Proiectarea Sistemului de Comunicatie Optica

INTRODUCERE

1.1.Comunicatia laser prin “spatiu liber”

Comunicatia laser in spatiu liber este o conexiune wireless prin atmosfera. Aceasta lucreaza asemenea unei fibre optice cu exceptia fasciculului ce se transmite in spatiu deschis. Transportatorul este folosit pentru transmisia acestui semnal este generat fie printr-un Led de putere mare sau printr-o diode laser. Sistemul laser opereaza in regiunea apropiata infrarosie din spectru. Lumina laser peste legatura este de la o lungime de unda cuprinsa intre 780-920nm. Sunt folosite doua fascicole paralele, unul penru transmisie si unul pentru receptie. Depinde de zona climatic in care sistemul de comunicatie cu laser este folosit, acesta poate [arciurge distante de pana la 6 km la ratele de biti sau ajung pana la 1.25 Gbps la distantele mai scurte. Sistemele sunt protocoale transparente permitand transmisia de date digitale (interconectare LAN), video, voce la IP, date multiple sau, ATM. Acestea sunt potrivite pentru conexiuni temporare utilizate ca si conventii, evenimente sportive, corporatii si campusuri universitare sau operatiuni militare. Linii optice prin spatiu liber, din punct in punct pot fi implementate folosind lumina laser infrarosu, desi comunicatii de nivel redus de date pe distante scurte pot fi posibile folosind LED-uri.

Un link de laser optic de 8 fascicule, evaluat la 1 Gbit/s la o distanta de aproximativ 2 km. Discul mare din centru este receptorul, iar discurile mici din laterale sunt emitatoarele. In partea dreapta-sus este un monoclu pentru asistenta in alinierea celor doua capete.

Comunicatiile optice prin spatiu liber (FSO) este o tehnologie de comunicare optica care foloseste lumina propagata in spatiu liber pentru a trasmite date de telecomunicatii sau retele de calculatoare. „Spatiu liber” inseamna aerul, spatiul cosmic, vid sau ceva similar. Acest lucru contrasteaza cu utilizarea solidelor, cum ar fi cablul de fibra optica sau o linie de transmisie optica. Tehnologia este utila in cazul in care conexiunile fizice sunt nepractice, din cauza costurilor ridicate sau din alte considerente.

Comunicatiile optice, in diferite forme, au fost folosite de mii de ani. Grecii antici isi lustruiau scuturile pentru a trimite semnale in timpul luptei. In epoca moderna, semafoare si telegrafe solare fara fir, numite heliografe, au fost dezvoltate, folosind semnale codificate, pentru a comunica cu destinatarii lor.

In 1880, Alexander Graham Bell si asistentul sau Charles Sumner Tainter au creat fotofonul, la recent infiintatul Laborator Volta, in Washington, DC. Bell a considerat ca este inventia lui cea mai importanta. Dispozitivul permitea trasmiterea sunetului pe o raza de lumina. Pe 3 iunie 1880, Bell a efectuata prima transmisie de telefonie fara fir intra doua cladiri, la o distanta de aproximativ 213 metri. Prima utilizare practica a inventiei a venit cateva decenii mai tarziu in comunicatiile militare.
Carl Zeiss Jena a dezvoltat Lichtsprechgerat 80 (traducere directa: dispozitiv care vorbeste lumina), pe care armata germana l-a folosit in unitatile lor de aparare anti-aeronave, din Al Doilea Razboi Mondial.
Invetarea laserelor in anii 1960 au revolutionat comunicatiile optice in spatiu liber. Organizatiile militare au fost deosebit de interesate si au stimulat dezvoltarea lor. Cu toate acestea, tehnologia a pierdut impulsul de piata atunci cand instalarea de retele fibra optica pentru scopuri civile a fost la apogeu.

Multe telecomenzi simple si ieftine folosesc lumina infrarosu de viteza redusa pentru comunicatii. Acest lucru este cunoscut sub numele de tehonologii IR de consum.

Linii optice prin spatiu liber, din punct in punct pot fi implementate folosind lumina laser infrarosu, desi comunicatii de nivel redus de date pe distante scurte pot fi posibile folosind LED-uri. Tehnologia Infrared Data Association (IrDA) este o forma foarte simpla de comunicatii optice prin spatiu liber. Optica de spatiu liber este folosita pentru comunicarea aditionala intre nave spatiale. Distanta maxima de legaturi terestre este de ordinul a 2 pana la 3 km, dar stabilitatea si calitatea legaturii este foarte dependenta de factori atmosferici, cum ar fi ploaie, ceata, praf si caldura. Operatorii amatori de radio au obtinut distante semnificativ mai mari folosind surse de lumina incoerente de inalta intensitate (LED-uri). Un operator amator de radio a raportat o distanta de 278 km (173 mile) in 2007. Cu toate acestea, limitarile fizice ale echipamentelor utilizate limiteaza latimea de banda la aproximativ 4kHz. Sensibilitatile inalte cerute de detector pentru a acoperi asemnea distante au facut din capacitatea interna a fotodiodei folosite un factor de mare dependenta in amplificatorul de inalta impedanta, care a urmat, formand astfel in mod natural un filtru low-pass cu o frecventa de intrerupere in gama a 4 kHz.
In spatiul cosmic, gama de comunicare a comunicatiilor optice prin liber-spatiu este in prezent de

ordinul miilor de kilometri, dar are potentialul de a lega distantele interplanetare de milioane de kilometri, folosind telescoape optice pentru expansiunea fasciculului. Recordurile de distanta pentru comunicatiile optice au implicat detectarea si emiterea de lumina laser de catre sonde spatiale. Un record de distanta pentru comunicarea in ambele sensuri a fost facut de catre instrumentul altimetrului laser la bordul navei spatiale Messenger. Aceasta dioda de neodim cu laser infrarosu, conceput ca un altimetru cu laser pentru o misiune pe orbita Mercur, a fost capabila sa comunice pe o distanta de 24 milioane de km (15 milioane de mile), in timp ce nava s-a apropiat de Pamant, in timpul unui zbor din mai 2005. Recordul precedent a fost stabilit de catre proba Galileo, care a detectat o raza laser emisa de pe Pamant din doua lasere amplasate pe sol, cu o sonda exterioara in 1992.

Comunicatii securizate prin spatiu liber au fost propuse folosind un laser interferometru cu fanta-N, in care semnalul laser ia forma unui model interferometric. Orice incercare de a intercepta semnalul determina prabusirea modelului interferometric. Aceasta tehnica a fost demonstrata functionala pe distante de propagare de interes practic si, in principiu, ar putea fi aplicata si pe distante mari in spatiu.

1.1.1Avantajele si dezavantajele comunicatiei cu laser in spatiul liber:

RONJA este o implementare libera de FSO folosind LED-uri de intalta intensitate.

Prezinta urmatoarele avantaje:

Usor de implementat;

Fara licenta si cu raza mare de operare(in contrast cu comunicatiile radio);

Rate de biti mai mari;

Rate mici de eroare;

Imunitate la interfetele electromagnetice;

Functionare full-duplex;

Protocol de transparenta;

Foarte sigur datorita directionalitatii ridicate si ingustimii fascicului/lelor;

Nu este necesara o zona Fresnel.

Dezavantaje:

Dispersia fasciculului;

Absortia in atmosfera;

Ploaia;

Ceata;

Ninsoarea;

Scintilatia;

Lumina de fundal;

Umbrirea;

Stabilitatea de indicare in vant;

Poluarea;

In cazul in care soarele ajunge exact in spatele transmitatorului, poate disparea semnalul.

Acesti factori determina un semnal de receptor atenuat si pot conduce la o ratie mai mare a erorilor de bit (BER).Pentru a depasi aceste probleme, furnizorii au gasit anumite solutii, cum ar fi arhitecturi multi-fascicul sau pe mai multe cai, care utilizeaza mai mult de un emitator si mai mult de un receptor. Unele dispositive de top au, de asemenea marja de decolorare mai mare (un plus de putere, rezervat pentru ploaie, smog,ceata). Pentru a pastra un mediu de siguranta pentru ochi, sistemele FSO bune au un numar limitat de densitate de putere a laserului si suporta clasele 1 sau 1M. Atenuarea cetei si atmosferei, care sunt exponentiale in natura, limiteaza distanta practica de functionare a dispozitivelor FSO la cativa kilometri.

Comunicatia laser in spatii libere elimina legatura necesara pentru modurile de siguranta corecte si impamanteaza instalarea cablurilor. Ca un echipament de operare fara spectru apropiat de infrarosu, nu sunt un subiect de acordare a licentelor de govern si fara ca taxele de spectru sa fie platite.Latimea fasciculului laser este ingusta se opune interferentei cu alte sisteme de comunicatie de acest tip.

Comunicatia laser in spartiu liber furnizeaza doar interconexiuni untre punctele care au linia de vizare directa. Aceasta se poate transmite si prin sticla, totusi, suprafata de sticla reduce intensitatea luminii, din cauza amestecului dintre absortie si refractive, aceasta reduce distant de operare a sistemului. Ocazional, pot aparea mici intreruperi sau evenimente indisponibile de cateva ore pana la cateva zile.

1.1.2Aspecte privind securitatea:

Sistemul de comunicatie laser in spatii deschise are cai de fascicul optic ingust, ce nu este accesibil chiar daca transmisia este una directa. Existenta unui fascicul laser nu poate fi detectata cu analizoare de spectru.

Comunicatia optica in spatiul liber este o tehnologie optica de comunicatie ce foloseste propagarea luminii in spatiu liber si transmite date de telecomunicatie sau retele de calculatoare. “Free space” inseamna aer, spatiu deschis sau ceva similar. Tehnologia este folosita atunci cand conexiunea fizica nu este practica, are un cost ridicat sau din alte considerente.

Comunicatia in spatiu liber punct la punct se poate implementa folosind interfata lunminii laser, si de asemenea o rata de comunicatie redusa la distante scurte este posibila folosirea LED-urilor. Datele infrarosii reprezinta o tehnologie foarte simpla de comunicatie optica in spatiu deschis.

1.2.Dioda LASER

O diodă laser este un laser în care mediul activ este un semiconductorsimilar cu cel găsit într-un LED. Cel mai des întâlnit și mai practic tip de diodă laser este format dintr-o joncțiune p-n alimentată prin injectarea de curent electric. Aceste dispozitive sunt uneori numite diode laser cu injecție pentru a le deosebi de diodele laser cu pompare (optică), diode mai ușor de produs în laborator.

1.2.1.Principiul de funcționare

Acronimul LASER înseamnă Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation. Primul laser funcțional a fost construit pe rubin de către americanul Theodore Meiman, în 1960. Fundamentele teoretice și practice pentru acestă realizare au fost oferite de americanul Charles Townes și rușii Alexander Prokhorov și Nikolay Basov, care au și partajat premiul Nobel în fizică pentru anul 1964.

Interesant este că laserul nu este un amplificator de lumină, ăsa cum sugerează numele, ci un generator de lumină . Laerul este un dispozitiv care generează lumina prin emisie stimulată de radiație.

1.2.2.Radiatie spontană și stimulată

Există două tipuri de radiații: spontană și stimulată. Spontană înseamnă că radiația are loc fără cauze externe. Exact acest lucru se întîmplă în LED-uri: electronii excitați din banda de conducț ie cad, fără nici un stimulent extern, în banda de valențe, producînd radiație spontană.

Proprietățile radiației spontane sunt următoarele:

Saltul electronilor între diferite nivele energetice ale benzii de conducție și benzii de valență determină producerea radiației, ceea ce explică lățimea spectrală așa de mare a acestor surse. Din acest motiv un LED are o lățime sprectrală de cca 60 nm pentru o funcționare pe lungimea de undă de 850 nm și de 170 nm pentru funcționarea pe 1300 nm.

Deoarece fotonii sunt radiați pe direcții arbitrare, foarte puțini dintre ei participă la crearea luminii pe direcția dorită, ceea ce reduce puterea de ieșire a unui LED. Aceasta înseamnă că conversia current-lumină are loc cu eficiență redusă.

Fotonii care contribuie la puterea de ieșire, nu se mișcă strict într-o singură direcție. Prin urmare, ei se propagă în interiorul unui con, ceea ce conduce la o împrăștiere spatială a radiației. Din acest motiv, LED-ul este modelat ca o sursă Lambertiană.

4. Tranziția electronilor, și prin urmare emisia fotonilor, are loc la momente aleatorii de timp, deci fotonii sunt creați independent unul de altul. Prin urmare nu există nici o corelare de fază între fotoni, motiv pentru care radiația este numită necoerentă.

Cele patru caracteristici de mai sus ale radiației unui LED, fac din aceast emițător o componentă inutilizabilă pentru legăturile optice la mare distanță.

Un alt proces are loc atunci cînd un foton extern loveș te un electron excitat, fig.&.1. Interacțiunea dintre ei include o tranziție și o radiație de nou foton. În acest caz, emisia indusă este stimulată de fotonul extern. Prin urmare, această radiație este numită stimulată.

Radiația stimulată are următoarele proprietăți:

un foton extern forțează emisia unui foton cu energie similară ( Ep ). Cu alte cuvinte, fotonul extern stimuleaza radiație cu aceeași lungime de undă ca a lui. Această proprietate face ca lățimea spectrală a luminii radiate să fie mai îngustă.

Deoarece toți fotonii se propagă în aceeași direcție, toți contribuie la puterea luminoasă. Prin urmare, eficiența conversiei curent-lumină este mare și drept consecință și puterea de ieșire va fi la fel. De exemplu, în comparație cu un LED pentru care o putere de ieșire de 1 mW poate necesita un curent direct de pînă la 150 mA, o diodă laser poate radia 1 mW la doar 10 mA.

Fotonii stimulați se propagă în aceeași direcție cu fotonii care i-au stimulat. Prin urmare, lumina stimulată va fi bine direcționată.

Deoarece un foton stimulat este radiat doar cînd un foton extern amorsează această acțiune, ambii fotoni se spune că sunt sincronizați. Aceasta înseamnă că ambii fotoni sunt în fază și astfel radiația stimulată este coerentă.

1.2.3.Analiza luminii unei diode laser

O dioda laser emite lumină care poate fi caracterizată astfel:

Monocromatică. Lătimea spectrală a radiației este foarte îngustă. Aceasta poate fi o zecime sau chiar o sutime dintr-un nm.

Bine direcționată. O diodă laser radiază un fascicol îngust, bine direcționat, care poate fi ușor lansată într-o fibră.

Foarte intensă și eficientă. O diodă laser poate radia sute de mW. Cel mai nou tip de laser poate radia 1 mW la 10 mA curent direct, ceea ce înseamna că aven o conversie curent-lumină de 10 ori mai eficientă decit la un LED.

Coerentă. Lumina radiată de o diodă laser este coerentă, adică toate oscilatiile sunt în fază. Această proprietate este importantă pentru transmisia și detecția

informației.

De reținut că doar combinația dintre un rezonator și un mediu activ produce lumina cu aceste propietăți remarcabile.

1.2.4.Structura de bază a unei diode laser și tipuri de diode laser

Construcția de bază a unei diode laser este prezentată în fig

Structura este similare cu a unui SLED, cu două excepții: prima, grosimea regiunii active într-o dioda laser este foarte mică, tipic de ordinul 0.1 µm. A doua, ambele capete ale diodei laser au suprafețe clivate pentru a functiona ca oglinzi. Deoarece indicele de refracție al GaAs din care este făcută regiunea activă, este în jur de 3.6, mai mult de 30% din lumina incidentă va fi reflectată înapoi în regiunea activă la interfața dintre GaAs și aer. Acest tip de laser se numește laser de arie largă.

Pentru a confina purtătorii și mai sigur în interiorul micii regiuni active a diodei, se poate folosi și un contact metalic, fig.&.6.

Această construcție restrictionează curgerea curentului în interiorul acestei regiuni înguste definită de banda metalică. Deoarece curgerea curentului produce cîștig în regiunea activă, acest tip de laser se numește laser cu cîștig ghidat.

Un alt mijloc de a defini mai precis regiunea activă este înconjurarea ei cu material avînd un indice de refracție mai mic. O asemenea diodă este numită laser cu indice ghidat, fig.&.7.

1.3.Fotodioda

Fotodioda este un dispozitiv optoelectonic constituit dintr-o jonctiune pn fotosensibila sau un contact metal semiconductor fotosensibil,utilizate totdeauna în regim de polarizare inversa, deoarece în acest regim se poate fructifica în conditii optime influenta fluxului luminos asupra curentului prin dispozitiv.

O fotodiodă este un tip de fotodetector capabil să convertească lumina în curent electric sau în tensiune electrică, în funcție de modul de operare.[1] Fotocelula obișnuită, folosită pentru a genera energie electrică folosind energia solară, este de fapt o fotodiodă dispusă pe o suprafață mai mare.

Efectul fotovoltaic constă în apariția unei tensiuni electromotoare într-o joncțiune p-n când aceasta este iluminată. Prin acest efect se realizează conversia directă a energiei luminoase în energie electrică.

Piesa principală a unei fotodiode este o plăcuță de germaniu de tip n în interiorul căreia s-a realizat joncțiunea p-n. S-a folosit următoarea tehnologie: pe plăcuță s-a așezat o bobiță de indiu, indiu are o temperatură de topire mai mică decât temperatura de topire a germaniului. Prin încălzire bobița s-a topit și atomii de indiu au difuzat în plăcuța de germaniu. Spațiul în care au pătruns atomii de indiu devine o regiune cu conducție prin goluri (conducție de tip p). La limita acestei regiuni se formează joncțiunea p-n. La cele două regiuni s-au atașat firele de legătură, apoi s-a incapsulat într-un tub de sticlă înnegrit în întregime cu excepția capătului superior care au forma de lentilă. Lentila are scopul de a concentra lumina pe joncțiunea p – n, apare astfel excesul de sarcină (n și p). Creșterea fluxului luminos determină creșterea concentrației în exces (n și p), ceea ce duce la mărirea tensiunii electromotoare, precum și a intensității curentului electric generat. Intensitatea curentului depinde de rezistența circuitului exterior, cu cât rezistența va fi mai mare, la o aceeași iluminare, cu atât intensiatea curentului generat va scădea. În lucrare se va urmări modul cum variază intensitatea curentului electric în funcție de iluminare, al diferite valori ale rezistenței exterioare.

Joncțiunea p-n este zona care separă, în același monocristal, două regiuni cu conducții diferite: p și n. In fiecare dintre aceste regiuni mișcarea purtătorilor liberi are un caracter dezordonat, electronii difuzează spre regiunea p iar golurile spre regiunea n. La întîlnirea dintre electron și gol are loc fenomenul de recombinare care determină o scădere a concentrației de electroni în zona n și de goluri în zona p. Acest fenomen face ca regiunea n să devină electropozitivă comportându-se ca o veritabilă sursă electrică. In joncțiune apar astfel un câmp electric dirijat de la regiunea n spre regiunea p, care limitează migrarea purtătorilor.

Fotodiodele sunt similare diodelorsemiconductoare, cu excepția că pot fi expuse (pentru a detecta radiațiile ultraviolete din vid sau razele X) sau încapsulate cu o fereastră sau conexiune pentru fibră optică, pentru a permite luminii să ajungă la partea fotosensibilă a dispozitivului. Multe diode proiectate pentru a fi folosite ca fotodiode utilizează mai degrabă o joncțiune PIN, decât o joncțiune p-n, pentru a crește viteza de răspuns. O fotodiodă este proiectată să funcționeze în polarizare inversă.

1.3.1CONSTRUCTIE

Constructia fotodiodei asigura ca partea cea mai mare a fotonilor radiatiei incidente sa patrunda pâna în regiunea jonctiunii p-n, unde, fiind absorbiti,pot crea perechi de electro-gol care sunt purtatori suplimentari fata de concentratia de echilibru, figura1.Numai fotonii care au energia hv mai mare sau cel putin egala cu largimea Eg a benzii interzise vor fi capabili sa produca saltul electronilor din banda de valenta în cea de conductie adica sa duca la formarea de perechi electron-gol. Capsula fotodiodei prezinta o fanta transparenta, sub forma unei ferestre sau a unei lentile, care permite patrunderea luminii catre jonctiunea pn.

Curentul prin dioda creste proportional cu intensitatea luminii.Când jonctiunea nu este luminata, curentul este aproape neglijabil si se numeste curent de întuneric (ID).In cataloage de fotodiode se indica curentul de scurtcircuit Isc deoarece fotodioda se comporta ca o sursa de curent.La conectarea în circuit, fotodioda se conecteaza întotdeauna în serie cu un rezistor care limiteaza curentul prin fotodioda. 

1.3.2.Principiu de functionare

O fotodiodă este o joncțiune p-n sau joncțiune PIN. Când un foton cu suficientă energie întâlnește dioda, acesta excită un electron generând astfel un electron liber(și un gol). Acest mecanism se mai numește efectul fotoelectric intern. Dacă absorbția are loc în zona joncțiunii, sau la o distanță egală cu o lungime de difuzie, acești purtători sunt îndepărtați sub efectul câmpului electric existent. Astfel, golurile se deplasează către anod, iar electronii către catod, și un fotocurent se formează. Curentul total prin fotodiodă este suma dintre curentul de întuneric (curentul prin aceasta în absența sau prezența luminii) și fotocurent, astfel că pentru a mări sensibilitatea dispozitivului trebuie micșorată intensitatea curentului de întuneric.

1.3.3.Aplicatii

Fotodiodele P-N sunt folosite în aplicații asemănătoare altor fotodetectoare, cum ar fifotoconductoare, dispozitive cu cuplare de sarcină, și tuburi fotomultiplicatoare. Ele pot fi folosite pentru a genera o formă de undă care este dependentă de iluminare (analogic; pentru măsurători și alte aplicații asemănătoare), sau pentru a modifica starea unor circuite (digital; fie pentru control și comutare, sau procesare digitală de semnal).

Fotodiodele sunt folosite în dispozitivele electronice de consum, cum ar fi dispozitivele de redare a compact discurilor, detectoare de fum, și receptoarele de infraroșu ale telecomenzilor utilizate pentru a controla echipamente, de la televizoarela aparate de aer condiționat. În cazul multor aplicații pot fi folosite fie fotodiode, fie fotoconductoare.

Senzorii optici de toate tipurile pot fi folosiți pentru a genera un răspuns la lumina incidentă, sau la o sursă de lumină care face parte din același circuit sau sistem. O fotodiodă este adesea combinată, într-o singură componentă, cu un emițător de lumină, de obicei un LED, fie pentru a detecta prezența unei obturări mecanice a fascicului luminos (comutator cu comandă optică), sau pentru a cupla două circuite analogice sau digitale menținând în același timp gradul de izolație electrică foarte mare între ele, deseori pentru siguranță (optocuplor).

Fotodioda P-i-N este cel mai răspândit fotodetector. Spre deosebire defotodioda simpla cu o joncțiune p-n, conține 3 straturi semiconductoare . Instructura are

o regiune intrinseca poziționata între regiunile p si n, în care se

generează sub influenta radiației incidente perechi electron -gol. Straturile „p‖ și„n‖, de regulă, sunt puternic dopate (3181710…10cm ). Stratul „i‖ cu o grosimeaspecifica este foarte puțin dopat și posedă o concentrație foarte mică de impurități donoare( 31514010…10   cmn ). Structura simplificata, banda energetica, distributiaputerii optice si distriburia de sarcina a fotodiodelor p – i – 

n este redata grafic mai jos.

1.3.4.Principiul de funcționare a fotodiodei PIN

Presupunem Fig .3.1 ca in fotodioda  pin stratul –I slab dopat se afla intre straturileputernic dopate  n+ si p+ , deasemeni stratul –I este lipsit de purtatori de sarcina. Aplicam la jonctiunile diodei P-i-N o tensiune cu polarizare inversa. Regiunileputernic dopate vor capata conductibilitate iar regiunea intrinseca lipsita de  purtatori va suporta doară o polarizare . La caderea radiatiei luminescente pe jonctiunea  – I , in fotodida se vor genera purtători de sarcina si anume cupluri  n-p.Sub actiunea campului electric ele se vor diviza si se vor deplasa in sensuri opuse spre electrozi corespunzatori, astfel va lua naștere un curent electric.

1.4.Fibra optica si siteme de comunicatie optice

1.4.1. SISTEME BAZATE PE FIBRĂ OPTICĂ

Primul pas în proiectarea unui sistem pe fibre optice constă în luarea deciziilor privind parametrii de operare ce se vor aplica pentru fiecare componentă. Chestiunile principale, prezentate în tabelul I.1, implică debitul de date și rata erorii pe bit în sistemele digitale, lățime de bandă, liniaritate și raporturi semnal/zgomot în sistemele analogice și pentru toate sistemele, distanțele de transmisie. Aceste întrebări, cât de departe, cât de bun și cât de rapid, definesc constrângerile de bază ale aplicației.

IDP (Integrated Detector/Preamplifier) este un detector ce conține o fotodiodă PIN și un amplificator transimpedanță; acesta din urmă se folosește imediat după fotodetector din considerente de zgomot redus și bandă largă.

Toate aceste considerații sunt inter-relaționate dar distanța de transmisie este considerația predominantă. Distanța de transmisie afectează puterea la ieșirea emițătorului ce va dicta astfel tipul de sursă de lumină utilizat. Are influență asupra tipului de fibră, cele single-mode (monomod) fiind mai potrivite pentru transmisia pe distanțe lungi. Emițătorul și tipul de fibră dictează tipul de receptor și sensibilitatea. Tot distanța de transmisie va influența alegerea schemei de modulație.

Tabelul I.1. Considerații despre proiectarea sistemelor

Proiectarea unui sistem poate părea complexă dar câteva tehnici vin să simplifice acest proces. O asemenea tehnică este de a determina bugetul de pierderi pe legătura optică, ceea ce presupune evaluarea puterii de la ieșirea emițătorului, lungimea de undă cu care se operează, atenuarea fibrei, lățimea de bandă și sensibilitatea receptorului optic.

O altă tehnică determină bugetul de timpi de creștere de-a lungul legăturii, care descrie abilitatea dispozitivelor de transmisie de a se deschide și închide suficient de repede.

O analiză de sensibilitate determină puterea optică minimă ce trebuie recepționată pentru a obține o anumită performanță pentru sistem. Sensibilitatea receptorului poate fi afectată de intensitatea zgomotului sursei, inerent sursei de lumină ce este folosită, zgomotul fibrei, zgomotul receptorului, jitter-ul, interferența intersimbol și rata erorii pe bit.

Mediul de lucru trebuie luat și el în considerare. Temperatura afectează performanțele LED-urilor și laserilor ca și pe cele ale fibrei. Instalațiile din clădiri uneori necesită testări pentru siguranță la foc, radiații electromagnetice sau alt parametru specific ambianței. Anumite medii prezintă mai multă nesiguranță pentru sistemele pe fibre decât altele, lucru ce va influența alegerea tipului de cablu.

Costul unui sistem de transmisie pe fibră optică poate fi de asemenea o considerație critică. Alegerea componentelor cum ar fi tipul emițătorului de lumină, lungimea de undă a emițătorului, tipul conectorului tipul fibrei și tipul detectorului vor avea impact asupra costului dar și asupra performanței sistemului.

Bunul simț conduce la un sistem cu cel mai bun cost astfel încât să întrunească și cerințele aplicației. Performanța în exces conduce adesea la costuri ale sistemului prea mari pentru aplicația cerută.

Odată ce ați determinat cerințele de bază ale sistemului și necesitatea fibrei optice, veți avea de răspuns la următoarele întrebări:

1.Care sunt pierderile în fibră ale sistemului? Acestea nu reprezintă același lucru cu pierderile optice (conectori, suduri, dispozitive, etc); ele se referă la produsul lățime de bandă x distanță, care descrie cât de mare este atenuarea optică pe o anumită lungime de fibră. Pierderea în fibră va determina cerințele pentru ieșirea emițătorului optic și/sau includerea regeneratoarelor pe calea de fibră.

2.Ce lungime de undă să aleg pentru transmițător: 1310 sau 1550 nm? Depinde de aplicație și de pierderile pe legătură. 1550 are pierderi mai mici (0,25 dB/km) decât 1310 (0,35 dB/km). În mod normal, 1550 este folosit pentru aplicații cu distanțe mari, în special datorită disponibilității amplificatoarelor optice.

3.Ce tip de semnale vreți să fie transmise? Aici includem semnale video, semnale audio, semnale de date și astfel vom ști dacă semnalul va fi digital sau analog.

4.Ce tip de fibră va fi folosit? Așa cum avem prezentat și în tabelul anterior, alegerile sunt multimod sau single-mod. Distanța de transmisie, tipul de semnal și aplicația vor pre-determina cel mai potrivit tip de fibră. Distanțele mari, vitezele mari sau transmisia multicanal cer fibră monomod, în timp ce distanțele mici, vitezele scăzute și transmisia unicanal vor permite folosirea fibrelor multimod, mult mai ieftine.

5.Ce conectori optici vor fi folosiți? Ca și la tipurile de fibre, diferite sisteme vor avea cerințe diferite. Conectorii pot fi specificați pentru a reduce reflexiile înapoi, o ușurință mai mare în instalare, număr de dispozitive cât mai mic sau interfațare cu conectorii dintr-un sistem deja existent.

6.Ce calitate este așteptată la capătul de recepție? Aceasta se referă la calitatea video.

7.Ce configurare necesită sistemul? Aceasta se referă în general la topologia sistemului, care poate fi punct la punct, inel, etc.

8. Care este puterea maximă ce poate injecta în fibră? Limita teoretică este 17 dBm. Dincolo de ea, reflexiile înspre sursă, cunoscute și ca împrăștiere stimulată Brillouin, încep să apară. Aceasta poate degrada raportul semnal/zgomot și cauza distorsiuni.

Mai trebuie cunoscut faptul că este o relație de 1:2 între lumină și RF (între puterea luminoasă și puterea de RF recepționată). Pentru fiecare modificare de 1 dB în lumină, va fi o corespondență de 2 dB modificare în puterea de RF recepționată. Deci 1 dB mai multă lumină va determina 2 dB mai mult RF.

În zilele noastre sistemele de transmisie de mare viteză pe fibre optice lucrează la debite binare standard (tabelul I.2).

Tabelul 1.2. Debitele binare standard de lucru pe F.O.

1.4.2. TEHNOLOGII DE COMUNICAȚIE PE FIBRE OPTICE

Modul de transfer folosit aproape exclusiv în rețelele optice este cel orientat pe conexiune, specific comutării de circuite. Comutarea de pachete necesită luarea deciziilor de rutare în fiecare nod și la fiecare pachet care sosește. Acest lucru necesită memorarea pachetelor, citirea și prelucrarea antetelor, ceea ce nu se poate face deocamdată în domeniul optic. Prin urmare, comutația de pachete necesită conversia din optic în electric, prelucrarea în electric și reconversia în optic. O astfel de rețea nu mai este transparentă optic și prezintă dezavantajele cunoscute de la rețelele electrice: congestie, viteză mică de transfer, flexibilitate redusă etc.

Toate rețelele implică același principiu de bază: informația poate fi trimisă la…, partajată cu…, trecută prin…, șuntată (bypassed) în limitele unui număr de stații computerizate (noduri) și a unui computer master (serverul). În plus față de diferitele topologii pentru rețele, o serie de standarde și protocoale au fost dezvoltate, fiecare cu propriile avantaje, topologii și cerințe de mediu. Acest subcapitol discută pe scurt aceste standarde și protocoale, incluzând aici: ATM, Ethernet, FDDI, Fibre Channel, ISDN și SONET.

I.7.1. modul de transfer asincron – Asynchronous Transfer Mode (ATM)

Modul de transfer asincron este larg dezvoltat ca o tehnologie pentru trunchiurile rețelei. Această tehnologie se integrează ușor cu alte tehnologii și oferă un management al rețelei sofisticat ce permite purtătoarelor de semnal să garanteze calitatea serviciului (QOS – quality of service). ATM este de asemenea referită ca un schimb de celule deoarece rețeaua folosește pachete sau celule scurte și de lungime fixă pentru transportul datelor. Informația este împărțită în celule diferite, transmisă și reasamblată la capătul de recepție. Fiecare celulă conține 48 octeți de date utile și un header de 5 octeți. Această dimensiune fixă asigură ca datele video sau voce, critice în timp, să nu fie afectate de cadre sau pachete lungi de date, reducând astfel întârzierile.

ATM organizează diferite tipuri de date în celule separate, permițând utilizatorilor rețelei și rețelei înseși să determine câtă lățime de bandă este alocată. Această modalitate se aplică cu succes în special în rețelele cu transmisii de date în rafale. Fluxurile de date sunt apoi multiplexate și transmise între utilizator și serverul rețelei și între comutatoarele rețelei. Aceste fluxuri pot fi transmise la mai multe destinații diferite, reducând cerințele pentru interfețe de rețea și facilități de rețea și la urmă, costul total al rețelei.

În cadrul rețelelor ATM întâlnim conexiuni de cale virtuală (VPC – virtual path connections) care conțin mai multe conexiuni de circuite virtuale (VCC – virtual circuit connections). Circuitele virtuale nu sunt altceva decât conexiuni cap-la-cap, cu definirea punctelor de extrem și a rutelor dar fără a defini alocarea pentru lățimea de bandă. Banda este alocată în funcție de necesarul cerut de rețea. VCC poartă un singur flux de celule de date continue de la utilizator la utilizator. Pot fi configurate ca statice, conexiuni virtuale permanente (PVC – permanent virtual connections) sau circuite virtuale comutate controlate dinamic (SVC). Când conexiunile de circuite virtuale sunt combinate în cadrul căilor virtuale, toate celulele dintr-o cale virtuală sunt rutate pe același drum, permițând refacerea rețelei în eventualitatea unei defecțiuni majore.

1.4.3. IEEE 802.3 CSMA/CD

Standardul IEEE 802.3 definește protocolul de acces al mediului MAC (media access control) prin tehnica CSMA/CD (carrier sense multiple access with collision detection) pentru topologii de tip BUS, precum și diverse medii de transmisie și rate de comunicație în cadrul nivelului fizic.

1.4.3.1. Scopul standardului IEEE 802.3

Standardul IEEE 802.3 acoperă atât subnivelul MAC cât și nivelul fizic. În figura 5.1 se prezintă mai în detaliu arhitectura standardului IEEE 802.3.

După cum se observă în figură, acest standard se referă la patru elemente:

serviciile subnivelului MAC

protocolul MAC

subnivelul fizic independent de mediu

subnivelul fizic dependent de mediu

Specificațiile referitoare la serviciile subnivelului MAC definesc serviciile puse la dispoziție de către IEEE 802.3 pentru subnivelul LLC (logical link control) sau pentru alte nivele superioare. Aceste specificații includ facilitățile pentru emiterea și recepționarea blocurilor de date numite și PDU (protocol data units) precum și generarea informațiilor de stare necesare protocoalelor de control al erorilor din nivelele superioare. S-a presupus că nivelul superior este LLC, dar acest lucru nu este neapărat necesar. Oricum, folosirea diverselor medii de transmisie trebuie să fie transparentă pentru utilizator.

Protocolul MAC reprezintă nucleul standardului IEEE 802.3 care deseori este numit standardul CSMA/CD. Specificațiile definesc structura blocurilor precum și interacțiunile dintre diversele entități ale subnivelului MAC.

Nivelul fizic este divizat în două părți. Subnivelul independent de mediu conține interfața între MAC și nivelul fizic. Această interfață include facilități pentru transferul a două fluxuri seriale de biți între cele două nivele și funcții de timing necesare algoritmului de la nivelul MAC. În plus, standardul anticipează faptul că în multe cazuri stațiile de lucru vor fi localizate fizic la o mică distanță de mediul fizic de comunicație al rețelei locale. În această configurație se folosește o unitate de cuplare la mediu MAU (medium attachment unit) ce reprezintă un element separat de stația de lucru. Majoritatea hardware-ului și tot software-ul sunt plasate pe stația de lucru.

Legătura între MAU și stație se realizează prin intermediul AUI (attachment unit interface). Această interfață include mediul de transmisie între stație și MAU și semnalele folosite la nivelul interfeței. Aceasta nu reprezintă o cerință a standardului, dar în multe cazuri este folositoare.

Subnivelul dependent de mediu specifică interfața cu mediul fizic de comunicație al LAN și semnalele schimbate cu acest mediu. Această parte a standardului oferă diverse opțiuni în funcție de mediul de comunicație folosit, tipul semnalului (analog sau digital), rata de transmisie.

Standardul IEEE 802.3 se bazează pe specificațiile ETHERNET și este destinat aplicării în mediul comercial și în mediul industrial ușor.

1.4.Topologii ale Canalului de fibră

Canalul de fibră definește 3 topologii, numite Punct-la-Punct, Buclă arbitrată și Țesătură. Fiecare dintre acestea sunt descrise mai jos.

Punct-la-Punct

Topologia punct-la-punct este cea mai simplă din cele trei. Ea constă din două și numai două dispozitive ale Canalului de fibră conectate împreună în mod direct (figura I.28). Emisia unui dispozitiv merge la recepția celuilalt dispozitiv și viceversa. Nu există nicio partajare de mediu ceea ce permite dispozitivelor să beneficieze de toată lățimea de bandă a legăturii. Este necesară o simplă inițializare a legăturii din partea celor două dispozitive înaintea începerii comunicației.

Fig. I.28. Canal de fibră – punct la punct

Buclă arbitrată

Bucla arbitrată a devenit topologia cea mai dominantă de Canal de fibră, dar este de asemenea cea mai complexă. Este un mod eficient de a conecta până la 127 de porturi într-o singură rețea fără a fi nevoie de un comutator. Spre deosebire de celelalte două topologii, mediul fizic este partajat între dispozitive, limitând accesul fiecărui dispozitiv (figura I.29).

Fig. I.29. Canal de fibră – buclă arbitrară

Bucla arbitrată nu este o schemă cu jeton călător. Când un dispozitiv este gata să transmită date, el trebuie mai întâi să arbitreze și să câștige controlul Buclei. El face acest lucru transmițând un semnal, numit Arbitrate Primitive Signal (ARBx – semnal primitiv de arbitraj), unde „x” este adresa fizică a buclei arbitrate (Arbitrated Loop Physical Address – ALPA), proprie dispozitivului. Odată ce un dispozitiv recepționează propriul ARBx, înseamnă că el a obținut controlul Buclei și acum poate comunica cu alte dispozitive prin transmiterea unui semnal Open Primitive Signal (OPN – Semnal primitiv de deschidere). După transmiterea și acestui semnal, va exista o comunicare punct-la-punct între cele două dispozitive. Toate celelalte dispozitive intermediare doar repetă datele.

Dacă mai mult de un dispozitiv din Buclă arbitrează în același timp, se compară valorile „x” ale semnalelor ARB. Când un dispozitiv de arbitraj recepționează ARBx-ul altui dispozitiv, ARBx-ul cu ALPA mai mic este trecut mai departe, în timp ce ARBx-ul cu ALPA mai mare este blocat. Astfel, dispozitivul cu ARBx cu valoare mai mică va câștiga controlul Buclei. După ce acest dispozitiv eliberează controlul Buclei, celălalt dispozitiv va încerca din nou.

Spre deosebire de schemele cu jeton călător, nu există nicio limită pentru cât de mult poate reține un dispozitiv controlul Buclei. Acest lucru demonstrează aspectul de „canal” al Canalului de fibră. Există totuși un algoritm de acces corect, care nu permite unui dispozitiv să arbitreze din nou până când toate celelalte dispozitive au avut șansa să arbitreze. Dar acest algoritm de acces corect este opțional.

Fabric (Țesătură)

Topologia Fabric este folosită pentru a conecta multe dispozitive (224) într-o configurație comutată. Beneficiul acestei topologii este că mai multe dispozitive pot să comunice în același timp; mediul nu este partajat. Bineînțeles este necesar un comutator (figura I.30).

Fig. I.30. Canal de fibră – Fabric (Țesătură)

Alte funcții ale topologiei Fabric sunt server multicast (la mai multe dispozitive), server broadcast (la toate dispozitivele), server pentru nume (alias server), facilitare pentru calitatea serviciului (quality of service) și server de directoare. Unele topologii Fabric au porturi speciale ce permit buclelor arbitrate să fie conectate la Fabric.

În ciuda numelui, Canalul de fibră poate rula pe suport de cupru sau fibră. Viteze până la 100 Mbps se pot susține atât pe cupru cât și pe fibră; 200 Mbps și 400 Mbps necesită mediul de fibră. Pentru cupru cel mai folosit este cablul STP (shielded twisted pair).

1.5.STANDARDUL RS232

1.5.1 Parametri

Este cel mai cunoscut si utilizat standard de comunicatie seriala asincrona. El a fost definit de mai multe organisme internationale de standardizare sub diferite nume : IEC232, CCITT-V24, RS232C. Initial standardul a fost conceput cu scopul de a permite conectarea unui terminal inteligent la un calculator central printr-o legatura telefonica. Standardul precizeaza interfata dintre un echipament de calcul (DTE- Data Terminal Equipment) si adaptorul său la linia telefonica (DCE – Data Communition Equipment), cunoscut si sub numele de modem (Modulator/Demodulator). Interfata permite comunicatia seriala bidirectionala intre cele doua echipamente și este simetrica la cele doua capete ale liniei. Ulterior specificatiile acestei interfete s-au folosit pentru a realiza legaturi seriale intre diverse echipamente fara a se mai folosi un modem.

Principalele precizari ale standardului RS232 se refera la :

– modul de transmisie : serial asincron, bidirectional (pe doua linii de date separate)

codificarea datelor binare : prin nivele de tensiune sau curent (bucla de curent) :

1 logic – (-3V … -15V)

0 logic – (+3V…+15V)

structura pachetului de date transmis (figura 3.3):

un bit de start (0 logic)

5-8 biti de date

0-1 bit de paritate (paritate para sau impara)

1-2 biti de stop (1 logic)

semnale utilizate pentru transmisia de date si pentru controlul fluxului de date (vezi tabelul 3.1):

tipul de conectori folositi (RK 25, mufa si soclu) si pozitia semnalelor pe pinii conectorilor

modul de interconectare a semnalelor la cele doua capete ale unui cablu de transmisie

viteza de transmisie (110, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200 bauds)

reguli de control al fluxului de date (control hardware – protocolul DTR/DSR sau software – protocolul XON/XOFF)

In tabelul de mai jos s-a indicat numele si semnificatia celor mai importante semnale definite de standardul RS232. De asemenea s-a indicat pozitia acestor semnale pe un conector de 25 pini si pe unul de 9 pini. Directia este indicata intre calculator (DTE) si modem (DCE).

Tabelul 2.1: Semnificatia semnalelor din portul serial

In cazul transmisiei seriale asincrone, sincronizarea intre unitatea emitenta si cea receptoare se realizeaza la inceputul fiecarui caracter prin bitul de start (0 logic). De precizat ca in repaus linia este in 1 logic. Citirea datelor se face secvential, la jumatatea intervalelor de bit care urmeaza bitului de start. Protocolul asigura citirea corecta a datelor chiar si in cazul in care exista mici diferente (sub 2%) intre frecventa de emisie si cea de citire a datelor. Aceasta sincronizare nu s-ar pastra in cazul in care lungimea datelor utile ar fi mai lunga. Pentru controlul fluxului de date transmise se poate utiliza un protocol hardware sau unul software. In primul caz se utilizeaza semnale explicite (grupul de semnale DTR/DSR sau RTS/CTS). Prin care unitatea receptoare poate sa opreasca temporar fluxul de date transmis. In acest fel se poate sincroniza frecventa de emisie a datelor la viteza de prelucrare a unitatii receptoare. A doua metoda nu utilizeaza semnale de control, in schimb foloseste un set de coduri speciale prin care poate sa opreasca (codul XOFF) sau sa reporneasca (codul XON) fluxul de date. Aceasta metoda se poate utiliza numai la transmiterea unor date in codificare ASCII deoarece la transmisia binara codurile de control ar putea sa fie prezente chiar in datele de transmis.

Controlul software al fluxului impune ca perifericele seriale și PC-ul să schimbe caractere sau simboluri care să indice dacă se pot transfera date. Perifericele seriale trimit un caracter care specifică dacă acestea acceptă datele sau este ocupat (XON/XOFF și ETX/ACK); caracterul XOFF trimis de către perifericul serial spune PC-ului că memoria sa tampon este plină și că trebuie să sisteze trimiterea de date (are valoarea ASCII 19 sau 013 hex, uneori fiind numit și CTRL-S). Odată ce perifericul este gata să primească date transmite XON (are valoare 17 în ASCII sau 011 hex, uneori fiind numit și CTRL-Q; CTRL-Q anulează efectul comenzii CTRL-S).

ETX/ACK funcționează în mod similar: ETX (prescurtarea de End TeXt) spune PC-ului să oprească transmiterea textului (are valoarea 3 – ASCII sau 003 hex; CTRL-C), iar ACK (prescurtarea pentru AcKnowledge-confirmare) spune PC-ului să reia trimiterea de date (are valoarea 6 în ASCII sau 006 hex; CTRL-F).

Controlul hardware al fluxului, numit și control RTS/CTS, nu mai necesită transmisia unor extra caractere de control software, dar impune utilizarea unui cablu serial cu semnalele RXDS/TXD, DTR/DSR și RTS/CTS conectate (minim șapte fire).

Pentru testarea portului serial este util un conector buclă de tipul celui de mai jos. Principalele dispozitive periferice conectate la porturile seriale ale PC-urilor sunt :

Unele porturi seriale permit selectarea funcționării ca DTE sau DCE prin setarea corespunzătoare a jumperilor. De exemplu, pentru a conecta la PC un plotter sau o imprimantă se va configura portul serial al perifericelor ca DCE.

Deoarece semnalele recepționale de un port serial pot să provină sub formă paralelă de la dispozitivele care doresc să la transmită serial, circuitele portului serial trebui să fie capabile să convertească datele paralele în date seriale; în acest scop există circuite integrate speciale numite receptor/transmițător asincron universal – UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter). Pentru că toate conexiunile practice în serie sunt bidirecționale, UART-urile lucrează în ambele sensuri, trimit și primesc, așa cum spune și numele lor. Legat de viteza de transfer pe linia DTE-DCE, respectiv DCE-DCE trebuie spus că modemurile utilizează o tehnică de compresie (și decompresie la celalalt capăt) a datelor de 1:4 sau chiar mai mare. Dacă modemurile transferă datele la 56 kb/s și rata de compresie este de 1:8, atunci modemurile pot asigura o viteză de transfer pe linia DTE-DCE de 8×56 kb/s = 448 kb/s. Numai ultimel variante de UART-uri permit setarea și asigurarea comunicației la o viteze așa de mare. În consecință, deoarece performanțele legăturilor seriale s-au schimbat în timp, există mai multe generații de UART-uri care sunt folosite de PC-uri.

1.5.2. Circuite UART

UART 8250 este primul UART folosit de PC-uri, introdus de IBM în 1981; el este încă folosit deoarece este ieftin, dar este inadecvat pentru o comunicare în ambele direcții la viteze ridicate. UART 16450 a fost proiectat ca o îmbunătățire a lui 8250, având o viteză internă mai ridicată, dar are un buffer de un singur octet (ca și predecesorul său). Funcționează identic și dacă capsula fizică nu diferă, atunci pot fi substituiți.

UART 16550A are un buffer FIFO de 16 octeți (bytes). Buffer-ul este esențial la modemurile de viteză mare din sisteme multitasking. De aceea a apărut varianta UART 16650 și UART 16750 cu un buffer FIFO de 32, respectiv 64 octeți (programabil) pentru a reduce numarl de întreruperi către CPU.

Diferența dintre UART 16550 și UART 16450 este dată doar de pinii 24 și 29. La UART 1450 pinul 24 este ieșire pentru circuit selectat, iar pinul 29 nu este utilizat. În locul acestora UART 1650 și versiunile ulterioare introduc semnificații noi pinilor: selecția tipului de transfer DMA. Modul 0 (numit și mod 16450) suportă uni-transfer DMA, iar modul 1 suportă multi-transfer DMA. Variantele 16650 și 16750 suportă managementul puterii consumate.

Din punct de vedere fizic, UART-urile 16550, 16650 și 17550 se prezintă într-o capsulă DIP cu 40 pin, PLCC 44 pini, respectiv TQFP cu 48 pini, sunt compatibile TTL și au structura bloc funcțională reprezentată în figură (cu numerotarea pinilor pentru o capsulă DIP).

Pentru conversia semnalului digital SO se utilizează circuite de conversie TTL-RS232 în ambele direcții. Frecvent utilizate și ieftine sunt circuitele 1488 RS-232 Driver și 1489 RS-232 Receiver. Fiecare circuit conține câte 4 inversoare de emisie (conversie TTL-RS232), respectiv recepție (conversie RS232-TTL). Aceste circuite necesită alimentare bipolară în gama +7,5 până la +15V, respectiv –7,5 până la –15V ; poate fi o problemă în sistemele în care o singură sursă de +5V este prezentă. Circuitul MAX-232 (figura 2.1.) rezolvă această problemă deoarece include un circuit convertor cc-cc de la tensiunea de intrare +5V, care generează tensiunile de alimentare +10V și -10V.

MAX 232

Modul DMA 0 este selectat atunci când buffere-le FIFO sunt dezactivate cu bitul FCR0=0 sau când FCR0=1 dar FCR3=0. În acest mod RXRDY=0 activ dacă cel puțin un caracter (octet) este prezent în FIFO recepție și RXRDY=1 dacă FIFO recepție este gol, iar TXRDY=0 activ dacă nu sunt octeți prezenți în FIFO transmisie și TXRDY=1 imediat ce s-a încărcat un octet în FIFO transmisie.

Modul DMA 1 este selectat atunci când FCR3=1. În acest mod RXRDY=0 activ dacă se atinge pragul FIFO recepție (sau la o întrerupere time-out la 16550) și RXRDY=1 dacă FIFO recepție este gol, iar TXRDY=0 activ dacă nu sunt octeți prezenți în FIFO transmisie și TXRDY=1 dacă FIFO transmisie este complet plin.

Out2 poate fi utilizat pentru controlul întreruperilor, iar Out1 comută cristalul de cuatz de la 18432 MHz la 4 MHz (frecvență utilizată la transfer MIDI).

Tabel 2.2. Semnificația pinilor UART capsulă DIP

Notă: nXXX semnifică semnal XXX inversat

Conectare standard

Conectare la magistrala de date bufferată

Pentru comunicații de date, fiecare port serial are atribuită o adresă de bază pentru un registru de date, unde octeții sunt transferați la/de la UART prin instrucțiunile OUT/ IN ale microprocesorului; alături de acest registru (Receiver buffer register (FIFO 16/64 octeți)– RBR (read), transmitter holding register – THR (write)), porturile seriale sunt prevăzute cu următoarele registre adresabile (figura 2.5 si tabelul 2.3):

registrul de întreruperi valide (Interrupt enable register – IER);

registrul de identificare a întreruperii (Interrupt identification register IIR; read only);

registrul de control FIFO (FIFO control register – FCR; write);

registrul de control al liniei (Line control register – LCR);

registrul de control al modemului (Modem control register – MCR);

registrul de stare a liniei (Line state register – LSR);

registrul de stare a modemului (Modem state register – MSR);

registru de manevră (Scratch register- SCR);

două registre de programare a factorului de divizare a impulsurilor de ceas (Divisor Latch – DL; DLMsb și DLLsb).

Tabelul 2.3. Registrii portului serial

Nota: DLAB (Divisor Latch Access Bit) este cel mai semnificativ bit al registrului LCR.

Pinul de reset principal (master reset – MR) resetează majoritatea registrelor (tabelul 3.4).

Portul serial are patru adrese de bază precizate în tabelul următor:

CAPITOLUL 2

PROIECTAREA HARWARE A SISTEMULUI DE COMUNICATIE OPTICA

2.1.Date de proiectare

Am realizat o comunicatie optica cu urmatoarele caracteristici:

Comunicatia este de tip unidirectionala;

Emitatorul optic este conectat la un PC prin intermediul unei interfete seriale;

Receptorul optic este conectat la un microcontroller de tip PIC 16F876,

Mesajul receptionat va fi afisat pe un afisaj LCD alphanumeric;

Atat receptorul cat si emitatorul optic lucreaza in spectrul infrarosu (IR);

2.2.Schema bloc a sistemului de comunicatie optica

Schema bloc a sistemului de comunicatie optica

Sistemul de comunicatie optica propus se compune din 2 module:

Emitatorul optic;

Receptorul optic.

Modulul emitator optic cuprinde:

PC, de la care se transmit date, in cazul nostru caractere, prin intermediul portului serial;

Interfata serial, realizata cu circuit integrat specializat, MAX 232, care are rolul de a formata semnalul primit de la PC intr-un semnal serial de nivel TTL;

Blocul emitator optic realizat cu o diode emitatore infrarosu, care transforma semnalul primit de la interfata serial in semnal optic in spectrul IR;

Blocul sursa de tensiune stabilizata, de +5V, care ne furnizeaza tensiunea necesara functionarii interfetei seriale. Acest bloc se poate alimenta, la intrare, fie de la o baterie de +9V, fie de la PC.

Modulul receptor optic cuprinde:

Blocul receptor optic realizat cu receptorul IR-2638. Acest receptor primeste semnalul optic de le emitator si il transforma in semnal electric;

Bloc microcontroller PIC16F876 – primeste pe unul din pinii sai, pin configurat software ca pin de receptie semnal serial, semnalul de la receptorul optic si il afiseaza pe un display alphanumeric cu 2 linii si 16 caractere.

Blocul sursa de tensiune stabilizata, de +5V furnizeaza tensiunea necesara functionarii blocului cu microcontroller, a blocului de afisare si a blocului de receptive optica.. Acest bloc se alimenteaza, la intrare, de la o baterie de +9V.

2.3.Alimentarea microcontrolerului PIC16F876A

Microcontrolerul PIC16F876 se alimentează cu o tensiune maxima V=5V. Circuitul de alimentare este realizat cu ajutorul regulatorului de tensiune LM7805. Este un circuit integrat monolitic proiectat ca regulator de fixare a tensiunii pentru o larga varietate de aplicații. Aceste regulatoare conțin limitare de curent interna, oprire termica, si compensare ariei de siguranța. Cu un control al temperaturii acest circuit poate furniza un curent de pana la 1.5A. Utilizând acest circuit cu ajutorul unor componente externe se pot obține tensiuni si curenți ajustabili.

Caracteristicile circuitului LM 7805 sunt:

curent de ieșire de pana la 1.5A;

nu sunt necesare componente externe ;

protecție termica interna ;

limitarea curentului de scurt-circuit ;

tensiune de ieșire oferita cu o toleranta de 2% ;

tensiune de intrare maxima Vmax=35V;

Schema de alimentare a circuitului de achiziție si control, realizat cu ajutorul integratului PIC16F876, utilizata este următoarea:

Figura Circuit de alimentare al sistemului de achiziție si control

2.3.1.Circuitul integrat LM7805

LM7805 este un stabilizator de tensiune pozitivă cu mai multe variante de prezentare, ceea ce îl face folositor într-o gamă largă de aplicații. Fiecare tip folosește o limitare internă de curent, o stopare termică și o arie de lucru sigură, ceea ce îl face, teoretic, indestructibil. Dacă îi este asigurat un regim de lucru adecvat poate livra un curent de ieșire de peste 1A. De asemenea, cu ajutorul unor componente externe, se pot obține tensiuni și curenți reglabili.

Schema internă a circuitului integrat LM78XX este următoarea:

Figura Configuratia interna a circuitului LM7805

Pentru a funcționa corect sau pentru a avea o tensiune stabilizată la 5V la ieșire (pinul 3), tensiunea de intrare pe pinul 1 la LM7805 ar trebui să fie între 7V și 35V. În funcție de curentul consumat de montaj vom folosi tipul corespunzător de stabilizator de tensiune LM7805. Sunt diferite versiuni de LM7805. Pentru consum de curent de până la un 1A am folosit versiunea în capsulă TO-220 cu posibilitatea de răcire adițională. Condensatoarele C9 și C10 electrolitice asigură filtrarea tensiunii iar condensatoarele C8, C5 ceramice asigură tensiunea pentru eventualele vârfuri de curent și au si rolul de a filtra zgomotului.

S-a realizat o configurație tipica de alimentare utilizând LM7805 cu o tensiune de intrare Valimentare=12V, la care s-au adăugat condensatoare de filtraj pe intrare si ieșire rezultând astfel o tensiune Vout=Vcc=5V.

– unde Vcc=tensiune de alimentare: PIC16F876;

Condensatorul C3 se calculează cu relația

rezultănd

Condensatorul C1 electrolitic cu următorii parametrii:

capacitate 220μF

tensiune nominală 50V

Condensatorul C5 si C4 ceramic cu următorii parametrii:

capacitate 100nF

tensiune nominală 100V

2.4.Reset-ul microcontrolerului PIC16F876A

Resetul este folosit pentru a pune microcontrolerul într-o condiție „cunoscută”. Aceasta înseamnă practic că microcontrolerul poate să se comporte incorect în unele condiții nedorite. Pentru a continua să funcționeze corect trebuie resetat, însemnând că toți regiștrii vor fi puși într-o stare de start. Resetul nu este folosit numai când microcontrolerul nu se comportă cum vrem noi, dar poate de asemenea să fie folosit când se încearcă un montaj ca o întrerupere într-un program de execuție sau când se pregătește un microcontroler de a citi un program.

Pentru a preveni ajungerea unui zero logic la pinul MCLR accidental (linia de deasupra înseamnă că resetul este activat de un zero logic), MCLR trebuie să fie conectat printr-un rezistor la polul pozitiv al sursei de alimentare. Rezistorul trebuie să fie între 5 și 10k. Acest rezistor a cărui funcție este de a menține o anumită linie la starea logică unu ca o prevenire, se numește o scoatere-pull up.

Microcontrolerul PIC 16F876 are câteva surse de reset:

a) Reset la alimentare, POR (Power-On Reset)

b) Reset în timpul lucrului obișnuit prin aducerea unui zero logic la pinul  MCLR al microcontrolerului.
c) Reset în timpul regimului SLEEP

d) Reset la depășirea timer-ului watchdog (WDT)

e) Reset în timpul depășirii WDT în timpul regimului SLEEP.

Cele mai importante resurse de reset sunt a) și b). Prima are loc de fiecare data când este alimentat microcontrolerul și servește la aducerea tuturor regiștrilor la starea inițială a poziției de start. A doua este pentru a aduce un zero logic la pinul MCLR în timpul operației normale a microcontrolerului. Este des folosită în dezvoltarea de programe. 

În timpul unui reset, locațiile de memorie RAM nu sunt resetate. Ele sunt necunoscute la alimentare și nu sunt schimbate la nici un reset. Spre deosebire de acestea, regiștrii SFR sunt resetați la o stare inițială a poziției de start. Unul din cele mai importante efecte ale resetului este setarea contorului de program (PC) la zero (0000h), ceea ce permite programului să înceapă executarea de la prima instrucțiune scrisă. 

În cadrul proiectului am ales o rezistentă cu valoarea de 1K/0,25W.

Figura Conectarea circuitului de reset

2.5.Oscilatorul XT microcontrolerului PIC16F876A

Oscilatorul cu cristal se află într-o carcasă metalică cu doi pini pe care este înscrisă frecvența la care cristalul oscilează. Mai este necesar câte un condensator ceramic de 22pF cu celălalt capăt la masă, de a fi conectați la fiecare pin. 

Oscilatorul și condensatorii pot fi încapsulați împreună într-o carcasă cu trei pini. Un asemenea element se numește rezonator ceramic și este reprezentat în scheme ca cel de mai jos. Pinii centrali ai elementului sunt masa, iar pinii terminali sunt conectați la pinii OSC1 și OSC2 ai microcontrolerului. Când se proiectează un aparat, regula este să plasați oscilatorul cât mai aproape de microcontroler, pentru a elimina orice interferență de pe liniile pe care microcontrolerul primește tactul de ceas.

După alimentare, oscilatorul începe să oscileze. Oscilația la început are o perioadă și o amplitudine instabile, dar după un timp devin stabilizate.

Figura Conectarea oscilatorului la PIC

Pentru a preveni ca un asemenea ceas inexact să influențeze performanțele microcontrolerului, trebuie să ținem microcontrolerul în starea reset pe durata stabilizării ceasului oscilatorului. Diagrama de mai sus arată o formă tipică de semnal pe care microcontrolerul o primește de la oscilatorul cu cuarț după alimentare.

În cadrul proiectului am ales un Cuarț de 20 MHz și condensatorii ceramici de 22pF.

Proiectare afisaj alfanumeric cu LCD

Cristalele lichide sunt o categorie de substante organice avand molecule mari si asimetrice fapt ce le confera proprietati ce le situeaza intr-o stare, intre starea solida caracteristica unui cristal si cea lichida.

Sub actiunea unui camp electric exterior moleculele isi modifica orientarea in spatiu ceea ce duce la modificarea proprietatilor optice ale mediului. Deci cristalele lichide nu produc lumina ci doar isi modifica transparenta sub influenta campului electric.

Figura Afisajul cu cristale lichide

In figura este aratat principiul de realizare a unui sistem de afisare cucristal lichid. Electrodul E1 trebuie sa fie transparent iar E2 sa aiba depus un strat deoglinda orientata spre cristal. Electrodul E1, va avea forma impusa de modelulcaracterelor ce se doresc a fi afisate.

Comanda electrica se face de obicei in curent alternativ cu amplitudinea 2-10V

si frecventa 30-400 Hz.

Principalul avantaj al acestui afisaj il constituie consumul foarte mic de putere

(μW). De asemenea se pot realiza usor configuratii de afisaj alfa-numeric. Au insa dezavantajul unui timp mare de raspuns si al unui contrast scazut fata de afisajele cu LED-uri.

2.6.Afisaj LCD

Multe dispozitive cu microcontroler folosesc LCD-uri inteligente pentru a afisa informatia vizuala. Urmatorul material se ocupa de conectarea unui afisaj LDC Hitachi la un microcontroler PIC. Afisajele LCD proiectate cu HD44780, modulul pentru LCD fabricat de Hitachi, nu sunt scumpe si sunt usor de folosit, si chiar posibil sa produca verificarea datelor afisate folosind cei 8×80 pixeli ai afisajului. Afisajele LCD Hitachi contin un set de caractere ASCII plus simboluri japoneze, grecesti si matematice.

Figura Afisaj 16×2 HD44780

Fiecare dintre cei 640 de pixeli ai afisajului trebuie sa poata fi accesat individual si aceasta se poate realiza cu un numar de integrate SMD pentru control montate pe spatele afisajului. Aceasta ne salveaza de o cantitate enorma de fire si de un control adecvat astfel incat sunt necesare doar cateva linii pentru a accesa afisajul. Putem comunica cu afisajul prin intermediul unui bus de date pe 8 biti sau de 4 biti. Pentru un bus de 8 biti, afisajul are nevoie de o tensiune de alimentare de +5v si 11 linii I/O. Pentru un bus de 4 biti sunt necesare doar liniile de alimentare si 7 linii. Cand afisajul LCD nu este pornit liniile de date sunt TRI-STATE, ceea ce inseamna ca ele sunt in stare de inalta impedanta (ca si cum ar fi deconectate) si astfel nu interfereaza cu functionabilitatea microcontrolerului cand afisajul nu este adresat. LCDul necesita de 3 linii de control de la microcontroler.

Linia Enable (E) permite accesul la afisaj prin intermediul liniilor R/W si RS. Cand aceasta linie este LOW, LCDul este dezactivat si ignora semnalele de la R/W si RS. Cand linia (E) este HIGH, LCDul verifica starea celor doua linii de control si raspunde corespunzator.

Linia Read/Write (R/W) stabileste directia datelor dintre LCD si microcontroler. Cand linia este LOW, datele sunt scrise in LCD. Cand este HIGH, datele sunt citite de la LCD.

Cu ajutorul liniei Register select (RS), LCD interpreteaza tipul datelor de pe liniile de date. Cand este LOW, o instructiune este scrisa in LCD. Cand este HIGH, un caracter este scris in LCD.

Starea logica a liniilor de control:

E  – 0  -Accesul la LCD dezactivat

    – 1  -Accesul la LCD activat

R/W  – 0  -Scrie date in LCD

        – 1 – Citeste date din LCD

RS – 0 -Instructiuni

     – 1 -Caracter

Scrierea datelor in LCD se realizeaza in cativa pasi:

– se seteaza bitul R/W LOW

– se seteaza bitul RS in 0 sau 1 logic (instructiune sau caracter)

– se trimit datele catre liniile de date (daca se executa o scriere)

– se seteaza linia E HIGH

– se citesc datele de la liniile de date (daca se executa o citire)

Citirea datelor de la LCD se realizeaza similar, cu deosebirea ca linia de control R/W trebuie sa fie HIGH. Cand trimitem un HIGH catre LCD, el se va reseta si va accepta instructiuni. Instructiunile tipice care sunt transmise catre un afisaj LCD dupa reset sunt: pornirea afisajului, activarea cursorului si scrierea caracterelor de la stanga spre dreapta. In momentul in care un LCD este initializat, el este pregatit sa primeasca date sau instructiuni. Daca receptioneaza un caracter, el il va afisa si va muta cursorul un spatiu la dreapta. Cursorul marcheaza locatia urmatoare unde un caracter va fi afisat. Cand dorim sa scriem un sir de caractere, mai intai trebuie sa setam adresa de start, si apoi sa trimitem cate un caracter pe rand. Caracterele care pot fi afisate pe ecran sunt memorate in memoria video DD RAM (Data Display RAM). Capacitatea memoriei DD RAM este de 80 bytes.

Afisajul LCD mai contine 64 bytes CG RAM ( Character Generator RAM). Aceasta memorie este rezervata pentru caracterele definite de utilizator. Datele din CG RAM sunt reprezentate sub forma de caractere bitmap de 8 biti. Fiecare caracter ocupa maxim 8 bytes in CG RAM, astfel numarul total de caractere pe care un utilizator poate sa le defineasca este 8. Pentru a afisa caracterul bitmap pe LCD, trebuie setata adresa CG RAM la punctul de start (de obicei 0) si apoi sa fie scrise datele in afisaj. Definirea unui caracter ‚special’ este exemplificata in figura.

Inainte de a accesa DD RAM, dupa definirea unui caracter special, programul trebuie sa seteze adresa in DD RAM. Orice scriere si citire a datelor din memoria LCD este realizata de la ultima adresa care a fost setata, folosind instructiunea set-adress. Odata ce adresa DD RAM este setata, un caracter nou va fi afisat in locul potrivit pe ecran. Pana acum am discutat operatia de scriere si citire a memoriei unui LCD ca si cum ar fi o memorie obisnuita. Acest lucru nu este adevarat. Controlerul LCD are nevoie de 40 pana la 120 microsecunde (us) pentru scriere si citire. Alte operatii pot dura pana la 5 ms. In acest timp microcontrolerul nu poate accesa LCDul, astfel un program trebuie sa stie cand un LCD este ocupat. Putem rezolva aceasta in doua metode.

O metoda este verificarea bitului BUSY de pe linia de date D7. Aceasta nu este cea mai buna metoda pentru ca LCDul se poate bloca si programul va sta intr-o bucla infinita verificand bitul BUSY. O alta metoda este introducerea unei intarzieri in program. Intarzierea trebuie sa fie destul de lunga pentru ca LCDul sa termine operatia in desfasurare. Instructiunile pentru scriere si citire cu memoria LCDului sunt afisate mai sus. La inceput am mentionat ca avem nevoie de 11 linii I/O pentru a comunica cu un LCD. Oricum, putem comunica cu un LCD printr-un bus de 4 linii. Putem reduce numarul total de linii de comunicatie la 7. Schema pentru conectarea printr-un bus de 4 biti este in imaginea de mai jos.

2.7.Programarea microcontrollerului

Pentru programarea microcontrollerului am folosit un programator PICKit2 produs de firma Microchip. Acesta se conectează pe portul USB al calculatorului, iar pentru microcontroller are un conector ICSP.

Conectorul ICSP are următoarele conexiuni:

Figura Programator PICKit2

Conectarea pinilor programatorului se realizează conform urmatoatei figuri:

Figura Conectarea programatorului

2.8.Proiectarea blocului receptor optic

Receptorul optic utilizat in cadrul acestui proiect este un receptor IR( infra-rosu) de tip IR-2638. Caracteristicile sale electrice si optice sunt urmatoarele:

Dimensiunile receptorului optic si configuratia pinilor se poate observa in figura urmatoare

Schema de conectare a receptorului optic la microcontroler este urmatoarea:

Figura Conectarea receptorului optic IR-2638 la microcontroller

Receptorul optic este alimentat de la sursa stabilizata cu +5V prin intermediul rezistentei R9. Aceasta rezistenta are rolul de a limita curentul prin receptor la o valoare optima pentru functionarea acestuia in bune conditii.

Ireceptor = +5 / R9 = 0,005 A

Semnalul de la iesirea receptorului optic este conectat la microcontroller la pinul RC7, pin care este configurat software ca pin de receptive semnal serial. Limitarea curentului semnalului ce intra in microcontroller este realizata de catre R10.

In cazul in care nu dorim ca semnalul de la receptorul optic sa fie preluat de ctre microcontroller, ci dorim sa fie semnalizat optic, am prevazut un comutator SW1 si un o diode led D1.

2.9.Proiectarea modulului de transmisie optica – Comunicația serială

Sursa de alimentare a acestui modul de comunicatie este similara sursei de alimentare a modulului de receptie.

Semnalul de la PC este colectat prin intermediul unui conector “DB9- mama”.

Circuitul MAX 232 ne relizeaza conversia semnalului serial primit de la PC in semnal serial de nivel TTL. Schema de configurare utilizata este schema tipica recomandata de catre producator.

Figura Schema electrica a emitatorului optic

SCI este o abrevire pentru Serial Communication Interface, și ca un subsistem special există la majoritatea microcontrolerelor. La microcontrolerul PIC16F876 aceasta este realizată hardware.

În acest cazul comunicației hardware, folosim formatul standard NRZ (Non Return to Zero) cunoscut ca 8 (9)-N-1 sau 8 sau 9 biți de date, fără paritate și cu un bit de stop. Linia liberă este definită starea unu logic. Startul transmisiei – Bitul de Start, are starea zero logic. După biții de date care urmează bitului de start (primul bit este cel mai puțin semnificativ bit) urmează un Bit de Stop care are starea unu logic. Durata bitului de stop ‚T’ depinde de viteza transmisiei și este ajustat după necesitățile transmisiei. Pentru o viteză de transmisie de 9600 baud, T este 104us.

Descrierea pinilor ai unui conector RS232

Figura Configuratia pinilor la conectorul DB9

1. CD (Carrier Detect)

2. RXD (Receive Data)

4. TXD (Transmit Data)

4. DTR (Data terminal Ready)

5. GND (Ground)

6. DSR (Data Set Ready)

7. RTS (Request To Send)

8. CTS (Clear To Send)

9. RI (Ring Indicator)

Pentru a conecta un microcontroler la un port serial al unui calculator PC, trebuie să ajustăm nivelul semnalelor pentru ca să aibă loc comunicația. Din cauză că nivelul semnalului la un microcontroler este de +5V pentru unu logic și 0V pentru zero logic, avem nevoie de un stadiu intermediar care să realizeze conversia nivelurilor. Un integrat special proiectat pentru această sarcină este MAX232. Schema interfeței este în figura urmatoare.

Figura Conectarea emitatorului optic

Semnalul obtinut la iesirea circuitului integrat MAX232 este aplicat unui emitator IR de tip LL-304IRC4B-2AD. Rolul rezistentei R2 este de alimita curentul prin diode emitatoare, D1 la nivelul optim recomandat de producator. R2 a fost calculate cu relatia:

R2 = Vmax semnal / Id1 = +5V / 0,01=500 Ω

Aleg R2 = 1kΩ

In cazul in care dorim sa testam functionarea modulului fara un semnal de la PC am introdus in schema un buton de tip “push” cu revenire. Prin actionarea butonului ledul emitator IR este alimentat direct de la sursa de tensiune stabilizta de +5V prin intermediul rezistentei de limitare a curentului R1. AAceasta rezistenta, R1, a fost calculate in mod similar cu R2. Trecerea de la semnalul trimis de PC la semnalul trimis prin actionarea butonului se face prin intermediul comutatorului SW1.

Parametrii electrici si optici ai ledului emitator sunt urmatorii:

CAPITOLUL 3

PROIECTAREA SOFTWARE A SISTEMULUI DE COMUNICATIE OPTICA

Proiectarea software cuprinde realizarea programului ce trebuie implementat in microcontroller. Microcontrollerul va primi semnale pe pinul de receptie (RECEIVE) al comunicatiei seriale, le va transforma in caractere si le va afisa pe display-ul alphanumeric.

Programul a fost editat in limbajul de programare C cu ajutorul software-lui PICC in variant TRIAL.

Am ales acest mediu de programare deoarece are toate librariile cu microcontrollere de tip PIC, precum si librariile componentelor adiacente ce se pot conecta la microcontrollere PIC (ex. – lcd alphanumeric 2×16). Dupa compilarea programului obtinem direct fisierul in format “hex” si nu ne mai ramane decat sa programam microcontrllerul cu acest fisier.

3.1.Organigrama software

Organigrama software a programului din microcontroller este urmatoarea:

Organigrama software

Codul programului

#include <16F876A.h>

#include <string.h>

#include <math.h>

#include <stdlib.h>

#fuses HS,NOWDT,NOPROTECT,NOLVP,NOBROWNOUT,PUT

#use delay(clock=18350000)

#use rs232(baud=2400, xmit=PIN_c6, rcv=PIN_c7,PARITY=N, BITS=8)

#include <lcd.c>

byte received;

char caracter;

#int_RDA

void intrerupere_RDA()

{

received=1;

caracter=getc();

}

void main() // program principal

{

lcd_init(); // initializare LCD

lcd_putc('\f');

lcd_gotoxy(1,1);

lcd_putc("TRANSMISIE OPTICA"); // scrie pe primul rand mesajul

lcd_gotoxy(1,2);

lcd_putc("ILIE MIHAELA"); // scrie pe al doilea rand mesajul

delay_ms(1000);

lcd_putc('\f');

enable_interrupts(GLOBAL);

enable_interrupts(INT_RDA);

while(true) // bucla infinita

{

if(received)

{

printf(lcd_putc,"%c",caracter);

received=0;

}

delay_us(10);

}

}

Simularea functionarii programului software din microcontroller

Pentru a simula functionarea programului software implementat am utilizat PROTEUS ISIS 8.1. Acest soft imi permite sa realizez scheme electrice si electronice sis a pot testa functionarea acestora.

In cazul in care in schemele noastre folosim microcontrollere, acest soft imi permite “incarcarea” fisierelor de tip “HEX” si rularea lor.

Schema implementata este urmatoarea:

Schema electronica de simulare realizata in ISIS Proteus 8.1.

In cazul simularii, semnalul obtinut de la receptorul optic este inlocuit cu un bloc de comunicatie seriala. Caracterele testate vor fi afisate unul dupa celalalt si se tine cont de tipul caracterului, litera mare sau litera mica, deoarece se afiseaza codul ASCI al caracterului. Parametrii comunicatiei sunt urmatorii:

Rezultatele simularii sunt urmatoarele:

Mesaj de intampinare

Caractere receptionate de la tastatura

3.2.Proiectarea tehnologica

3.2.1.Tehnologia de realizare a circuitelor imprimate

Am proiectat un cablaj pe un singur strat. În această etapă am ales să realizez cablajele folosind o metodă rapidă de fabricație și anume metoda prin transfer termic utilizând hârtie de transfer. Proiectarea cablajelor a fost făcută cu ajutorul programului Layout Plus.

Etapele realizării practice a cablajelor sunt:

Se printează cablajul în oglindă pe hârtia de transfer termic cu ajutorul unei imprimante laser.

Se pregătesc plăcuțele pentru transfer: – tăierea plăcuțelor la dimensiuni;

– degresarea plăcuțelor cu alcool;

– șmirgheruirea plăcuțelor;

Se așează hârtia de transfer peste pelicula de cupru, cu traseele printate peste pelicula de cupru.

Cu ajutorul unui fier de călcat se transferă termic tonerul de pe hârtia de transfer pe plăcuță.

Se îndepărtează hârtia de transfer

Se corectează eventualele discontinuități ale traseelor cu un marker permanent.

Se introduce plăcuța într-o baie de clorură ferică.

După corodare se spală cu apă și apoi se îndepărtează tonerul cu acetonă sau diluant.

Se îndepărtează mecanic prin zgâriere eventualele scurtcircuite.

Se găurește plăcuța.

Se dispun piesele pe plăcuță și se lipesc.

Cablajele rezultate au urmatoarea forma:

Fisierele OrCAD Layout asociate modulului emitator:

Fata Bottom

Amplasare componente

Fisierele OrCAD Layout asociate bloc receptor optic:

Bloc receptor optic – Fata Bottom

Bloc receptor optic – Fata amplasare componente

Realizarea practica a machetei

Realizarea practica a blocului emitator optic

Realizarea practica a blocului receptor optic

Realizarea practica a machetei finale

BIBLIOGRAFIE

E. Sofron-Circuite electronice (cap. I) -Circuite cu diode semiconductoare: note de curs, Institutul Politehnic București, 1990

E. Sofron-Circuite electronice (cap. II) Amplificatoare: note de curs, IPB,1990

E. Sofron-Circuite electronice (cap. III) Stabilizatoare de tensiune, IPB, 1990

V. Croitoru, E. Sofron-Diode semiconductoare: teorie și aplicații, IPB, 1991

E. Sofron-Dispozitive optoelectronice cu semiconductoare: note de curs, Litografia Universități din Pitești, 1991

Ioan Liță; Daniel Alexandru Vișan; Ion Bogdan Cioc, “Comunicatii de date”, Matrix Rom 2010.

Ștefan Victor Nicolaescu; Mariana Jurian; Ioan Liță; Daniel Alexandru Vișan; Ion Bogdan Cioc; Ion

Bogdan; Tudor Petru Palade, Florin Hărtescu, “Retele virtuale dispersate”, Printech București 2011.

Ioan Lita, Daniel Alexandru Visan: “Echipamente si coduri pentru comunicatii in retelele de calculatoare”; Editura Universitatii din Pitesti; Pitesti, 2002.

Ioan Lita, Daniel Alexandru Visan, “Tehnici de laborator pentru comunicatii analogice si digitale”, Editura Universitatii din Pitesti, 2003.

www.cs.ucv.ro/staff/dmancas/

www.scritub.com/stiinta/informatica/Macrouri16414172314.php

ANEXE