7. Описание функционально-логической схемы устройства.

Разработанные с учётом вышеизложенного функционально-логические схемы передающего и приёмного полукомплектов устройства изображены на рис. 7.1 и 7.2 соответственно.

Передающая часть представляет собой устройство передачи данных, состоящее из устройства ввода данных (УВД), устройства передачи данных (УПД) и линейного устройства (ЛУ).

УВД предназначено для ручного ввода передаваемого сообщения (команды ТУ) и его представления в виде параллельного кода. Оно содержит ключи выбора ХО, №гр и №об (S1.0, S2.1-7, S3.1-10), ключ запуска (S4.0) передачи. Кроме этого, в состав УВВ включены шифраторы кодов ХО, №гр и №об (ШХО, Ш№гр и Ш№об).

С целью упрощения шифраторы первичного и корректирующего (защитного) кодирования совмещены и включены на логических элементах DD1 – DD4, представляющих собой комбинационные логические схемы.

Пусконачинающий узел построен на RS-триггерах DD5,6 и элементе DD7, служащем для формирования короткого импульса.

Таким образом, УВД совмещено в данном простейшем случае системы передачи данных с УЗО и устройством управления (УУ).

Устройство передачи данных (УПД) представляет собой старт-стопное устройство последовательного действия, осуществляющее преобразование параллельного кода в последовательный код и формирование линейного сигнала старт-стопной последовательной кодовой посылки в соответствии с выбранными импульсными признаками.

УПД содержит совмещенные в данном проекте устройства преобразования параллельного кода в последовательный код (ПрПсП) и устройство формирования ШИМ (широтно-импульсного модулированного) линейного сигнала, посылаемого через линейное устройство (ЛУ) в линию связи.

Как видно из рисунка 7.1 УПД представляет собой последовательностную (многотактную) схему (конечный автомат Мили), содержащую регистр сдвига с обратными связями, собранный на D-триггерах DD8-DD23 и элементе ИЛИ-НЕ DD24, комбинационную логическую схему на элементах И, ИЛИ, И-ИЛИ и одновибраторах ОВ1 и 2 (DD25 – DD31), служащую для управления длительностью импульса и паузы генератора тактовых импульсов (ГТИ), собранного на элементах И-НЕ (DD32,DD33).

Линейное устройство собрано на операционном усилителе (ОУ) DD34. Оно служит для подключения устройства к линии связи.

Рассмотрим работу устройства в случае передачи команды ТУ "включить объект №8 группы №4”, т.е. для передачи кодовой комбинации 10.0001000.10010.

Временная диаграмма сигналов, иллюстрирующая работу схемы для этого случая, приведена на рисунке 7.4.

В соответствии с методическими указаниями перед началом передачи необходимо произвести выбор характера операции ХО и номера объекта №об. Для этого необходимо замкнуть в положение соответствующее ключи: S1.0, S2.4 и S3.8 – в положение ВКЛ. После чего на линиях 1  16 шины, идущей от ШХО, Ш№гр и Ш№об, установятся уровни ТТЛ, соответствующие кодовой комбинации 10.0001000.10010. Обозначим эту шину шиной управления длительностью импульсов (ШУи). Соответственно шину управления со стороны регистра сдвига обозначим как ШУр.

Рис. 7.1 Функционально-логическая схема передающего полукомплекта устройства ТУ.

ШХО – шифратор характера операции;

Шуи – шина управления длительностью импульса

Рис. 7.2 Функционально-логическая схема приёмного полукомплекта устройства ТУ.

Рис. 7.3 Принципиальная схема элементов задержки.

Рис 7.4. Временная диаграмма сигналов передающего полукомплекта устройства ТУ.

Рис 7.5. Временная диаграмма сигналов приёмного полукомплекта устройства ТУ.

Исходным состоянием (ожидания) УУ будем считать состояния триггеров DD5, DD6 и состояние триггеров DD8 – DD23. При этом ГТИ будет находиться в заторможенном состоянии, т.к. на вход 2 эмиттера DD33 подается низкий уровень, соответствующий уровню лог. 0. Конденсатор С1, подключенный в выходу DD33 будет заряжен, а конденсатор С, подключенный к выходу DD 32, разряжен (т.е. уровень на выходе DD32 считаем низким). Это будет, если на обоих входах DD32 установится уровень лог. 1.

После нажатия ключа S4.0 (“Пуск”) триггер DD5 перебрасывается в состояние 1, что приводит соответственно к установке триггера DD6 в состояние 1, как показано на рис. 7.3.

В результате по переднему фронту, проходящему через DD7, произойдет принудительный сброс в ноль всех триггеров регистра DD8 – DD23 и если они не были в исходном состоянии, через DD24 на D-входе DD8 установится состояние 1, а на всех остальных D-входах – 0.

Одновременно с входа 2 DD33 снимается запрет на генерацию импульсов (т.к. подается уровень 1, а на входе 1 уровень до этого соответствовал лог. 1). Поэтому DD33 переходит в состояние 0 и конденсатор С1 начинает разряжаться по цепи выход DD28 – C1 – R1 – земля. Поэтому на втором входе DD32 установиться уровень лог. 0 и , следовательно, DD32 переходит в состояние 1 (см диаграмму рис. 7.4.).

Импульс с выхода DD32 подается через DD34 в линию связи и через шину Шур подается как строб С на схемы мультиплексоров MX1 (DD25, DD26 и DD27) и MX2 (DD28). В результате на первом такте (состояние регистра 1000000000000000) строб С через эмиттеры DD25, DD26 запускает передним фронтом одновибратор ОВ1 (DD29), затормаживающий мультивибратор ГТИ на время , т.е. на время длительности синхроимпульса “стадии”.

По окончании действия импульсов ОВ1 переходим в исходное состояние 0. Это переводит к перебросу ГТИ в противоположное состояние, т.е. состояние формирования паузы. При этом на выходе DD32 устанавливается потенциал лог. 0 и конденсатор С2 начнет разряжаться по цепи выход DD32 – C2 – R2 – земля, удерживая DD33 в состоянии 1. Поэтому конденсатор С1 начинает заряжаться, а С2 – разряжаться. После чего DD33 переходит в состояние 0 и конденсатор С1 начинает разряжаться, а на выходе DD32 появится импульс такта 2. Передним фронтом этого импульса (строба С) регистр переходит в следующее состояние (0100000000000000). ГТИ удерживается в состоянии формирования второго импульса на время , т.к. на шине 2 ШУи состояние лог.1 и, следовательно, через МХ2 (DD28) запуститься ОВ2, формируя импульс 1, длительностью .

По окончании импульса ГТИ переходит в состояние паузы и начинается разряд конденсатора С2. Поэтому длительность будет определяться постоянной времени , как показано на рис. 7.4.

Таким образом, генератор ГТИ будет последовательно по тактам формировать импульсы, длительности которых однозначно будут задаваться состояниями линий шины Шуи, т.е. кода команды ТУ, подлежащей передаче по линии связи, что требовалось по заданию.

При этом длительности тактов будут определяться как , т.е. зависеть от передаваемой кодовой комбинации.

На последнем 12-м такте строб С через DD27 запустит ОВ1, удерживающий ГТИ в состоянии импульса на время стоп-импульса , и по окончании его триггер DD6 вернётся в исходное состояние 0, что означает окончание передачи.

Рассмотрим работу приёмного полукомплекта устройства ТУ, показанного на рис. 7.2. Данное устройство представляет собой ответную часть устройства, рассмотренного выше. Поэтому его устройство должно быть связано по Протоколу взаимосвязи с передающей частью.

Это выражается в том, что устройство преобразования входных линейных сигналов (УПЛС) должно быть синтезировано по тому же формату, что и на передающей стороне, т.е. на приёмной стороне должны быть известны все расчётные параметры и структура принимаемой кодовой посылки.

Исходя из этого, рассчитываются и разрабатываются схемы различителей импульсных признаков (дискретных демодуляторов ШИМ-сигналов), отображающих синхроимпульсы (старт- и стоп-импульсы) и импульсы, непосредственно отвечающие за передаваемую кодовую комбинацию, а также разрабатываются схемы преобразования последовательного кода в параллельный код (ПсПрП), УЗО, ДшХО, Дш№гр, Дш№об и схемы устройств вывода (УВ) принятого сообщения (команды ТУ) соответствующим объектам (число которых составляет N=70).

Таким образом, приёмное устройство ТУ представляет собой частный случай асинхронного адресного устройства приёма данных (ААУПД), в котором кодовые комбинации №гр и №об представляют собой составной адрес получателя (абонента), а ХО представляет собой данные (в данном случае команду ТУ (ВКЛ или ВЫКЛ)).

УПЛС состоит из линейного устройства, собранного на ОУ DD1 и компараторе DD2, служащем для восстановления прямоугольной формы сигналов, как показано на рис. 7.5. Искажения формы сигналов обусловлены ограничением полосы пропускания (прозрачности) двухпроводной линии связи.

На рис. 7.5 на верхней диаграмме показаны сигналы, соответствующие передаче команды "включить объект №8 группы №4".

Формат передачи выбран таким образом, чтобы по принятым сигналам можно было восстановить такты (т.е. осуществить синхронизацию) и выделить старт- и стоп-импульсы (т.е. начало и конец передачи), а также сформировать униполярные двоичные коды кодовых комбинаций ХО и №об с параметрами лог. 1 и лог. 0, соответствующими уровням ТТЛ.

Выделение импульсных признаков синхроимпульсов для синхронизации приёмного распределителя (регистра сдвига с обратными связями) осуществляется в рассматриваемом проекте непосредственно восстановлением прямоугольной формы входных сигналов (рис. 7.5), так как регистр меняет состояние по задним фронтам входных импульсов.

Для выделения импульсов длительностью и , соответствующих старт- и стоп-импульсам и импульсам, передающим уровни 1 кодовых комбинаций ХО, №гр и №об, используются элементы задержки DD3 и DD4. Принцип действия элементов DD3 и DD4 основан на использовании интегрирующих RC-цепей, постоянные времени которых выбраны таким образом, что DD3 срабатывает, если длительность входного импульса превышает , а DD4 – если длительность импульса превышает .

Элементы DD3 и DD4 построены по идентичным схемам, показанным на рис. 7.3.

ПсПрП с выходными буферными регистрами памяти построен на 15-разрядном регистре сдвига DD5-DD19 с обратной связью на DD20, аналогичном передающему регистру, но на один разряд уменьшенном.

Это обусловлено тем, что старт-импульс используется на приёмной стороне только для установки схемы в исходное состояние и его не нужно запоминать для последующего использования.

Буферы для приёма кодовой комбинации ХО DD22, DD24 со схемой записи DD21 DD23, кодовой комбинации №гр DD26, DD28, DD30, DD32, DD34, DD36, DD38 со схемой записи DD25, DD27, DD29, DD31, DD33, DD35, DD37, кодовой комбинации №об DD40, DD42, DD44, DD46, DD48 со схемой записи DD39, DD41, DD43, DD45, DD47 служат для временного хранения принятых кодовых комбинаций.

УЗО построено в соответствии с ранее составленными логическими соотношениями на элементах DD49, DD50, DD52 и DD54 соответственно, а также на элементе DD55, формирующем строб С разрешения записи принятой команды ТУ в соответствующий триггер памяти (DD58 объекта №1 группы №1, DD61 №об=2, №гр=1… DD265 №об=10 №гр=7).

Логика управления выбора №гр, №об реализована на дешифраторе Дш№гр, Дш№об DD51, DD53 и элементах DD56, DD57, DD59, DD60… DD263, DD264.

Схема работает следующим образом. Импульсы, поступающие из линии связи через DD1, восстанавливают свою исходную форму, пройдя компаратор DD2, служащий в данном случае регенератором. Смещение импульсов в сторону запаздывания из-за низкой частоты (~ Гц) несущественно.

Первый импульс последовательности (старт-импульс) выделяется элементом DD3 и осуществляет принудительный сброс регистра сдвига (DD5 – DD19) и буферов приёма кодовой комбинации (DD22, DD24, DD26, DD28, DD30, DD32, DD34, DD36, DD38, DD40, DD42, DD44, DD46 и DD48), тем самым приводя схему в исходное состояние готовности. Регистр сдвига через элемент DD20 устанавливается при этом в состояние 100000000000000.

Следующий затем импульс длительностью аналогичным образом записывает 1 в буферный триггер DD22, что соответствует первому биту кодовой комбинации ХО. На заднем фронте этого импульса регистр переходит во второе состояние 010000000000000, как показано на рис. 7.5.

Характер последующей работы очевиден из рис. 7.5.

К моменту прихода стоп-импульса состояния буферов ХО и №об будут соответственно 10, 0001000 и 10010, поэтому синдром ошибки , поэтому стоп-импульс с выхода DD3 при совпадении с состоянием 15 регистра обеспечивает формирование строба С, разрешающего запись кода ХО в триггер Гр4Об8, выданного выходом 4 дешифратора Дш№гр DD51 и выходом 8 дешифратора Дш№об DD53.

Аналогично считывание кода ХО не произойдёт в случае расшифровки, так как в момент прихода стоп-импульса регистр будет находиться в другом состоянии.

Таким образом, приёмное устройство позволяет осуществить приём кодовой комбинации, посылаемой передающей частью устройства ТУ в соответствии с заданием на курсовой проект.