Разработка схемы электронного коммутатора

Цифровые способы обработки электрических сигналов, передачи и приема их в цифровой форме. Принцип работы автоколебательного мультивибратора. Разработка схемы электрической принципиальной устройства управления. Моделирование электронного коммутатора.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Введение

Широкое внедрение цифровой техники в отрасли связи связано с появлением интегральных микросхем. Цифровые устройства, собранные на дискретных транзисторах и диодах, имели значительные габариты и массу, ненадежно работали из-за большого количества элементов и особенно паяных соединений. Интегральные микросхемы, содержащие в своем составе десятки, сотни, тысячи, а в последнее время многие десятки и сотни тысяч и даже миллионы компонентов, позволили по-новому подойти к проектированию и изготовлению цифровых устройств. Надежность отдельной микросхемы мало зависит от количества элементов и близка к надежности одиночного транзистора, а потребляемая мощность в пересчете на отдельный компонент резко уменьшается по мере повышения степени интеграции.

В результате на интегральных микросхемах стало возможным собирать сложнейшие устройства.

Цифровые методы передачи информации и цифровые устройства, реализованные на интегральных микросхемах, в том числе на микропроцессорных средствах, имеют широкие перспективы использования в цифровых системах передачи и приема информации. Их использование эффективно, прежде всего, в системах коммутации и системах передачи, а также в телевизионной, радиовещательной, радиоприемной и другой аппаратуре связи.

Цифровые способы обработки электрических сигналов, передачи и приема их в цифровой форме, обладают значительными преимуществами, такими как повышение помехозащищенности канала связи, уменьшение размеров оборудования, уменьшение потребления электроэнергии. Поэтому цифровые системы уже сейчас занимают главенствующее положение в технике связи, радиоэлектронной технике. Они состоят из импульсных и цифровых устройств осуществляющих усиление, генерирование, формирование, преобразование импульсных сигналов, используемых в системе. Цифровые устройства выполняют функции хранения и обработки цифровой информации, преобразование из аналоговой формы в цифровую и наоборот.

Независимо от функций выполняемых цифровыми устройствами, вводимую в них информацию и информацию выводимую из них представляют в форме кодовых комбинаций, элементами которых является логическая 1 и логический 0. В такой же форме циркулирует информация и внутри цифровых устройств. Таким образом, любая информация, включая и числа, в цифровых устройствах представляется последовательностью значений 0 и 1. При представлении чисел это приводит к необходимости отказа от десятичной системы счисления и использования таких систем счисления, в которых цифрами разрядов могли бы быть только 0 и 1.

Основная цель внедрения микропроцессорных средств вычислительной техники в связь заключается в повышении производительности труда работников отрасли, улучшении качества обслуживания абонентов и клиентуры, расширении видов предоставляемых услуг. К таким устройствам относится электронный коммутатор. Он используется в отраслях связи в основном как коммутатор абонентов. В настоящее время в телефонных системах коммутации широко используются электромагнитное рыле для коммутации сообщений, но в современных цифровых АТС и СП используется исключительно электронная коммутация, где основным элементом является электронный коммутатор. В связи с этим повысилась скорость коммутации и качество обслуживания абонентов.

1. Выбор и обоснование схемы структурной коммутатора

Структурная схема коммутатора содержит коммутатор входов, обеспечивающий выбор одного из 16 входов, при этом алгоритм коммутации в соответствии с вариантом 2 таблицы 1 задания, сигнал выхода 1 коммутатора поступает на коммутатор выходов n, который коммутирует на один из 16 выходов в соответствии с алгоритмом коммутации.

В качестве коммутатора входов используется мультиплексор на 16 входов, а в качестве коммутатора выходов демультиплексор на 32 выхода. Управление мультиплексором и демультиплексором осуществляется с помощью устройства управления, которое реализует заданный алгоритм коммутации. Алгоритм коммутации может быть реализован еще с помощью счетчиков и логической схемы, либо с использованием программируемой логической матрицы (ПЛМ), либо на базе постоянного запоминающего устройства, в котором запрограммирован алгоритм коммутации. Тактовый генератор осуществляет коммутацию с заданной частотой и синхронизирует работу всего коммутатора. Структурная схема разрабатываемого коммутатора приведена на рисунке 1.

Размещено на

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 Вj, соблюдая условие:

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 коэффициента для этого параметра 0,5, а остальным 0,1.

Составим таблицу 1 сравниваемых параметров и их весовых коэффициентов.

Таблица 1 - сравниваемые параметры и их весовые коэффициенты

Серия ИМС	Параметры
	Тактовая Частота, МГц	Коэфф. Разветвл. по выходу	Задержка Распростр, нс	Номинальное напряжение питания, В	Потребляемая мощность, мВт	Средняя стоимость (относительная)
К155	10,0	10	12	5,0	40,0	0,4
К555	10,0	10	10	5,0	3,7	0,5
К561	2,0	20	50	5--15	0,1	0,2
Весовой коэф-нт	0,3	0,1	0,1	0,1	0,1	0,3

Составляем матрицу параметров выбранных серий ИМС вида Х

Для рассматриваемого примера матрица Х принимает вид

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:

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

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

Таким образом матрица А будет иметь вид

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

где Bj-весовой коэффициент j-го параметра,

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

Расчёт оценочных функций для выбранных серий ИМС даёт следующие значения:

Q155=0*0,3+0,5*0,1+0,17*0,1+0,5*0,1+0,9975*0,1+0,5*0,3=0,32

Q555=0*0,3+0,5*0,1+0*0,1+0,5*0,1+0,973*0,1+0,6*0,3=0,377

Q561=0,8*0,3+0*0,1+0,8*0,1+0*0,1+0*0,1+0*0,3=0,367

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 ее работы

Разработка схемы электрической принципиальной производится в следующей последовательности:

· разработка схемы электрической принципиальной коммутатора входов;

· разработка схемы электрической принципиальной коммутатора выходов;

· разработка схемы электрической принципиальной устройства управления.

При выборе серии ИМС для построения коммутатора входов и коммутатора выходов необходимо учитывать какой вид сигнала надо коммутировать: аналоговый или цифровой. Для коммутации цифрового сигнала можно использовать любую серию цифровых ИМС. Для коммутации аналогового сигнала рекомендуется использовать ИМС серии 155, выполненные по ТТЛ технологии. При выборе серии ИМС необходимо учитывать функциональный состав серии, быстродействие, нагрузочную способность, потребляемую мощность.