Разработка модели модема с использованием модуляции первого порядка и кода Хэмминга

/

РЕФЕРАТ

В процессе выполнения курсовой работы проводилось проектирование и тестирование отдельных узлов кодека кода Хэмминга, построенного в программе Multisim 8.

Цель курсовой работы: спроектировать кодек системы передачи данных.

Разработан кодек системы передачи данных, включающий в себя:

· кодер Хэмминга (7,4);

· преобразователь из параллельного кода в последовательный;

· кодопреобразователи передающей и принимающей частей;

· преобразователь из последовательного кода в параллельный;

· декодер Хэмминга (7,4).

Область применения: работа носит учебный характер.

СОДЕРЖАНИЕ

• ВВЕДЕНИЕ
• Структурная схема кодека
• 1. Передатчик
• 1.1 Кодер Хэмминга
• 1.2 Преобразование параллельного кода в последовательный
• 1.2 Кодер Манчестер-2
• 2. Приемник
• 2.1 Декодер Манчестер-2
• 2.2 Преобразование последовательного кода в параллельный
• 2.3 Декодер Хэмминга
• 3. Функциональная схема и результаты моделирования
• Заключение

ВВЕДЕНИЕ

Телемеханика - область науки и техники, предметом которой является разработка методов и технических средств передачи и приёма информации (сигналов) с целью управления и контроля на расстоянии. Телемеханика отличается от др. областей науки и техники, связанных с передачей информации на расстояние (телефония, телеграфия, телевидение и др.), рядом специфических особенностей, важнейшие из которых -- передача очень медленно меняющихся данных; необходимость высокой точности передачи измеряемых величин (до 0,1%); недопустимость большого запаздывания сигналов; высокая надёжность передачи команд управления (вероятность возникновения ложной команды должна быть не более 10-6 - 10-10); высокая степень автоматизации процессов сбора и использования информации (телемеханика допускает участие человека в передаче данных только с одной стороны тракта передачи); централизованность переработки информации. Указанные особенности обусловлены спецификой задач, решаемых телемеханикой.

Как правило, телемеханизация применяется тогда, когда необходимо и целесообразно объединить разобщённые или территориально рассредоточенные объекты управления в единый производственный комплекс (например, при управлении газо- и нефтепроводом, энергосистемой, ж. -д. узлом, сетью метеостанций) либо когда присутствие человека на объекте управления нежелательно (вследствие того, что работа на объекте сопряжена с риском для здоровья -- например, в атомной промышленности, на некоторых химических предприятиях) или невозможно (из-за недоступности объекта управления - например, при управлении непилотируемой ракетой, луноходом).

Структурная схема кодека

Структурная схема системы передачи данных представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 Структурная схема кодека

Кодер осуществляет защитное кодирование, т.е. преобразует безызбыточный код (код с выхода АЦП) в избыточный. Преобразователь параллельного кода в последовательный осуществляет поочередное продвижение битов информации в одну линию. В состав передатчика входят два функциональных блока: кодопреобразователь манчестер-2 и фазовый манипулятор. В них происходит модуляция сигнала в вид пригодный для передачи по линии связи. В приемнике происходит демодуляция, обратное преобразование манчестер-2, преобразование последовательного кода в параллельный и декодирование.

1. Передатчик

1.1 Кодер Хэмминга

Код Хэмминга это систематический код при d=3, исправляющий одиночные ошибки и при d=4, исправляющий одиночные и обнаруживающий двойные. Количество контрольных разрядов определяется по формуле 2m>n+1=k+m+1, где m - количество контрольных бит, n - общее количество бит, k - кол-во информационных бит.

Контрольные разряды находятся на местах определяемым по формуле mi=2i-1, отсчёт производится слева на право, после этого для составления кодовой комбинации справа налево заполняются информационные биты. После этого строят таблицу для определения уравнений проверок. Записывается в строку номер разряда в десятичном и двоичном виде и сам бит (контрольный или информационный), после чего производится горизонтальное сечение от контрольных разрядов влево, до первой встретившейся единицы, после чего делают вертикальное сечение, в уравнение записывают элементы напротив которых стоят единицы. При декодировании эти элементы складываются по модулю 2 и результаты записываются в виде двоичного числа, десятичное представление которого указывает на ошибочный разряд.

Построим код Хэмминга

K=4, d=3

23 >4+3+1 -> m=3, код Хэмминга 7,4

Расположение контрольных бит

m1 - 20 = 1

m2 - 21 = 2

m3 - 22 = 4

Таблица 1 Расчет кода Хэмминга

Запишем систему уравнений проверки

m1k4k3k1=0

m2k4k2k1=0 (1)

m3k3k2k1=0

Данная система является основообразующей для кодека, из неё выражаются уравнения расчета контрольных бит и синдромы ошибок.

Запишем уравнения нахождения значений контрольных бит

m1=k4k3k1

m2=k4k2k1

m3=k3k2k1

Рисунок 2 Принципиальная схема кодера Хэмминга 7,4

Рисунок 3 Осциллограмма работы кодера

1.2 Преобразование параллельного кода в последовательный

Для того чтобы передать полученную с кодера информацию на следующий блок передающей части системы, необходимо преобразовать эту информацию в последовательный код.

Принципиальная схема преобразователя параллельного кода в последовательный представлена на рисунке 4.

Преобразователь построен на восьмибитном сдвиговом регистре и двух тактовых генераторах.

Рисунок 4 Принципиальная схема параллельно-последовательного преобразователя

Рисунок 5 Осциллограмма работы преобразователя

1.2 Кодер Манчестер-2

Манчестерский код бла-бла-бла, часто применяется в ЛВС

Рисунок 6 Принципиальная схема кодера Манчестер-2

Рисунок 7 Осциллограмма работы кодера Манчестер-2

2. Приемник

2.1 Декодер Манчестер-2

Манчестерский код, бла-бла-бла

Рисунок 8 Принципиальная схема декодера Манчестер-2

Рисунок 9 Осциллограмма работы декодера Манчестер-2

2.2 Преобразование последовательного кода в параллельный

Преобразователь последовательного кода в параллельный предназначена для того, чтобы подать пришедшую с кодопреобразователя последовательность данных на декодер Хэмминга.

Рисунок 10 Принципиальная схема последовательно-параллельного преобразователя

Рисунок 11 Осциллограмма работы преобразователя

2.3 Декодер Хэмминга

Данная схема предназначена для декодирования параллельного кода.

Основой для синтеза декодера является система (1). При помощи этой системы вычисляется синдром:

S1=m1k4k3k1

S2=m2k4k2k1 S=S3 S2 S1

S3=m3k3k2k1

Синдром ошибки поступает на вход дешифратора, и он формирует вектор ошибок, поступающий на вторые входы сумматоров «по модулю два», являющихся схемами исправления информационных разрядов. Данное устройство способно исправлять однократные ошибки, возникающие при передаче данных.

Рисунок 12 Принципиальная схема декодера Хэмминга 7,4

Рисунок 13 Осциллограмма работы декодера Хэмминга 7,4

3. Функциональная схема и результаты моделирования

декодер хэмминг манчестер модем

Рисунок 14 Функциональная схема системы передачи данных

Рисунок 15 Осциллограмма работы системы передачи данных

Заключение

В результате данного курсового проекта была разработана модель модема с использованием модуляции первого порядка и кода Хэмминга (7, 4). Данная модель была протестирована в пакете Electronics Workbench Multisim v10.