Умовно графічну схему обміну даними через lpt-порт можна зобразити так (рис. 4.2.3.1 ):
Рисунок 4.2.3.1. Виводи lpt-порта при роботі з приладом.
Алгоритм циклу читання даних за допомогою lpt-порта можна представити так:
1. Програмно встановлюється низький рівень сигналу Select Input# (CR3), тим самим переключаючи порт у режим читання даних, цей же сигнал й передається на вхід прийомо-передавальний пристрою RX/TX, переключаючи його у режим прийому даних.
2. На вхід Busy (SR7) від блоку попередньої обробки сигналу надходять дані. Порт чекає на підтверждення від переферійного пристрою.
3. Від блоку попередньої обробки сигналу на вхід Paper Out (SR5) надхо-дить синхронізуючий сигнал (високий рівень).
4. Знімаються дані з SR7.
5. Програмно встановлюється низікий рівень сигналу Paper Out (SR5) для готовності прийому наступного біту інформації.
Алгоритм запису даних до lpt-порту можна представити так:
1. Програмно встановлюється високий рівень сигналу Select Input# (CR3), тим самим переключаючи порт у режим запису даних, цей же сигнал й передається на вхід прийомо-передавального пристрою RX/TX, переключаючи його у режим передачі даних.
2. До lpt-порту програмно записується байт 00000001, що символізує передачу „0”, або 00000010, що символізує передачу „1”, тим самим з’являються відповідні сигнали на виходах DR0 або DR1.
3. Програмно встановлюється високий рівень сигналу CR3 (Select Input#) для підтвердження посилки наступного біту інформації.
4. Дається програмна затримка (10 мкс) – для витримування рівня сигналу CR3.
5. Програмно встановлюється низький рівень сигналу CR3 (Select Input#) для кінця підтвердження.
5 Розробка модулю попередньої обробки сигналу
5.1 Обробка прийнятого сигналу
Модуль збору метеорологічних даних має наступну структуру (рис. 5.1.1):
Рисунок. 5.1.1 Структура модулю збору інформації
Мікроконтролер модуля збору інформації передає дані, які щойно були зчитані з блоку датчиків, та збережені у власному буфері мікроконтролера.
Розглянемо форму сигналу на виході прийомо-передавального пристрою приладу прийому інформації, який був отриманий від модуля збору інформації (рис. 5.1.2).
Тривалість інформаційного рівня сигналу становить 40 мкс, тривалість синхронізуючого сигналу становить 10 мкс.
За умови таких тривалостей сигналу, можлива передача інформації зі швидкістю до 20 000 біт/сек.
Стає очевиндим необхідність мати модуль, який би розпізнавав інформаційні та синхронізуючі сигнали та розділяв би їх на дві складові (рис. 5.1.2).
Рисунок 5.1.2 Модуль попередньої обробки прийнятого сигналу.
Слід також зважати на те, що модуль збору може знаходитись на будь якій відстані від модулю прийому інформації, тому амплітуди сигналу, що надходитимуть на вхід модуя попередньої обробки є нефіксованими, та залежитимуть від відстані між двома прийомо-передавальними пристроями.
Рисунок 5.1.3. Форма сигналу на виході прийомо-передавального пристрою приладу прийому.
Рівні вхідних інформаційних та синхронізуючого сигналів отримуємо у процентному співвідношені від постійної утворюючої сигналу, що прийшов на вхід.
Для вирішення цих вимог запропонуємо наступну схему (рис. 5.1.4):
Оскільки передається сигнал зі швидкістю 20 000 біт/сек, у якості логічних компонентів можуть слугувати будь-які мікросхеми ТТЛ-логіки низької потужності та з часом переключення не більшим 2000 нс.
У якості мікросхем DD1, DD2, DD3, наприклад мікропотужний чотирьохканальний аналоговий компаратор TLC339 (мінімальна напруга живлення – +1,5 В, вхідний ток 0,005 нА, час переключення 1700 нс).
 |
 |
Рисунок 5.1.4. Обробка прийнятого сигналу для передачі до lpt-порта.
У якості мікросхем DD4, DD5 – наприклад, мікросхема 74ALS86, що являє собою 4 двохвходових логічних елементи “виключаюче або” (напруга живлення – +3,6В, час переключення 30 нс). У якості мікросхеми DD6, наприклад, мікросхему 74SN7432, що являє собою 4 двохвходових логічних елементи “або” (напруга живлення – +3,6В, час переключення 30 нс).
Зробимо розрахунок параметрів схеми, використаємо формули:
(1)де R, C – параетри RC-ланцюга;
τ – час падіння напруги на конденсаторі.
Оскільки в даній схемі виділяємо лише три різні рівні сигналів, приймемо τ > 20. Тобто рівень падіння напруги на виході конденсатора не повинен перевищувати 5%
Приймемо загальний опір ланцюга R = R1+ R2+ R3+ R4 = 10 КОм (вважа-ючи при цьому, що ток, що протікає у ланцюгу дорівнює 0,36 mА).
Обчислимо ємкість конденсатора:
С = τ/R = 50 ∙ 10-6 ∙ 20 / 104 = 10-7 (Ф).
Приймемо амплітуди спрацьовування логічних рівнів сигналів:
логічний рівень „0” – 0,7 В;
логічний рівень „1” – 2,0 В;
логічний рівень „синхронізація” – 3,0 В.
Обчислимо R1, R2, R3, R4, прийнявши вхідну напругу 3,6 В, ток ланцюга 0,36 mA.
R4 = 0,7 / 0,00036 = 1,9 Ком;
R3 = 2,0 / 0,00036 – 1,9 ∙ 103 = 3,6 Ком;
R2 = 3,0 / 0,00036 – 1,9 ∙ 103 – 3,6 ∙ 103 = 2,7 Ком;
R1 = 10 – 1,9 – 3,6 – 2,7 = 1,8 Ком.
Таким чином маємо на одному виході схеми інформаційний рівень сигналу – “0” або “1”, на іншому – сигнал синхронізації.
5.2 Підготовка сигналу для передачі
На вході прийомо-передавального пристрою прилада мусимо мати аналогічний трьох-рівневий сигнал для можливості передачі як інформаційної частини сигналу, так й синхронізуючої послідовності (рис. 5.2.1):
Рисунок 5.2.1 Модуль обробки сигналу для передачі.На виході модулю обробки сигналу для передачі мусимо отримати форму сигналу, аналогічну до форми сигналу (рис. 5.1.2).
Для цього необхідне програмне чергування передачі сигналів данних та сигналів синхронізації керуючої програми ПК.
Наприклад, при передачі логічної „1” на вихід lpt-порта треба записати байт даних „00000010”, для передачі логічного нуля треба записати байт „00000001”, при цьому слід передавати біт синхронізації після кожного запису байта даних.
Для вирішення цих вимог запропонуємо наступну схему (рис. 5.2.2):
У якості мікросхеми AD1 можна запропонувати мікросхему тройного аналогового мультиплексора IW4053B (напруга живлення +3,6В, вхідний ток до 10 mA, робочий діапазон температур від -60 до +1500С).
Зробимо розрахунок параметрів дільника напруги. При цьому, що ток, що протікає у ланцюгу приймемо 0,36 mА, напруга 3,6В.
Приймемо
R = R1+ R2+ R3+ R4=10 КОм.
R4 = 0,7 / 0,0005 = 1,4 Ком;
R3 = 2,0 / 0,0005 – 1,4 ∙ 103 = 2,6 Ком;
R2 = 3,0 / 0,0005 – 2,6 ∙ 103 – 1,4 ∙ 103 = 2,0 Ком;
R1 = 10 – 1,4 – 2,6 – 2,0 = 4 Ком.
Таким чином передаючи на вхід модуля три сигнали, отримуємо один трьохрівневий сигнал.
Рисунок 5.2.2 Модуль обробки сигналу для передачі.
U1 – рівень напруги, що дорівнює рівню напруги сигналу “синхро-нізація” (3 В);
U2 – рівень напруги, що дорівнює рівню напруги сигналу “логічна 1” (2 В);
U3 – рівень напруги, що дорівнює рівню напруги сигналу “логічний 0” (0,7 В);
6. Розрахунок антеного модуля для прийомо-передавального пристрою
Зробимо розрахунок антеного модуля для прийомо-передавального пристрою.
В якості антени використаємо несиметричний вертикальний чвертьхвильовий зазамлений вібратор (штирьова антена).
Маючи внутрішню опорну частоту прийомо-передавального пристрою, виділяючи різні гармоніки, застосовуючи резонансні контури з відповідним посиленням можна отримати різні частоти.
Наприклад, маючи опорну частоту прийомо-передавального пристрою 20 МГц, виділяючи п’яту та сьому гармоніки можна отримати частоту f0 = 20 ∙ 106 ∙ 5 ∙ 7 = 700 МГц.
Розрахуємо довжину хвилі сигналу:
(1)
де: λ0 – довжина хвилі,
с – швидкість хвилі,
f0 – частота передачі.
Знаходимо λ0 = 0,43 (м).
Оскільки використовується чвертьхвильовий вібратор, визначемо висоту вібратора:
h = 0,25 λ0 (2)
Знаходимо h= 0,1075 (м).
Діючу висоту вібратора визначимо за формулою:
hд = 0,64h (3)
Знаходимо hд = 0,0688 (м).
Визначимо також показники ємкості та індуктивності на вході антени:
(4)
де: w – частота на виході LC-контуру,
L – індуктивність катушки,
С – ємкість конденсатора.
Маємо:
w = 2πf (5)
Знаходимо w = 4,4 109 .
Підберемо L, C так, щоб вони задовільняли формулі (4).
При С = 10 пФ, знайдемо:
Гн. (6)Обчислимо параметри катушки індуктивності, використаємо формулу:
