифро-аналоговым преобразователями, последовательным портом, программируемым интервальным таймером, регистрами и т.п.
Кодек имеет определенную разрядность цифровых данных передаваемых по его последовательному порту. Разрядность должна совпадать с разрядностью DSP , а также частота дискретизации по теореме Котельникова, должна быть в два раза больше частоты сигнала.
Т.к. используется частотная модуляция и частота "1" = 1615 Hzи "0" = 1785 Hz. то, вполне достаточно выбрать 16-ти разрядный кодек, с частатой дискретизации 8 kHz.
Рассмотрим принципы АЦП и ЦАП преоразования, которые также используются в кодеке.
Физические сигналы являются непрерывными функциями времени. Чтобы преобразовать непрерывный, в частности, аналоговый сигнал в цифровую форму используются аналого-цифровые пребразователи (АЦП). Процедуру аналого-цифрового преобразования сигнала обычно представляют в виде последовательности трех операций: дискретизации, квантования и кодирования. Однако, если придерживаться терминологии принятой в литературе по системам цифровой связи, то первая операция, дискретизация, соответствует модуляции сигнала, а вторая операция, квантование, есть ни что иное, как один из cпособов кодирования. Поэтому процедуру аналого-цифрового преобразования сигнала можно также представить в виде последовательности двух операций - модуляции и кодирования.
Операция дискретизации заключается в определении выборки моментов времени измерения сигнала. Операция квантования состоит в считывании значений координаты сигнала в выбранные моменты измерения с заданным уровнем точности, а операция кодирования - в преобразовании полученных измерений сигнала в соответствующие значения некоторого цифрового кода или кодовой комбинации, которые затем передаются по каналам связи.
Процедуру восстановления непрерывного сигнала из цифрового представления также можно представить в виде двух операций: декодирования и демодуляции. Операция декодирования выполняет операцию обратную операции кодирования, т.е. преобразует последовательность заданных значений кодовой комбинации (кодовых слов) в последовательность измерений, следующих друг за другом через заданные интервалы времени дискретизации. Операция демодуляции выполняет интерполяцию или восстановление непрерывного сигнала по его измерениям. Преобразование сигнала из цифровой формы в непрерывный сигнал осуществляется цифро-аналоговыми пребразователями (ЦАП).
Итак, после поступления аналогового сигнала , кодек преобразует его в цифровой код, который по последовательному порту передается в цифровой сигнальный процессор (DSP), где по определенному алгоритму преобразуется и передается в ЭВМ.
При приеме цифрового кода от DSP, по своему последовательному порту, кодек преобразует его в аналоговый сигнал и передает на выход, где сигнал поступает на передатчик по радиоканалу (который не входит в наше устройство) и передается на другое такое же устройство.