Разработка коммуникационной сети датчиков в среде LabVIEW
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
нок 19 - Функциональная схема передатчика
Основной задачей ПЛИС в данной схеме является кодирование данных. Так как для корректной работы протокола передачи необходимо чтобы в итоговом сигнале не было совпадающих по напряжению соседних импульсов, в итоговой последовательности передаваемых значений не должно быть совпадающих, соседних чисел, например 1 3 4 5 2 3 2 0 8 11 3 4. В соответствии с данным требованием наиболее оптимальным алгоритмом кодирования исходной информации является алгоритм изменения состояния передатчика посредством переходов в конечном автомате (рисунок 20).
Генератор сигнала, указанный в схеме передатчика, реализуется посредством делителя напряжения, величина напряжения, на выходе которого описывается зависимостью:
Рисунок 20 - Использование переходов конечного автомата для кодирования информации
В данном выражении - напряжение на выходе генератора сигнала, - номер генерируемого уровня по напряжению, - общее количество уровней, - входное напряжение генератора.
Для решения задач приёмника была разработана функциональная схема, которая представлена на рисунке 21.
При поступлении сигнала из линии связи на приёмник сначала выполняется обработка самого сигнала - это удаление шума на полосовом фильтре, а также понижение уровня сигнала с помощью оптрона до допустимого для микросхем (0 тАж 6В).
После выполнения понижения уровня сигнала оптроном, с помощью дифференцирующей цепи выявляется изменение уровня сигнала (фронт или срез). Зависимость напряжения на выходе дифференцирующей цепи описывается выражением:
Рисунок 21 - Функциональная схема приёмника
Где R - сопротивление резистора дифференцирующей цепи, С - ёмкость конденсатора дифференцирующей цепи.
С выхода дифференцирующей цепи сигнал поступает на выпрямляющий мост, основной задачей которого является преобразование двуполярного сигнала в однополярный. Зависимость напряжения на выходе выпрямляющего моста описывается выражением:
После выпрямляющего моста сигнал приходит на генератор разрешающих (тактовых) импульсов (далее ГРИ), который запускается для формирования нового тактового импульса. Таким образом, каждый тактовый импульс запускается по фронту принятого из линии импульса, что обеспечивает реализацию автосинхронизации приёма данных по каждому импульсу.
В соответствии с фронтом тактового (разрешающего) импульса производится запуск генератора линейно изменяющегося напряжения (далее ГЛИН) и генератора счётных импульсов (далее ГСИ). ГЛИН генерирует напряжение, изменяющееся по линейному закону:
Где R - сопротивление резистора ГЛИН, С - ёмкость конденсатора ГЛИН, t - время прошедшее с момента запуска ГЛИН. Данное соотношение описывает только изменение напряжения при зарядке конденсатора ГЛИН, изменение напряжения при разрядке конденсатора проходит по экспоненциальному закону. Чтобы устройство могло верно распознать принятый уровень импульса, за его длительность должен пройти полный цикл зарядки / разрядки конденсатора ГЛИН.
ГСИ запускается по фронту тактового импульса, формируя счётные импульсы, период которых равен интервалу времени, который необходим для того, чтобы напряжение ГЛИН изменилось на один уровень по напряжению в принятом сигнале. Соответственно параметры ГСИ тесно связаны с параметрами ГЛИН и для того чтобы устройство успело распознать принятый сигнал количество импульсов, сгенерированных ГСИ за время зарядки ГЛИН, должно быть больше чем максимальное количество уровней в принимаемом сигнале.
Для непосредственного распознавания уровня сигнала в приёмнике используется компаратор, который сравнивает текущее напряжение сигнала с эталонным напряжением ГЛИН. Компаратор генерирует на выходе напряжение своего питания, если напряжение сигнала больше чем напряжение на выходе ГЛИН и ноль если меньше.
Последний этап распознавания уровня импульса выполняет счётчик, который подсчитывает количество импульсов ГСИ пришедших с момента запуска ГЛИН и до того момента когда напряжение на его выходе стало больше чем напряжение сигнала от передатчика. Данное количество передаётся на ПЛИС и распознаётся как переданное передатчиком значение. ПЛИС выполняет чтение данного значения, раскодирование его и запись в буферную память. Временные диаграммы работы приёмника представлены на рисунке 22.
Рисунок 22 - Временные диаграммы работы приёмника
3.Технология реализации
3.1Обзор технологии ПЛИС
ПЛИС - это электронный компонент, используемый для реализации цифровых интегральных схем. В отличие от обычных цифровых микросхем, логика работы ПЛИС не определяется при изготовлении, а задаётся посредством программирования (проектирования). Особенность архитектуры ПЛИС предоставляет целый ряд новых возможностей обработки цифровых данных по сравнению с архитектурой микроконтроллеров. Физическим ограничением быстродействия присущей всем традиционным архитектурам процессоров является последовательное выполнение команд. Архитектура ПЛИС имеет потенциально большее быстродействие по сравнению с микроконтроллерами. Это объясняется возможностью аппаратного распараллеливания вычислений.
Одним из наиболее распространённых типов ПЛИС в настоящее время является программируемая пользователем вентильная матрица (FPGA). В основе архитектуры FPGA