Развитие систем коммутации

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Выбор и обоснование схемы структурной коммутатора

2. Выбор серии ИМС

3. Разработка схемы электрической принципиальной. Описание её работы

4. Расчёт тактового генератора

Заключение

Список литературы

Введение

Развитие науки и техники призвано обеспечить постоянное и быстрое повышение эффективности использования всех видов ресурсов. Для этого необходимо создание такой техники и технологии, которые обеспечивают повышение производительности труда.

Системы коммутации, в которых аппаратура коммутации выполнена на единых принципах и на единой элементной базе, а все виды информации передаются по сети связи в единой цифровой форме, называется интегральным.

Для управляющих устройств в этих системах коммутации используются электронные управляющие машины, а в системах коммутации с распределенным управлением микропроцессорная техника.

В настоящие время особое развитие нашла передача различных видов информации в виде дискретных значений сигнала, то есть в цифровой форме. Данная форма является наиболее качественной и обладает рядом преимуществ по сравнению с аналоговой это: повышение вероятности передачи и обработки сообщений; интеграция каналов электросвязи, источников и получателей сообщений, позволяющая проектировать развитые сети связи за счет развития средств коммуникации, обработка и распределение информации посредством использования однотипных цифровых сигналов; возможность обеспечения скрытности передачи путем кодирования сообщений; развитие систем спутниковой связи, обеспечивающих эффективное использование дорогостоящих коммуникационных ресурсов.

1. Выбор и обоснование схемы структурной коммутатора

Коммутатор - это устройство, предназначенное для коммутации определенного входа с определенным выходом по заданному алгоритму коммутации.

Структурная схема коммутатора представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 Структурная схема коммутатора

Структурная схема коммутатора содержит коммутатор выходов, обеспечивающий выбор одного из 12 входов, при этом алгоритм выбора задан в задании. Сигнал с коммутатора входов поступает на коммутатор выходов, который коммутирует сигнал на один из 16 выходов в соответствие с заданным алгоритмом коммутации.

В качестве коммутатора входов используется два мультиплексора на 8 входов, а в качестве коммутатора выходов - два демультиплексора на 8 выходов.

Управление мультиплексором и дешифратором осуществляется с помощью устройства управления, которое реализует заданный алгоритм коммутации. Алгоритм коммутации может быть реализован с помощью счетчиков и логической схемы, либо с использованием постоянного запоминающего устройства, в котором запрограммирован алгоритм коммутаций. В нашем случае в качестве устройства управления используются счетчики с определенным коэффициентом пересчета.

Для осуществления коммутации с заданной частотой и синхронизации всей работы коммутатора используется тактовый генератор импульсов, синхронизирующий работу устройства управления.

2. Выбор серии ИМС

Выбираем в качестве наиболее вероятных для использования в схеме устройства следующие серии ИМС К155, К555, К561. В качестве критериев сравнения используем основные параметры выбранных серий ИМС:

тактовая частота;

- коэффициент разветвления по выходу;

- задержка распространения сигнала;

- номинальное напряжение питания;

- потребляемая мощность;

- стоимость.

Для каждого выбранного параметра устанавливаем весовой коэффициент В_j, соблюдая условие:

(1)

где j-номер выбранного параметра,

n-количество выбранных параметров(в данном случае n=6).

В соответствии с исходными данными максимальное значение весовых коэффициентов должно быть присвоено параметру тактовая частота. Установим значение весового коэффициентов для этих параметров соответственно 0,25 и 0,2, а остальным 0,1 - 0,15 в зависимости от степени важности этих параметров для проектируемого устройства.

Составим таблицу 1 сравниваемых параметров и их весовых коэффициентов.

Таблица 1

сравниваемые параметры и их весовые коэффициенты

Составляем матрицу параметров выбранных серий ИМС вида Х

(2)

Для рассматриваемого примера матрица Х принимает вид

(3)

Преобразуем матрицу вида Х в матрицу вида Y. При этом параметры матрицы Х приводим к такому виду, чтобы большему числовому значению параметра соответствовало лучшее качество серии ИМС. Параметры, не удовлетворяющие этому условию, пересчитаем по формуле:

(4)

В матрице Х необходимо пересчитать столбцы 3, 5, 6. Таким образом, матрица Y, будет иметь вид:

(5)

Составляем матрицу А путём нормирования матрицы Y. Нормирование каждого параметра производится по формуле

(6)

Таким образом матрица А будет иметь вид

(7)

Произведём расчёт величины оценочной функции для каждой серии ИМС по формуле:

(8)

где B_j-весовой коэффициент j-го параметра,

а_ij-значение элемента матрицы А, соответствующее определённой серии ИМС.

Расчёт оценочных функций для выбранных серий ИМС даёт следующие значения:

Q155=0*0,5+0,5*0,1+0,17*0,1+0,5*0,1+0,9975*0,1+0,5*0,1=0,167

Q555=0*0,5+0,5*0,1+0*0,1+0,5*0,1+0,973*0,1+0,6*0,1=0,2573

Q561=0,8*0,5+0*0,1+0,8*0,1+0*0,1+0*0,1+0*0,1=0,48

Минимальное значение имеет оценочная функция для серии ИМС К155, следовательно, эта серия является оптимальной для построения разрабатываемого устройства.

3. Выбор схемы электрической принципиальной и описание её работы

Проектируемая схема работает по алгоритму коммутации №2.

Разработка схемы электрической принципиальной коммутатора входов

Коммутатор входов данной схемы выполнен на базе микросхем DD4 и DD6 типа К555КП7 адресные входы которых обледенены по разрядами подключены к суммирующему счётчику DD2 с коэффициентом пересчёта на 8.

Данный мультиплексор имеет 8 информационных входов D0-D7, три адресных входа 1,2,4 и два выхода один из них выход стробирования с помощью которого мы управляем переключение между мультиплексорами в процессе коммутации (рисунок 2).

Рисунок 2 Мультиплексор К555 КП7

Разработка схемы электрической принципиальной коммутаторов выходов

Для построения коммутатора выходов используем дешифратор, который позволяет соединить вход с одним из выходов, адрес которого задан кодовой комбинацией на адресных входах дешифратора. В качестве дешифратора используем дешифратор со стробирующим входом, который используется как информационный. Выбираем по справочнику дешифраторы так, чтобы их количество позволяло реализовать заданное количество выходов.

Для подключения нужного нам выхода используются адресные входы микросхемы дешифратора, на которые подаются сигналы с устройства управления.

Для правильной работы схемы мы используем входы S как информационные.

Микросхема имеет четыре адресных входа, инверсный вход стробирования S и 8 выходов 0-7.

На рисунке представлена микросхема дешифратора К555ИД7:

Рисунок 3 Дешифратор К555 ИД7

Разработка схемы электрической принципиальной устройства управления

Устройство управления должно обеспечить заданный алгоритм (коммутации входов с выходами.

Порядок разработки устройства управления ведется в следующей последовательности:

-разработка схемы управления, реализующий алгоритм коммутации входов;

-разработка схемы управления, реализующий алгоритм коммутации выходов;

-обеспечение совместной работы разработанных устройств управления в соответствии с общим алгоритмом коммутации;

Устройства управления могут быть выполнены на базе счетчиков и дополнительной логики или с использованием постоянного запоминающего устройства (ПЗУ).

Рассмотрим пример построения устройства управления, реализующий алгоритм коммутации входов в соответствии с вариантом 1 для коммутатора с числом входов 12.

Чтобы обеспечить заданную последовательность коммутации входов, надо подавать на адресные входы мультиплексора последовательность кодовых комбинаций в соответствии с работой суммирующего счетчика с коэффициентом пересчета равным 12. Для этой цели выбираем счетчик типа К555Е5.

На рисунке представлена микросхема К555Е5.

Для построения устройства управления, реализующего алгоритм коммутации выходов, рассмотрим в качестве примера алгоритм варианта 1 для счетчика на 12 выхода. В качестве устройства управления выбираем счетчик типа К555Е5.

4. Расчёт тактового генератора

Принцип работы автоколебательного мультивибратора

Генератор выполнен на элементах DD1.1, DD1.2, DD1.3 схема которого показана на рисунке 5.

Рисунок 5 Структурная схема генератора

При включении питания, какой-то из логических элементов примет одно из двух возможных состояний и тем самым повлияет на состояние других элементов. Предположим, что это будет элемент DD1.2 который оказался в единичном состояние. Через элементы DD1.1 и DD1.2 заряжается конденсатор, и элемент DD1.1 оказывается в нулевом состояние.

В таком же состояние оказывается и элемент DD1.3, поскольку на его входах уровень логической единицы. Такое положение не устойчиво, поскольку на выходе элемента DD1.3 уровень логического нуля, и конденсатор начинает разряжаться через резистор R1 выходной каскад элемента DD1.3. По мере разрядки положительное напряжение на входе элемента DD1.1 уменьшается.

Как только оно станет равным пороговому значению, этот элемент переключится в единичное состояние, а элемент DD1.2 - в нулевое.

Конденсатор начнет разряжаться через элемент DD1.3 (на его выходе теперь уровень логической единицы), резистор R1 и элемент DD1.2. Вскоре напряжение на входе первого элемента превысит пороговое, и все элементы переключатся в противоположное состояние. Так формируются электрические импульсы на выходе генератора.

Электрический расчёт генератора

Расчет генератора заключается в определение длительностей основных стадий переходного процесса и выполняется по формулам (9-12).

коммутатор электрический мультивибратор генератор

(9)

где U₀ - напряжение логического нуля; В.

U₁ - напряжение логической единицы; В.

U_п - пороговое напряжение; В.

I_вх - входной ток при U_вх >U_п; А.

R_вх - входное сопротивление микросхемы; Ом.

Таблица 2

Типовые данные интегральных микросхем

, (10)

где U₀ - напряжение логического нуля; В.

U₁ - напряжение логической единицы; В.

U_п - пороговое напряжение; В.

I_вх - входной ток при U_вх >U_п; А.

R_вх - входное сопротивление микросхемы; Ом.

Выбираем значение резистора R1=700 Ом из таблицы 1 и определим емкость конденсатора С1. Расчет ведем по формуле (11)

(11)

По заданному значению частоты рассчитываем значение конденсатора С1:

=1,35 нФ.

Выбираем тип конденсатора и ближайшее стандартное значение, затем рассчитаем значение частоты при выбранных значениях резистора R1=680 Ом и конденсатора С1=4.7.мкФ

(12)

=495515,584 Гц.

Высчитаем погрешность.

(13)

=9,9%

Погрешность составляет 9.9%, а по условию погрешность не должна превышать 10%. Следовательно, расчетные элементы можно использовать для построения на их основе генератора.

Заключение

Поэтому при разработке современных устройств коммуникации разработчики уделяют внимание цифровым системам электросвязи, так как они безусловно имеют свое настоящие и будущие. в развитие сетей связи

Электросвязь предоставляет человеку широкие возможности для передачи информации на большие расстояния с помощью электрических сигналов. Потребность в обмене информацией неуклонно возрастает по мере развития человеческого общества. Значительная доля всей информации в настоящие время передается с помощью средств электросвязи.

Развитие средств связи имеет большое значение эффективного управления народным хозяйством, четкой работы государственного аппарата, всестороннего удовлетворения культурно - бытовых потребностей населения и повышения обороноспособности страны.

Электрическая сеть является такой отраслью народного хозяйства, которая в силу своего развития взаимосвязана со всеми сферами деятельности общества - промышленности, сельским хозяйством, культурой, обороной. Ни один процесс в жизни общества не может происходить без обмена информацией, осуществляемого с помощью технических средств, объеденных в сеть электросвязи.

Увеличение объема передаваемой информации и появление ее новых видов требуют повышения технического уровня.

Размещено на Allbest.ru