Содержани
Введение 2
1 Общая часть 5
1.1 Основные сведения о модеме 5
1.2 Архитектура модемов 7
2 Специальная часть 10
2.1 Принцип работы модема 10
2.2 Проектирование модема 12
3 Технологический процесс 14
3.1 Проетикрование технологического процесса 14
3.2 Документы технологического процесса 15
3.3 Маршрутная карта 18
Заключение 20
Список литературы 21
Приложение A Структурная модема
Приложение B Электрическая принципиальная схема модема
Приложение Г Глоссарий
Введение
Ещё пару лет назад немалые надежды возлагались на иное решение в виде кабельных модемов, использующих телевизионный кабель — ведь они уже протянуты в каждую квартиру (в многоэтажных жилых домах). Однако пока практичных и недорогих решений нет даже за рубежом.
Кроме того, даже в странах с развитой телефонией, стоимость аналоговых каналов значительно меньше цифровых. Поэтому модемы всегда останутся как недорогое решение, особенно для малого бизнеса.
Целью курсовой работы является приобретение практических навыков по проектированию простейших цифровых устройств.
Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:
Систематизация и закрепление полученных теоретических знаний и практических умений по общепрофессиональным и специальным дисциплинам;
Углубление теоретических знаний в соответствии с заданной темой;
Формирование умений применять теоретические знания при решении поставленных вопросов;
Формирование умений использовать справочную, нормативную и правовую документацию;
Развитие творческой инициативы, самостоятельности, ответственности и организованности.
Необходимо выделить следующие методы, которые применены при выполнении КП:
изучение научной литературы;
анализ логики работы схемы;
составление пакета технологических документов;
выполнение работ в ПО DipTrace.
1 Общая часть
Общие сведения о цифровом модеме
Само слово «модем» образовано из двух слов — «Модулятор / Демодулятор», объясняющих основной принцип действия модемов. Поскольку исторически основным видом коммуникации являются телефонные аналоговые сети, а компьютер — это чисто цифровое устройство, то для их сопряжения и понадобилось устройство, которое переводит цифровые сигналы в аналоговые, «модулируя» нули и единицы разным образом.
При работе модем входит в соединение с другим модемом по схеме точка - точка. Это означает, что никакой третий модем не может "вклиниться в разговор". Данные, подлежащие передаче, преобразуютcя в аналоговый cигнал модулятором модема «передающего» компьютера. Принимающий модем, находящийcя на противоположном конце линии, «cлушает» передаваемый cигнал и преобразует его обратно в цифровой с помощью демодулятора. Режим работы, когда передача данных осуществляется только в одном направлении, называется полудуплексом (half duplex), в обе cтороны — дуплексом (full duplex).
Телефонные каналы, разработанные специально для передачи голоса, не очень эффективны для передачи данных, но их преимущество заключается в том, что они густой сетью опутали весь мир и доступны.
Сведения о внутреннем устройстве и архитектуре современных модемов не настолько доступны, как, например, информация об устройстве персональных компьютеров. Одной из причин этого является отсутствие каких бы то ни было промышленных стандартов на конструкцию модемов. Другая причина состоит в том, что современные модемы, как правило, строятся на наборах специализированных микросхем, которые реализуют основные модемные функции. Число производителей наборов модемных микросхем значительно меньше числа производителей собственно модемов. Однако все же их недостаточно для того, чтобы можно было вести речь о какой-либо унификации модемных комплектующих. Основными производителями специализированных наборов являются фирмы Rockwell, Intel, AT&T, Sierra Semiconductor, National Semiconductor, Motorola, Exar и некоторые другие. Ряд известных компаний, таких как U. S. Robotics, Telebit, ZyXEL, самостоятельно занимается разработкой и производством модемных микросхем для своих нужд. Некоторые производители при построении модемов используют микросхемы общего назначения — цифровые процессоры и микроконтроллеры.
Рисунок 1- Устройство современного модема
Модем состоит из адаптеров портов канального и DTE—DCE интерфейсов;
универсального (PU), сигнального (DSP) и модемного процессоров; постоянного (ПЗУ, ROM), постоянного энергонезависимого перепрограммируемого (ППЗУ, ERPROM) оперативного (ОЗУ, RAM) запоминающих устройств и схемы индикаторов состояния модема.
Порт интерфейса DTE—DCE обеспечивает взаимодействие с DTE. Возможные варианты реализации интерфейса DTE — DCE подробно рассматриваются в разделе 3. 1. Если модем внутренний, вместо интерфейсов DTE—DCE может применяться интерфейс внутренней шины компьютера ISA. Порт канального интерфейса обеспечивает согласование электрических параметров с используемым каналом связи. Канал может быть аналоговым или цифровым, с двух- или четырехпроводным окончанием.
Универсальный процессор выполняет функции управления взаимодействием с DTE и схемами индикации состояния модема. Именно он выполняет посылаемые DTE АТ-команды и управляет режимами работы остальных составных частей модема. Также универсальный процессор может реализовывать операции компрессии/декомпрессии передаваемых данных.
Интеллектуальные возможности модема определяются в основном типом используемого PU и микропрограммой управления модемом, хранящейся в ROM. Путем замены или перепрограммирования ROM иногда можно достичь существенного улучшения свойств модема, то есть произвести его модернизация, или апгрейд (upgrade). Такого рода модернизация некоторых моделей модемотз может обеспечить поддержку новых протоколов или сервисных функций, таких как автоматическое определение номера (АОН) вызывающего абонента. Для облегчения такой модернизации в последнее время вместо микросхем ROM стали широко применяться микросхемы флэш-памяти (FlashROM).
Схема ERPROM позволяет сохранять установки модема в так называемых профайлах или профилях модема на время его выключения. Память RAM интенсивно используется для временного хранения данных и выполнения промежуточных вычислений как универсальным, так и цифровым сигнальным процессорами.
На сигнальный процессор, как правило, возлагаются задачи по реализации основных функций протоколов модуляции (кодирование сверточным кодом, относительное кодирование, скремблирование и т. д.), за исключением разве что собственно операций модуляции/демодуляции. Последние операции обычно выполняются специализированным модемным процессором.
Описанное распределение функций между составными частями модема может быть, и скорее всего будет, совсем не таким, какое реализовано в вашем конкретном модеме. Однако внутренней начинкой современного модема все эти функции в той или иной мере должны выполняться.
Ниже подробнее остановимся на устройстве аналоговых (для телефонных каналов) и цифровых модемах и основных их функциях, связанных с обработкой сигналов. Согласно рисунке 1 эти функции реализуются цифровым сигнальным процессором, модемным процессором и собственно канальным интерфейсом.
Архитектура цифрового модема
Две архитектуры кабельной сети прошли полевые испытания на скорость передачи данных. Это симметричная и асимметричная архитектуры.
В случае симметричной архитектуры оба сигнала - прямой и обратный - передаются по одному кабелю. Чтобы разделить прямой и обратный сигналы, их необходимо передавать в различных диапазонах частот. Из-за этого прямая и обратная передачи происходят с разными скоростями. Стандартная симметричная архитектура имеет и другие недостатки, которые будут рассмотрены ниже. Поэтому некоторые фирмы, выпускающие кабельные модемы, используют для своих устройств асимметричную архитектуру кабельной сети. Обе системы - симметричная и асимметричная - могут хорошо дополнять друг друга. Как только симметричные сети станут доступными и дешевыми, асимметричная архитектура постепенно превратится в симметричную. Однако это произойдет еще не скоро. Какой же архитектуре отдать предпочтение?
Передача информации по кабельным сетям может использоваться для различных целей. В промышленности, где кабельная сеть создается самим предприятием для пересылки информации, разумно использовать симметричную архитектуру, поскольку в этом случае скорость обратной и прямой передачи одинакова. Для существующих модемов она составляет примерно 10 Мбит/с (LANcity), т. е. сопоставима со скоростью передачи в Ethernet.
Для подключения домашнего компьютера к Internet или другой глобальной сети, видимо, придется использовать асимметричную архитектуру. Существующая кабельная сеть, к которой можно подключить домашний компьютер, предназначена для телевизионных сигналов и не позволяет передавать обратный сигнал с достаточно высокой скоростью. Обычно пользователи домашнего компьютера используют связь с Internet для доступа к WWW и телеконференциям, а для этого требуется передача большего количества данных от станции к пользователю, а не наоборот. Чтобы получать графические, звуковые и видеофайлы из Internet, требуются большие скорости передачи от станции к клиенту. Выполнение же URL-запросов или передача электронной почты не порождают большого потока данных от пользователя к станции. Поэтому передачу обратного сигнала можно выполнять с меньшей скоростью, например по телефонной линии.
Это внутренний голосовой PCI-модем производства компании 3COM/U.S.Robotics, модель 1998 года. Аналоговая схемотехника полностью унаследована от предыдущих модемов USR Sportster - трансформатор, диффсистема, механическое реле набора номера. Вся цифровая часть сконцентрирована в одном единственном чипе с высокой степенью интерграции - AD1806, производства Analog Devices. Чип содержит в себе:
DSP-ядро ADSP2181 c производительностью 34 MIPS для обработки сигнала;
48K памяти программ и 32K памяти данных;
канала АЦП для ввода сигналов с линии и со звуковой карты;
канала ЦАП для телефонной линии, звуковой карты и встроенного динамика;
Порт подключения энергонезависимой памяти настроек NVRAM;
Порты ввода/вывода для управления аналоговой частью модема.
Более подробно блок-схема чипа представлена на рисунке 1. Кроме того на модеме установлен встроенный динамик, а также TAD-разъем для подключения к звуковой плате. Это необходимо для реализации функций Speakerphone, то есть обычного разговора через модем с громкоговорящей связью. Функции автоответчика запись/воспроизведение прекрасно работают и без подключения к звуковой плате.