Разработка коммуникационной сети датчиков в среде LabVIEW

Дипломная работа - Компьютеры, программирование

Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование



ь это количество до значительных величин, но на практике мы не можем этого сделать из-за шума на линии. Например, для примера, приведенного на рисунке 1, можно увеличить пропускную способность линии еще в два раза, использовав для кодирования данных не 4, а 16 уровней. Однако если амплитуда шума часто превышает разницу между соседними 16-ю уровнями, то приемник не сможет устойчиво распознавать передаваемые данные. Поэтому количество возможных состояний сигнала фактически ограничивается соотношением мощности сигнала и шума, а формула Найквиста определяет предельную скорость передачи данных в том случае, когда количество состояний уже выбрано с учетом возможностей устойчивого распознавания приемником.

Приведённые выше вычисления позволяют оценить предельную пропускную способность кабеля UTP категории 2. Степень же приближения к этому пределу зависит от конкретных методов физического кодирования.

RS-485 использует только 2 уровня для передачи сигнала и соответственно единственным способом увеличения скорости передачи является увеличение частоты передачи сигналов по линии связи. Однако данная операция не может выполняться бесконечно, т.к. в конечном итоге спектр передаваемого сигнала выйдет за границы полосы пропускания.

Применив метод многоуровневой передачи сигнала мы можем, используя оптимальную частоту передачи по линии связи, в соответствии с мощностью шума в линии связи максимально эффективно использовать полезную мощность передатчика сигнала.

Одной из насущных проблем разработки протокола физического уровня является организация синхронной работы передатчика и приёмника. В стандарте RS-485 для организации синхронизации используется система старт-стоповых битов (рисунок 16).

Рисунок 16 - Кадр стандарта RS-485

Использование старт-стоповых битов позволяет осуществлять синхронизацию приёма-передачи на уровне кадров информации. Однако данный метод не гарантирует синхронизацию внутри кадра. Кроме того использование старт-стоповых битов подразумевает, что в кадре размером 10 бит 2 бита будут служебными и не будут нести полезную нагрузку. Из этого следует, что 20% всей передаваемой информации по линии связи является служебной, и поэтому наблюдается потеря 20% скорости передачи данных по коммуникационной сети.

Эффективной заменой использования старт-стоповых битов является осуществление автосинхронизации приёмника по фронту каждого пришедшего от приёмника сигнала (рисунок 17).

Рисунок 17 - Автосинхронизация по фронту и срезу передаваемого сигнала

Данный метод осуществляется посредством запуска тактового генератора приёмника по фронту пришедшего импульса. Использование автосинхронизации по фронту импульса позволяет отказаться от применения старт-стоповых битов в каждом получаемом кадре.

Сложность реализации автосинхронизации по фронту импульса создаёт сам принцип её организации. Синхронизация приёмника, а соответственно считывание им единицы информации осуществляется им по фронту передаваемого передатчиком импульса. Соответственно любые два одинаковых и идущих друг за другом сигнала будут приводить к потере синхронизации и нарушению всего процесса передачи (рисунок 18).

Рисунок 18 - Нарушение синхронизации при передаче соседних импульсов одного уровня

Данная особенность накладывает ограничение на используемую последовательность сигналов передаваемых передатчиком: уровень каждого следующего сигнала должен отличаться от уровня предыдущего сигнала. Соответственно минимальное количество уровней в сигнале, позволяющее закодировать таким образом передаваемые данные - 3 (при использовании 2 уровневого сигнала мы можем получить единственную последовательность удовлетворяющую данному требованию: 01010101010101тАж - однако она не пригодна для кодирования информации).

2.3Проектирование приемопередатчиков

Целью проектирования приёмопередатчиков является разработка устройств, способных передавать сигнал в соответствии с разработанным протоколом передачи. В ходе проектирования протокола передачи были описаны следующие требования к приёмопередатчикам:

в качестве физической среды для передачи сигнала используется кабель UTP категории 2;

должна быть реализована поддержка многоуровневой аналоговой передачи данных;

синхронизация приёмника осуществляется по фронту сигнала переданного передатчиком;

кодирование передаваемого значения должно осуществляться таким образом, чтобы в итоговом сигнале не было двух последовательно расположенных совпадающих по напряжению соседних импульса.

В соответствии с вышеописанными требованиями основными задачами передатчика являются:

считывание данных для передачи и буферного запоминающего устройства;

кодирование считанной информации;

формирование импульса соответствующего уровня напряжения.

Задачами приёмника являются:

распознавание фронта импульса;

распознавание уровня напряжения в импульсе;

вычисление закодированного уровнем напряжения переданного значения;

запись полученного значения в буферное запоминающее устройство.

Так как задачи, выполняемые передатчиком, можно условно разделить на две группы: обработка цифровых данных и формирование аналогового сигнала, следовательно, для реализации структуры передатчика можно использовать два блока: ПЛИС и генератор сигнала (рисунок 19).

Рису