Telefonie Digitala Realizarea Practica a Unui Generator de Tact Pentru Un Stbus de 10 Sloturi 640khz

CAPITOLUL I

Bazele telefoniei digitale

1.1 Transmisia digitală a semnalului telefonic

1.2 ISDN (Integrated Services Digital Network)

1.2.1 Servicii oferite de rețeaua ISDN

1.2.2 Canale de informații ISDN

1.3 Modulatia PCM (Pulse Code Modulation)

1.3.1 Emitor PCM

1.3.2 Calea de transmisie PCM

1.3.3 Receptorul PCM

1.3.4 Banda de transmisie a unui semnal PCM

1.4 Multiplexarea datelor

1.5 Problema sincronizării în centrale digitale

1.6. Metoda transmisiunii presincrone

1.7 Funcționarea centralelor cu tact centralizat

CAPITOLUL II

ST-bus

2.1 Scurt istoric

2.2 Componente

2.3 Protocoale

2.4 Tipuri de conexiuni ST-bus

2.4.1 Configurația punct cu punct

2.4.2 Magistrala pasiva scurta (SHORT PASIVE BUS)

2.4.3 Magistrala de canale pasivă extinsă

2.4.4 Configurația “Daisy Chain”

2.4.5 Configurația tip stea (Star)

2.5 Semnale STBus

2.5.1 Semnale de ceas

2.5.2 Semnale de aliniere

2.6 Frecvența tacturilor unui ST-bus

2.7 Fluxul de informație

CAPITOLUL III

Circuite folosite în prelucrarea digitală a datelor

3.1 Bistabile

3.2 Numărătoare binare

3.3 Registre de deplasare

3.4 Convertorul paralel-serie

3.5 Convertorul serie-paralel

CAPITOLUL IV

Realizarea practică

4.1.Generatorul de tact

4.2. Semnale de sincronizare ale magistralei spatio temporare

4.3 Circuitul TSA (Time Slot Assigsner) cu alocare programată

4.5. Circuitul TSA cu alocare fixă

CAPITOLUL V

CALCULUL ECONOMIC

51 pagini

ANEXA

=== anexa ===

74LS00 – Quad 2-Input NAND Gates

Configuratie pini Tabelul de adevar

74LS04 – Hex Inverting Gates

Configuratie pini Tabelul de adevar

74LS10 – Triple 3-Input NAND Gate

Configuratie pini Tabelul de adevar

74LS147 – 10-to-4 line priority encoder

Configuratie pini Tabelul de adevar

74LS151 – 1-of-8 Line Data Selector/Multiplexer

Configuratie pini Tabelul de adevar

74LS192 – Up/Down Decade Counterwith Separate Up/Down Clocks

Configuratie pini Tabelul de adevar

74LS193 – Synchronous 4-Bit Binary Counter with Dual Clock

Configuratie pini

74LS30 – 8-Input NAND Gate

Configuratie pini Tabelul de adevar

74LS42 – BCD to decimal decoder (1-of-10)

Configuratie pini Tabelul de adevar

74LS74 – Dual D-type flip-flop with set and reset; positive-edge trigger

Configuratie pini Tabelul de adevar

74LS85 – 4-Bit Magnitude Comparator

Configuratie pini Tabelul de adevar

74LS90 – Decade and Binary Counters

Configuratie pini Tabelul de adevar

74LS90/74LS93 – Decade and Binary Counters

Configuratie pini

Tabelul de adevar

74LS393 – Dual 4-Bit Binary Counter

Configuratie pini Tabelul de adevar

=== Cap1-bazele telefonie digitale ===

CAPITOLUL I

Bazele telefoniei digitale

În telefonie, semnalul emis și semnalul recepționat sunt semnale analogice. În prezent, telefonia digitală ajunge tot mai des în aparatul telefonic al abonatului. Există un proces lung și anevoios de trecere de la telefonia analogică la telefonia digitală. În prezent, telefonia digitală ajunge tot mai des în aparatul telefonic al abonatului iar manipularea semnalelor telefonice se face, aproape întotdeauna, prin mijloace digitale.

1.1 Transmisia digitală a semnalului telefonic

Transmisiunile digitale sunt o modalitate de comunicare bazată pe transmisiuni discrete de date. Sunt considerate a fi viitorul în comunicații. De mulți ani omul a vrut să folosească cât mai profitabil descoperirile sale, și se pare că tehnica digitală i-a oferit posibilitatea aceasta.

Modalitatea digitală, de transmitere a datelor analogice se bazează pe teorema eșantionării care indică rata minimă de eșantionare a unui semnal analogic pentru ca acesta să poată fi reconstituit. Potrivit acestei teoreme, această rată este de două ori mai mare decât cea mai semnificativă frecventă a semnalului.

Prima problemă de reducere a costului a apărut la transportul informației între centrale și interurbane. O variantă de codificare este dată de modularea folosind impulsuri de cod. Tehnica poartă denumirea de PCM (Pulse Control Modulation).

Transmisiunile digitale, cu cod în impulsuri PCM, au apărut din nevoia oamenilor de a folosii cât mai eficient banda de transmisie. Încă din 1954 în Statele Unite au funcționat sisteme bazate pe acest principiu, care aveau capacitatea de a multiplexa pe același suport de cupru, 24 de canale telefonice. În Europa, se folosește același principiu de codare, dar pe suportul de transmisie se trimit 30 de canale telefonice.

Costul cel mai mare îl reprezintă costul cablului. Din acest motiv au apărut echipamente de telefonie multiplă, de curenți purtători si apoi PCM. Echipamentele de curenți purtători au fost eficiente în comunicațiile interurbane, iar cele PCM sunt folosite cu precădere între centrale. Un echipament PCM poate transporta 30 de canale bidirecționale în standardul European si 22 de canale în standardul SUA.

Figura 1.1. Faza inițială a apariției echipamentelor PCM

Aceste echipamente vor fi folosite atât timp cât vor mai exista centrale analogice. Atunci când o centrala analogică este conectată cu una digitală, canalele PCM după recepție și sincronizare intră/ies direct din matricea de comutație digitală.

În centralele digitale codificarea si decodificarea se face în interfața de abonat, iar toate manevrele necesare pentru comutație se fac cu semnale PCM.

Faza a treia de extindere a telefoniei digitale constă în mutarea codării și decodării PCM la abonat. Exista doua direcții :

ISDN rețea cu servicii încorporate

Telefoane digitale

ISDN reprezintă comunicația PCM de patru canale între centrală și un echipament aflat la abonat. La acest echipament se pot conecta telefoane analogice, digitale, calculatoare și alte surse de date. ISDN este echivalent cu o centrală telefonică mică.

Inițial când a apărut sistemul PCM de transport între centrale analogice sa definit un cadru format din 32 de sloturi, în care slotul 0 este rezervat pentru cuvântul de sincronizare de cablu, iar slotul 16 este rezervat pentru multicadrul de semnalizare. Cadrul PCM 30 este folosit doar în exteriorul centralei telefonice, în interiorul ei se folosește ST-bus-ul

Principiul de transmisie PCM, este relativ simplu, și constă în faptul că semnalul util este eșantionat (se iau doar anumite părți din el), se codează printr-un algoritm de codare, iar la recepție, semnalul este refăcut din eșantioanele sale. Acest semnal de linie PCM, este practic imun la perturbații electromagnetice, iar principiul lui de codare conferă o anumită secretizare a informației transmise

Algoritmul de codificare constă în doi pași; inițial semnalul analogic este eșantionat cu o rată mai mare sau egală cu dublul frecventei semnalului; eșantioanele analogice obținute sunt aproximate (cuantificate) folosind una dintre valorile care pot fi reprezentate folosind numărul de biți ales pentru reprezentare. De exemplu, în cazul unui semnal analogic care are amplitudini cuprinse între 0 si 7 volți, se pot folosi trei biți pentru reprezentare. Astfel, există opt niveluri pentru cuantificare, iar valoarea analogică este aproximată la cel mai apropiat dintre ele.

Calitatea semnalului obținut va fi cu atât mai mare cu cât creste numărul biților folosit pentru reprezentare. Totuși, creșterea numărului de biți duce la creșterea costului transmisiei.

În figura 1.2. se prezintă schema bloc a unei transmisiuni telefonice digitale. Conversiile analog-digitale și digital analogice se fac în circuite numite CODEC.

Figura 1.2. Schema bloc a unei transmisiuni telefonice digitale.

O convorbire telefonică obișnuită este de tip “full duplex”, adică cei doi participanți la convorbire pot să emită mesaje vocale în același timp. Pe linia de abonat se pot transmite simultan semnale în ambele sensuri. Circuitul “hibrid” (are rolul de separa sensul de emisie de sensul de recepție. În figura 1.2. convertorul analog-digital “cuantizează” semnalul emis iar convertorul digital-analogic reconstruiește semnalul analogic recepționat.

Eroarea de cuantizare reprezintă diferența dintre valoarea instantanee a semnalului analogic emis și valoarea instantanee a semnalului analogic reconstruit.

Obiectivul conversiei analog digitale cu compresie și a conversiei digital analogice cu expandare este “transmiterea semnalului telefonic cu cât mai puțini biți”.

Legea de compresie reprezintă o funcție care permite reducerea numărului de biți cu care se transmite valoarea instantanee a semnalului telefonic. Funcția inversă a legii de compresie se folosește la reconstrucția valorii instantanee a semnalului recepționat.

O lege de compresie trebuie să facă un echilibru între următoarele trei criterii:

zgomotul de cuantizare să fie cât mai mic

distorsiunile de neliniaritate să nu afecteze “inteligibilitatea semnalului”;

în timpul pauzelor raportul semnal-zgomot să fie cât mai mic.

Dacă se mai enunță încă un criteriu: algoritmul de compresie să fie cât mai ușor de implementat, atunci devine clar că problema enunțată anterior are multe soluții.

1.2 ISDN (Integrated Services Digital Network)

În 1998 a avut loc prima demonstrație a rețelei digitale de servicii integrate , însă în următorii cinci ani, ISDN a progresat foarte încet. Rețeaua de telefonie analogică era compusă dintr-o pereche de conductoare ce conectau utilizatorii telefonici într-un mod ineficient, cu predispoziție la zgomot si defecțiuni, cu greutați în conectarea la distantă.

ISDN diferă fundamental de telefonia tradițională (Plain Old Telephone Service = POTS), si a fost proiectat astfel încât să permită serviciului vocal compatibilitate la ambele capete. Apelurile vocale pot fi făcute de la/spre o linie ISDN pentru o linie POTS, oriunde în lume. La fel de important este si faptul că serviciul ISDN poate fi transportat dea lungul infrastructurii de rețea de telefonie existentă. Această infrastructură reprezintă o investiție globala dea lungul ultimului deceniu. Standardele ISDN încă mai evoluează.

Conexiunea finală, de la centrala telefonică locală pană la echipamentul clientului este, încă o linie analogică, din vechea generație, cu toate că majoritatea comutărilor în centrale sunt făcute în sistem digital.

Prin tehnicile de rutare, pachetele de informații provenite de la diferite surse digitale pot fi direcționate câtre destinațiile corecte. De aceea, folosind doar o singură linie digitală, se poate realiza combinarea acestor semnale, eliminarea zgomotelor, interferențelor si transportul datelor la destinațiile dorite. ISDN este esențial aici, întrucât toate aceste servicii digitale pot fi asigurate printr-o interfața unica, integrata si standardizată.

Conceptul de ISDN provine din dorința de a asigura servicii integrate prin folosirea eficientă a potențialului benzii in telecomunicații deja existente. Un punct de pornire a conceptului ISDN o reprezintă compatibilitatea internațională. CCITT a rezolvat această cerință prin definirea unei structuri stricte de acces a abonatului la ISDN, prin câteva puncte de referința. Un set de specificații a fost dezvoltat pentru a facilita dezvoltarea unei interfețe generale cu abonatul. In figura 1.3. se arata modelul de acces la rețea a unui utilizator ISDN.

Figura 1.3. Modelul de acces la rețea a unui utilizator ISDN

Există două tipuri de bază ale serviciilor ISDN: servicii de tip BRA (Basic Rate Interface), sau cu interfață la viteza de baza si PRI (Primary Rate Interface), sau cu interfață la viteza primara. De notat că, în terminologia ISDN, Kbit/s înseamnă 1000 bit/sec, și nu 1024 ca în majoritatea aplicațiilor din calculatoare. Astfel, un canal de 64 Kbit/s transportă datele cu o viteza de 64000 bit/s.

Avantajele comunicației digitale sunt:

liniile digitale asigură conexiuni mai curate, fără erori ce pot asigura transmisii de încredere în toată lumea.

permite echipamentelor care procesează date digital, cum ar fi calculatoarele sau routere de rețea, să fie conectate si fără limitarea de banda de 4KHz impusa de liniile telefonice (vocale) POTS.

în timp ce liniile POTS pot transporta doar informații de semnal limitate intre rețele si dispozitivul terminal (telefon sau modem), liniile ISDN pot transporta mesaje detaliate in ambele sensuri.

Prin comunicație digitală, este posibil, în final, să se transporte mai multe tipuri de servicii ( de exemplu: voce, informații de calculator, fax, informații video) simultan în aceiași rețea.

Modemurile analogice alocă un interval foarte mare de timp corecției erorilor si retransmisiei. Această supraîncărcare nu mai este întâlnită la liniile ISDN, care își pot dedica toată capacitatea transmisiei de date si, simultan, pot „transporta” voce si imagini.

1.2.1 Servicii oferite de rețeaua ISDN

Figura 1.4. Servicii oferite de rețeaua ISDN

Serviciile suport sunt oferite utilizatorului in punctele de acces S sau T. teleserviciile sunt servicii oferite utilizatorului în punctele de referință TE1 sau TA + TE2.

TE1 = Terminal ISDN (telefon digital)

TA = terminal de adaptare (poate fi orice)

TE2 = terminal non – ISDN

Teleserviciile au rolul de a stabili conexiunea dintre terminalele celor doi utilizatori si de a oferii o comunicație completă audio si de date. Serviciile suplimentare sunt serviciile oferite de centrala telefonică abonatului.

1.2.2 Canale de informații ISDN

Ciclurile de informații in transmisiuni ISDN sunt emise sub forma de stream-uri de date digitale. Fiecare sir de informații poate suporta canale de comunicații multiple prin intermediul diviziunii în timp multiplexate (TDM = Time Division Multiplexing). CCITT a definit câteva tipuri de canale de informații, fiecare cu o rată de transfer proprie.

Informațiile de semnalizare, informațiile de telemetrie si comunicații de mica viteză pe pachete sunt transmise pe canale de tip D, ce au o rată de transfer de 16Kbit/s. Informațiile de utilizator (user information) sunt transmise pe canale de tip B cu o rata de transfer de 64Kbit/s, canale de tip H0 cu o rata de transfer de 384Kbit/s, canale de tip H11 cu o rată de transfer de 1536Kbit/s, canale de tip H12 cu o rata de transfer de 1920Kbit/s. Aceste informații pot fi pachete comutate, audio, telex sau informații video.

Interfața dintre componentele ISDN trebuie să suporte toate tipurile de canale de informații. Componentele de interfață trebuie sa foloseas ca tehnica TDM baZata pe canale cu rata de transfer 6Kbit/s pentru toate tipurile de canale. Mai multe canale cu rata de transfer de 64Kbit/s pot fi folosite pentru construirea unor canale de banda mai mare (H0, H11, H12).

1.3 Modulatia PCM (Pulse Code Modulation)

În modulația PCM, un semnal analog este reprezentat de o secvență de impulsuri de codare, acest lucru realizându-se prin reprezentarea discretizată a semnalului atât în timp cât și în amplitudine. PCM este cea mai simplă formă a modulației digitale în impulsuri.

Sistemul PCM este realizat din următoarele blocuri principale:

emitor PCM;

calea de transmisie;

receptor

1.3.1 Emitor PCM

Figura 1.5. Emitor PCM

Eșantionarea – pentru a elimina semnalele nedorite se folosește un filtru trece jos. Acest filtru realizează și limitarea semnalului transmis. Următorul pas în conversia semnalului este procesul de eșantionare a semnalului filtrat la o frecventă constantă. Frecventa de eșantionare trebuie să fie mai mare decât frecvența Nyquist 2W. Acest proces folosește semnalul analog digital pentru a modula amplitudinea unui tren de impulsuri, care are o amplitudine si frecventă constantă.

Cuantizarea – pentru a reduce zgomotul de cuantizare este folosit un cuantificator neuniform. Cuantizarea este procesul de convertire a fiecărui eșantion intr-o valoare discretă care poate fi atribuită unui cuvânt de cod unic. Fiecărui eșantion obținut îi este atribuit un interval de cuantizare egal, care este mai aproape de înălțimea amplitudinii. Intervalele de cuantizare au atribuite o valoare discretă sub forma unui cuvânt de cod binar, cu o lungime standard de opt biți. Dacă unui impuls de intrare nu îi este atribuit un interval, atunci este introdusă o eroare în procesul de cuantizare PCM numită zgomot de cuantizare. O modalitate de reducere a zgomotului de cuantizare este de a mări numărul intervalelor de cuantizare, astfel încât diferența dintre înălțimea amplitudinii semnalului de intrare și intervalul de cuantizare scade pe măsură ce creste numărul intervalelor. Oricum și numărul de cuvinte de cod trebuie să crească în aceiași proporție cu intervalele de cuantizare. Acest lucru va introduce probleme adiționale legate de capacitatea unui sistem PCM de a lucra cu mai multe cuvinte de cod.

Codarea – constă de fapt din două procese. Harta de codare cuantifică eșantioanele în cuvânt de cod de lungime “v”. O linie de codare convertește semnalul digital intr-o formă de undă analog.

Comprimarea – constă în primul rând în compresia unui semnal analog la sursă și apoi expandarea acestuia la mărimea inițială atunci când ajunge la destinație. Acest termen rezultă din combinarea a altor doi: compresie si expansiune. Atunci când se efectuează procesul de comprimare semnalul de intrare este comprimat în segmente logaritmice. Fiecare segment este cuantizat și codat folosind cuantizarea uniformă, compresia fiind un proces logaritmic.

1.3.2 Calea de transmisie PCM

Figura 1.6. Calea de transmisie PCM

Regenerare – regeneratorul realizează trei obiective:

egalizarea înseamnă o compensare a efectelor distorsiunilor de fază si amplitudine introduse de canal.

circuitul de sincronizare atribuie deciziile imediat când probabilitatea de a lua o decizie greșită este minimă.

luarea deciziilor regenerează semnalul PCM.

Cel mai important aspect al sistemului PCM este abilitatea de a controla efectele distorsiunii și zgomotului. Un semnal PCM poate fi reconstruit din semnale de intrare cu distorsiuni și zgomot prin circuite repetoare regeneratoare amplasate suficient de apropiate dea lungul liniei de transmisie.

1.3.3 Receptorul PCM

Figura 1.7 Receptorul PCM

Circuitul de regenerare – regenerează semnalul recepționat.

Decodarea – mai întâi cuvântul de cod este recuperat din secvența de date și apoi este generat un impuls cu amplitudinea cuvântului de cod.

Filtrul de reconstruire – frecvența de tăiere a filtrului trece-jos este egală cu lățimea benzii și recuperează mesajul semnalului analog.

1.3.4 Banda de transmisie a unui semnal PCM

Fiecare eșantion de semnal codat este reprezentat de un cuvânt de cod de dimensiune v, deci rata semnalului devine:

r = v ∙ fs, (1.1)

cu fs ≥ 2W. Banda de transmisie necesară semnalului PCM este:

BT ≥ r = v ∙ fs ≥ v ∙ W (1.2)

1.4 Multiplexarea datelor

În cazul în care capacitatea de transmisie a mediului de comunicație depășește necesarul de transmisie a unui singur canal, se folosește o tehnică numită multiplexare.

Aceasta constă în transmiterea simultană de câtre mediu a mai multor semnale (corespunzătoare mai multor canale).

Există două modalități de realizare a multiplexării:

multiplexarea cu divizarea frecventei (FDM – Frequency-Division Multiplexing);

multiplexarea cu divizarea timpului (TDM – Time-Division Multiplexing).

Tehnica FDM se bazează pe faptul că gama frecvențelor disponibile depășește gama frecvențelor necesare pentru un singur semnal. Fiecare semnal folosește o anumită gamă de frecvente; frecventele purtătoarelor sunt suficient de depărtate unele de altele pentru ca frecvențele semnalelor (centrate în jurul frecvenței purtătoarelor) să nu se poată suprapune. Semnalele sursă sunt preluate de un multiplexor, sunt modulate pe o anumita gamă de frecvențe, sunt transmise, sunt preluate de un alt multiplexor și sunt demodulate și refăcute.

Tehnica TDM se bazează pe faptul ca rata maximă de transmisie este superioară ratei de transmisie de care are nevoie un anumit canal. Din aceste motive, pe canalul de comunicație pot fi “întrețesute" mai multe semnale. Semnalul nu folosește o anumită gamă de frecvente, ci folosește pentru un timp scurt întreaga bandă. Pentru realizarea unei astfel de transmisii, semnalele sunt împărțite în mai multe componente numite felii sau bucăți. Termenul folosit în limba engleză, preluat și de limba romană este slot.

Întrețeserea slot-urilor se realizează la nivelul unor blocuri de octeți. Un ciclu de transmise conține cate un slot de la fiecare sursă și poartă denumirea de cadru (Frame).

Dacă durata corespunzătoare unui slot este fixă, atunci tehnica TDM este sincronă; în caz contrar ea este asincronă.

1.5 Problema sincronizării în centrale digitale

O centrală digitală are o funcție similara cu a unui calculator. Toate transferurile de date se fac sincron cu un semnal de tact care este generat de un cristal de quartz cu precizie foarte bună. Acest tact este unic pentru toată centrala telefonică. Deși precizia acestor oscilatoare este foarte bună totuși doua centrale telefonice au tacte diferite. De exemplu dacă precizia oscilatorului de quartz este de 1μs atunci este probabil ca într-o secundă să se acumuleze o diferență de un tact intre cele două centrale. Din acest motiv nu este posibilă transmisia sincronă a semnalului PCM între două centrale.

Pentru conectarea centralelor care au tacte diferite, la recepția semnalului PCM se folosește un circuit numit memorie elastică.

Figura 1.8 Canal PCM între 2 centrale care au

generatoare de tact independente

În figura de mai sus este reprezentat un canal PCM între 2 centrale care au generatoare de tact independente. La emisie semnalul PCM este sincronizat cu ceasul centralei la care este conectat emițătorul. La recepție semnalul PCM este egalizat, cu format dreptunghiular și din semnalul astfel prelucrat se extrage un tact care are aceeași frecventă cu tactul de la emisie, dar intre cele două tacte există diferențe și fluctuații de fază (jitter). Pentru ca semnalul să ajungă de la emițător la centrala căruia îi este destinat se folosește memoria elastica, care este un circuit asemănător cu un circuit de deplasare cu capacitatea de 2 cadre PCM.

Dacă centrala care recepționează semnalul are frecvența tactului mai mare, atunci din când în când memoria elastică se golește, registrul de memorare reia numărarea de la 0, ceea ce însemnă dublarea ultimului cadru recepționat. Dacă centrala are o frecventă a tactului mai mică atunci, se pierde din când în când cate un cadru din semnalul PCM. Dublarea unui eșantion sau pierderea lui nu are importantă asupra semnalului de convorbire, dar încurca foarte mult căile de date transmise pe canalul PCM.

1.6. Metoda transmisiunii presincrone

Se aplică în comunicația dintre o centrala mare (RomTelecom) si o centrală de oficiu (centrală telefonică mică). Ideea metodei constă în funcționarea centralei mici cu tactul centralei mari.

Figura 1.8 Metoda transmisiunii plesincrone

Între cele două centrale există cel puțin un canal PCM bi-directional. La recepție, de fiecare dată se reface tactul iar în cazul centralei de oficiu, tactul centralei se ia din canalul PCM. În aceste sisteme nu se pierd cadre, dar centrala de oficiu va avea un tact ușor fluctuant. Fluctuațiile de frecventă ale tactului se numesc jitter. Oscilatorul cu care este pilotat receptorul este un circuit PLL care reface tactul utilizând fronturile semnalului recepționat. Dacă centrala de oficiu funcționează cu tactul refăcut, cu atât mai mult tactul refăcut de receptorul centralei mari va avea jitter mai mare.

Pentru absorbirea fluctuației de fază se folosește un circuit numit memorie elastică. În esență, memoria elastică este un registru de deplasare în care datele se depun cu tactul receptorului și sunt luate cu tactul de referință al centralei. Capacitatea memoriei elastice este de 2 cadre complete (32 x 8 = 256biti x 2 = 512biti).

Prin construcție, memoria elastică în momentul depășirii unui cadru dă un semnal spre procesorul centralei. Sunt două situații:

când tactul de recepție are frecvența mare se dublează cadrul;

când tactul de recepție are frecventa mai mică se pierde cadrul.

În cazul lucrului plesincron, frecvența este aceeași atâta timp cât circuitele PLL lucrează corect.

1.7 Funcționarea centralelor cu tact centralizat

Aceasta este cea mai sigură metodă pentru că generatorul de tact se găsește într-un singur loc într-o centrală mare, si pe canale digitale specializate tactul este distribuit spre toate centralele telefonice. În acest caz centralele funcționează toate cu aceiași frecventă, dar între ele apar defazaje datorate timpilor de propagare prin liniile de transport a informației și prin circuitele de sincronizare.

Figura 1.9. Funcționarea centralelor cu tact centralizat

Unde:

ME – memorie elastica

oscilator de tip PLL

E – imitator

R – receptor

Pentru că în transportul tactelor de la oscilatorul de referință spre centralele telefonice apar defazaje importante, este necesar ca la capătul fiecărei legături PCM să existe cate o memorie elastică, memorie care absoarbe defazajele și fluctuațiile de frecventă ale tactelor.

=== Cap2- stbus ===

CAPITOLUL II

ST-bus

2.1 Scurt istoric

ST-bus-ul este un set de protocoale, interfețe si arhitecturi ce compun un subsistem interconectat. ST-bus-ul este un sistem interconectat dezvoltat pentru aplicațiile ce folosesc microcontrolere, rețele de bancomate etc.

În prezent ST-bus-ul nu e doar un sistem de comunicare caracterizat prin protocoale, interfețe, transferuri de date, ci si o tehnologie care permite proiectarea și implementarea rețelelor de comunicații.

Datorită faptului că sistemele devin din ce in ce mai complexe, tendința în proiectarea sistemelor e aceea de a partiționa circuitele în blocuri funcționale bine definite.

Modularitatea este o caracteristică importantă a unui sistem, folosită îndeosebi datorită flexibilității în configurarea sistemelor. Modularitatea este de asemenea un bun mijloc de a evita învechirea si uzura fizică, cât si morală.

Volumul de investiții și costul proiectării unui sistem, face nerentabilă din punct de vedere economic si nu numai, înlocuirea lui, mai ales atunci când doar o parte din sistem este depășită (fizic sau moral). Acest lucru este evitat prin înlocuirea sau up-gradarea modulelor depășite sau defecte. Acest mod de a concepe un proiect poate fi implementat dacă sistemul e conceput pe module de la bun început.

Deseori este necesară existenta căilor de realizare a comunicațiilor și de transfer a datelor între module (termenul de informație este folosit aici ca echivalent al semnalelor audio, video, de control sau de date). Definirea unei interfețe comune între blocurile funcționale face mai ușoară introducerea unor module noi în timpul proiectării si după aceea în timpul utilizării sistemului. Interfața ar trebui să fie suficient de simplă pentru a permite modulelor să aibă o gama mare de complexitate. Pe lângă acest lucru interfața ar trebui să fie capabilă să ofere o acoperire a nivelelor înalte ale protocoalelor de comunicații, cum ar fi de exemplu HDLC (High Level Data Link Control).

Zarlink Semiconductor a definit ST-bus-ul (Serial Telecom Bus) luând în considerare proprietățile mai sus menționate. ST-bus-ul este simplu de manevrat și poate lucra cu toate cele 4 tipuri de informații menționate (video, audio, control si date) cât timp informația este digitalizată. Noile circuite si componente compatibile ST-bus trebuie să se conformeze cu anumiți parametrii minimi sau maximi (numiți timing specification) pentru a asigura compatibilitatea cu toate celelalte componente și sistemele deja existente. Un proiectant de sisteme poate folosi aceste specificații de timp a tuturor componentelor pentru a ușura interconectarea dispozitivelor ST-bus.

2.2 Componente

Componentele subsistemului ST-bus sunt:

noduri

register decoder

type convertor

size convertor

buffer

Nodurile sunt responsabile de managementul și rutarea tranzacțiilor. Managementul este realizat de unul sau mai mulți “arbitrii”, rutarea fiind realizata de un set de multiplexoare si demultiplexoare comandate de “arbitri”.

2.3 Protocoale

Există trei tipuri de protocoale ST-bus, fiecare având un nivel diferit de complexitate în ceea ce privește performanța și implementarea acestora.

Tip 1 – este cel mai simplu protocol, fiind specific accesului câtre periferice. Acest tip de protocol nu suportă aplicații de tip “pipeline”. Încarcă si suporta operații pe 1/2/4/8 octeți.

Tip 2 – fata de protocolul de tip 1 la acesta se mai adaugă si aplicații de tip “pipeline”. Suportă toate codurile de operații pentru tranzacțiile cerute. Numărul si ordinea de cerere a celulelor este aceeași cu ordinea de răspundere a celulelor.

Tip 3 – acesta e un protocol avansat ce implementează “split transaction” pentru aplicațiile care au nevoie de banda larga ce rulează pe sisteme performante. Mărimea și ordinea pachetelor trimise nu trebuie să fie neapărat egală cu cea a pachetelor trimise.

Protocolul ST-bus poate fi mai ușor de înțeles dacă se face o organizare pe nivel ( Figura 2.1.).

Figura 2.1. Organizarea pe nivele

Fiecare operație este împărțită în una sau mai multe perechi cerere – răspuns. Operațiile primitive sunt compuse dintr-o singura pereche cerere – răspuns. În funcție de tipul protocolului ST-bus folosit, operațiile compuse pot conține mai multe perechi de pachete.

Aceste pachete sunt interpretate (mapped) de interfața fizica ca o serie de celule. Celulele cerute sunt asociate operației de cerere, iar celulele răspuns sunt asociate operației de răspuns (de trimitere).

Numărul de celule ce compun un pachet este determinat de cantitatea de date ce e transferată si de dimensiunea interfețelor. În funcție de tipul interfeței, cantitatea de informație transferată în faza de cerere e la fel pentru protocolul de tip 1, sau diferită în cazul protocolului de tip 3, de cantitatea de informație transferată în faza de răspuns.

2.4 Tipuri de conexiuni ST-bus

2.4.1 Configurația punct cu punct

În acest tip de configurație doar terminalele de rețea si un singur echipament terminal sunt active în orice moment pentru ambele sensuri de transmisie. SNIC este activat in modul punct-cu-punct prin setarea bitului de sincronizare (B4), al registrului de control al canalului C din terminalul de rețea, cu valoarea 1 binar. Acest bit va permite circuitului adaptiv de sincronizare să dea voie SNIC-ului să funcționeze cu bucla de întârziere de 10 pana la 42 μsec. Lungimea maximă de linie, este limitată de atenuarea semnalului și de întârzierea introdusa de câtre linie. (Figura 2.2.)

Figura 2.2. Configurația punct cu punct

2.4.2 Magistrala pasiva scurta (SHORT PASIVE BUS)

Această arhitectură este de tip punct-cu-multipunct, și permite mai multor echipamente terminale să comunice cu un singur terminal de rețea. Poziționarea echipamentelor în rețea nu este limitată de-a lungul întregii lungimi de cablu. Acest lucru determină terminalul de rețea să fie capabil să extragă datele provenite de la diferite surse ce ajung cu întârzieri variabile. Din acest motiv circuitul adaptiv de sincronizare, trebuie să fie dezactivat pentru ca receptorul să nu încerce să urmărească diferitele întârzieri. Circuitul poate fi dezactivat prin setarea bitului de sincronizare (B4) al registrului de control a canalului C din terminalul de rețea în poziția 0 binar. Întârzierile introduse de diferite surse, nu trebuie să depășească o perioada de bit.

Această întârziere împreună cu offsetul încorporat a doi biți, delimitează întârzierea maxima la 10μsec. Această restricție fixează distanta maxima de operare de la terminalul de rețea în limita de 100 pană la 200 metri, depinzând si de caracteristicile cablului. (Figura 2.3.)

Figura 2.3. Short pasive bus

2.4.3 Magistrala de canale pasivă extinsă

Această configurație este un compromis intre ultimule două arhitecturi prezentate (Figura 2.4.). Această configurație de cuplare se poate extinde pe o lungime de 500 de metri. Conceptul de realizare este de a limita întârzierile dintre echipamentele terminale pana la 2μsec. Acest lucru va restricționa poziționarea echipamentelor terminale la un cluster sau va grupa terminalele la celalalt capăt al cablului având diferite distante de la 0 pana la 50m.

Figura 2.4. Magistrala de canale pasivă extinsă

2.4.4 Configurația “Daisy Chain”

SNIC folosește primele patru canale ale ST-bus-ului.(Figura 2.5.) Pentru a simplifica distribuția șirurilor de date, SNIC prezintă un “frame pulse” întârziat pentru a elimina necesitatea folosirii unui circuit de atribuire a canalelor. Acest semnal este folosit pentru a activa dispozitive secundare din lanț. În acest tip de arhitectura, doar primele SNIC din lanț vor primi “frame puls”-ul sistemului , următoarele dispozitive vor recepționa ieșirea, “frame pulse”-ul întârziat a predecesorului .

Figura 2.5. Configurația “Daisy Chain”

2.4.5 Configurația tip stea (Star)

SNIC folosește eficient tehnica TDM dea lungul configurației tip stea (Figura 2.6.) Acest lucru se realizează prin folosirea în același timp, de câtre terminalele de rețea, a canalelor ST-bus. Pentru a realiza conexiuni tip stea se folosesc maxim opt SNIC în mod terminal de rețea, cu ST-bus-uri independente fizic ce pot fi conectate în paralel. Toate dispozitivele conectate la stea vor avea aceiași intrare, deci informația este transmisă simultan tuturor echipamentelor terminale.

Inima configurației tip stea este un cluster de terminale de rețea conectate între ele prin intermediul unui pin stea. Acest lucru va permite terminalelor de rețea sa aibă efect asupra oricărei configurații sub forma de bucla, cu excepția informațiilor ce se găsesc pe ST-bus, care vor fi reflectate la toate terminalele de rețea. Acest lucru implică faptul că informația transmisă de echipamentele terminale pe o ramură din configurația stea, va fi recepționată la toate terminalele de rețea, ca si cum ar fi toate conectate la același ST-bus fizic.

Figura 2.6. Configurația tip stea

2.5 Semnale STBus

Inițial când a apărut sistemul PCM de transport între centrale analogice sa definit un cadru format din 32 de sloturi, în care slotul 0 este rezervat pentru cuvântul de sincronizare de cablu, iar slotul 16 este rezervat pentru multicadrul de semnalizare. Cadrul PCM 30 este folosit doar în exteriorul centralei telefonice, în interiorul ei se folosește ST-bus-ul care e compus din cel puțin un circuit pe care pot fi multiplexate pana la 32 de convorbiri și încă 2 semnale auxiliare:

BC (Bit Clock)

FS (Frame Sincro)

ST-bus deși are același cadru de 32 de sloturi transportă un semnal digital sincron, pe când sistemul PCM 30 emite un semnal digital sincron care la recepție necesită refacerea tactului.

Figura 2.7. Semnale ST-bus

Utilizarea sloturilor este hotărâtă de proiectantul centralei. De exemplu există circuite integrate fabricate de THOMSON și folosite în centrale Alcatel, în care pe slotul 16 se face un transfer de date între procesorul centralei și circuitul CODEC.

ST-bus-ul este o magistrală serială sincronă de mare viteză pentru transportul informației într-o formă digitală. Utilizarea rețelei seriale minimizează suprafața circuitului imprimat necesar transferului de informație necesar între 2 module funcționale. Vor fii necesare mai puține linii, conexiuni și cabluri de legătura între placi în comparație cu sistemele care folosesc cai paralele. Aceste informații devin critice în sistemele care au un nivel înalt al fluxului de informații și cu multe comunicații simultane.

La nivel de circuit integrat beneficiile utilizării unei interfețe seriale sunt :

număr redus de pini,

scăderea puterii disipate,

creșterea fiabilității.

Semnalele necesare interfațării cu STBus-ul sunt :

“frame signal” pentru alinierea frame-urilor

semnal de ceas

fluxul de informație seriala

În funcție de aplicație, rata totală a fluxului de informație a ST-bus-ului poate fii: 2048, 4096, 8192Mbit/s. Acest flux de informații este împărțit în frame-uri, fiecare frame având o perioadă de 125μs (adică o frecventa de 8Khz), deci 8000 frame/s. Începutul fiecărui frame ST-bus este indicat printr-un “frame pulse”, fiecare frame la rândul său este împărțit într-un număr întreg de perioade, iar “bit timing-ul” este dat de câtre semnalul de ceas.

Acest flux de informații poate fi considerat un canal de informații între 2 puncte de mare viteză. Lățimea de bandă a acestui canal de mare viteză este împărțită în mai multe canale cu lățime de banda mai mică. Acest lucru face posibil împărțirea capacitații unui stream serial STBus în mai multe canale pentru a îmbunătățiri eficienta și economia sistemului. Această tehnică este numită TDM (Time Division Multiplexing).

Un exemplu de aplicație care cere lățime de bandă mică: transferul de voce printr-un canal digital pentru o aplicație de telecomunicație necesită o lățime de bandă de 64Kbit/s. Această valoare este obținută în modul următor: banda normală de voce în rețeaua de telefonie are limita superioara cuprinsa intre 3.5Khz – 4Khz. Vocea poate fi convertită în format digital prin luarea unui eșantion din semnalul analogic de voce și rezultând astfel un cod de 8 biți pentru fiecare eșantion. Un tip de codare des întâlnit se numește PCM (Pulse Code Modulation). Un eșantion PCM pe 8 biți mai conține pe lângă informația în sine și informație de polaritate si amplitudine.

Toată informația din semnalul original analogic poate fi extrasă din informația digitală dacă există suficiente eșantioane. Pentru a retine întreaga informație eșantionarea trebuie făcută cu o frecventă de cel puțin 2 ori mai mare decât cea mai mare frecventă conținută în semnalul ce urmează a fi eșantionat. În acest caz eșantionarea sa făcut cu o frecventa de 8Khz. 8000 eșantioane/s (fiecare eșantion conținând 8 biți de informație) reprezintă o rată de transfer de 64Kbit/s, adică lungimea de bandă necesară pentru transmiterea uzuală de voce prin rețeaua de telefonie publică.

De reținut e faptul că rata de eșantionare a vocii este echivalentă cu frame-rate-ul ST-bus-ului. De exemplu dacă un frame ST-bus cu rata de 2048Mbiti/s este împărțit în octeți, un frame ST-bus poate conține 32 de astfel de fragmente, echivalente cu 32 de eșantioane de voce codate PCM. Acestea corespund cu 32 de canale cu o lungime de bandă de 64Kbiti/sec, suficiente pentru 32 de canale simultane de voce.

Pentru cuplarea într-un singur stream ST-bus a mai multor surse de informații diferite este necesară folosirea buffer-elor “three state” (toate ieșirile în afara de una trebuie să fie high-z), astfel doar un singur dispozitiv folosește magistrala la un moment dat. Limita superioară a numărului de surse de informații ce pot fii cuplate este limitat superior de numărul de canale al ST-bus-ului. Accesul la un canal sau la mai multe canale este realizat prin raportarea la frame-pulse și în funcție de semnalul de ceas.

2.5.1 Semnale de ceas

ST-bus-ul folosește 4 semnale de ceas standard cu frecvente diferite. Fiecare dintre acestea pot fi folosite pentru furnizarea cerințelor de sincronizare ale componentelor STBus, dar numai una este folosită de o componentă la un moment dat (unele componente pot fi proiectate astfel încât să își selecteze automat frecvența de ceas la care să lucreze). Frecventele de ceas cele mai utilizate sunt: 16384Mhz, 8192Mhz, 4096Mhz si 2048Mhz. Frecvențe de ceas întotdeauna au valori duble față de rata de transfer a datelor (excepție făcându-se pentru 2048Mhz). Pentru dispozitivele care utilizează o rată de transfer de 2048Mbiti/s poate fi folosit un semnal de ceas cu frecvența de 2048Mhz cât și unul cu frecvența de 4096Mhz (ex. Figura 1.8. si Figura 1.9.).

Figura 2.8. Alinierea semnalului de ceas

Figura 2.9. Sincronizarea ST-bus-ului la 2.048Mbit/s

2.5.2 Semnale de aliniere

Există 2 tipuri principale de astfel de semnale, numite si “frame pulse”.

Unul dintre ele (numit “Type0”) este folosit întotdeauna la începutul unui frame (ex. Figura1). Componentele ST-bus care folosesc acest semnal îl utilizează ca referință și apoi intrarea de ceas pentru momentul când se transmite sau când se recepționează informația.Un alt tip de “frame pulse” (numit “Type1”) este similar cu semnalul Chip Enable. Acest puls trebuie să cuprindă întreg timpul de canal în care o componenta a ST-bus-ului transmite sau recepționează informații serial.( Figura 1.10. și Figura 1.11.)

Pentru o rată de date mai mare, semnalul Type0 este singurul recomandabil.

Figura 2.10. Sincronizarea ST-bus-ului la 2.048Mbit/s

Figura 2.11. Structura semnalului frame pulse

2.6 Frecvența tacturilor unui ST-bus

Frecvența de eșantionare este de 8Khz, iar frecventa de bit e de 8 x 8Khz = 64Khz fiind și frecventa semnalului Frame Sincro.

fST-bus = 32 x 64Khz = 2048Khz

Spre deosebire de un calculator în care transferul de date se face paralel în interiorul centralei, semnalul de convorbire este transferat serial pe un număr mare de bus-uri spatio-temporale. În centrale există și transferuri de date care se fac paralel, de obicei pe bus-uri de date de 8 biți, însă aceste transferuri se fac între procesorul centralei și integratele care manevrează semnalul și constau în comenzi și citiri de stări.

2.7 Fluxul de informație

Fluxul de informație este un flux serial în care informația este transmisă intre componentele ST-bus. Fluxul de informație poate proveni în întregime de la un singur dispozitiv, sau este compusă de la mai multe canale individuale ale mai multor dispozitive. Cele mai multe componente ST-bus pot transmite informații de stare și recepționa informații de control, la fel de bine cum pot primi sau recepționa informațiile necesare prelucrării.

În unele aplicații, stream-urile ST-bus trebuie să suporte operații bidirecționale pe un “time slot” de bază.

=== Cap3-circuite folosite ===

CAPITOLUL III

Circuite folosite în prelucrarea digitală a datelor

În acest capitol se prezintă pe scurt circuitele digitale folosite în telefonie: bistabile, numărătoare, registre, convertor paralel-serie și convertor serie-paralel. Se insistă pe aspectele tehnologice și nu pe prezentarea amănunțită a funcționării circuitelor.

3.1 Bistabile

Circuitul basculant bistabil de tip D este folosit foarte rar și numai în scheme cu componente discrete. În circuitele integrate se folosesc doar patru tipuri de circuite basculante bistabile cunoscute sub numele: latch, latch cu tact, D-latch și bistabil de tip JK.

Figura 3.1. Circuitul basculant (latch).

În figura 3.1 se prezintă circuitul basculant bistabil , care este cunoscut și sub numele Latch (în engleză latch înseamnă zăvor, lacăt, broască, etc.). Tot în figura 3.1 se prezintă diagrama de stări a circuitului basculant bistabil și un tabel de adevăr care explică funcționarea acestui circuit. Circuitul basculant latch este folosit în circuite care implementează logica de comandă și în construcția altor circuite basculante bistabile.

Funcționare. Circuitul basculant bistabil are două semnale de intrare notate și (notațiile provin de la termenii tehnici englezi set și reset care sunt folosiți cu sensul acționare și revenire). Un circuit basculant bistabil are două semnale de ieșire notate și . Circuitul funcționează corect dacă, în stare stabilă, . Din acest motiv combinația semnalelor de intrare: și este interzisă pentru că dă la ieșire și .

Circuitul basculant are două stări stabile și sau și . Aceste stări sunt stabile atâta timp cât și (în tabel pentru starea stabilă se folosesc notațiile și ). În diagrama de stări a circuitului sunt patru tranziții:

starea și este stabilă atâta timp cât ;

starea și este stabilă atâta timp cât ;

pe frontul căzător al semnalului are loc tranziția și dacă în prealabil bistabilul a fost în starea și ;

pe frontul căzător al semnalului are loc tranziția și dacă în prealabil bistabilul a fost în starea și .

Figura 3.2. Circuitul basculant cu tact.

În figura 3.2 se prezintă circuitul basculant bistabil latch cu tact (SR cu tact). Circuitul basculant bistabil SR cu tact este un element component al altor circuite basculante bistabile. Funcționarea circuitului poate fi înțeleasă din tabelul din figura 3.1 dacă se ține seama că și .

Figura 3.3. Circuitul basculant D-latch.

În figura 3.3 se prezintă schema circuitului basculant bistabil D-latch și simbolul folosit uzual pentru reprezentarea acestui circuit. Circuitul basculant D-latch este folosit pentru se memorarea unui semnal digital. De obicei bistabilele D-latch sunt organizate în registre de memorare.

Funcționare. Atâta timp cât bistabilul D-latch este “transparent” adică . Dacă bistabilul D-latch memorează semnalul din momentul începerii frontului căzător a semnalului . Se recomandă ca semnalul D să fie stabil (adică să nu aibă tranziții) înaintea și în timpul frontului căzător a semnalului C (tact). În cazul circuitului basculant D-latch combinația și nu poate apare.

Figura 3.4. Registru de memorare format din 8 bistabile.

În figura 3.4 se prezintă un registru de memorare de 8 biți construit cu bistabile D-latch. În timpul impulsului bistabile se încarcă cu semnalele de la intrările .

Figura 3.5. Circuitul basculant bistabil JK.

În figura 3.5 se prezintă schemele circuitului basculant bistabil JK și un tabel care explică funcționarea circuitului. Circuitul basculant bistabil JK este folosit în circuite care implementează logica de comandă, în numărătoare și în registre de deplasare.

Funcționare. Din figură se observă că circuitul basculant JK se compune din două bistabile latch cu tact. Primul bistabil poartă numele master (stăpân), iar al doilea este slave (sclav). Această denumire provine de la faptul că decizia privind starea bistabilului este luată de master în funcție de combinația de la intrările J și K, iar pe urmă conținutul bistabilului master este transferat în bistabilul slave. Bistabilul master este comandat de semnalul C iar bistabilul slave este comandat tot de semnalul C după ce este inversat de un inversor cu prag scăzut. În acest fel se obține tactul complet prezentat în figura 3.6.

Figura 3.6. Tactul complet al bistabilului JK.

Prin tact complet se înțelege un semnal de tact care are 4 faze:

bistabilul master este blocat iar bistabilul slave este deschis;

ambele bistabile sunt blocate,

bistabilul master este deschis iar bistabilul slave este blocat;

ambele bistabile sunt blocate.

Funcționare:

dacă J=0 și K=0, după trecerea fontului căzător al tactului circuitul basculant bistabil JK își păstrează starea inițială;

dacă J=1 și K=0, după trecerea fontului căzător al tactului circuitul basculant bistabil JK trece în starea și ;

dacă J=0 și K=1, după trecerea fontului căzător al tactului circuitul basculant bistabil JK trece în starea și ;

dacă J=1 și K=1, după trecerea fontului căzător al tactului circuitul basculant bistabil JK trece în starea complementară, adică și respectiv .

Cele două semnale de ieșire și sunt întotdeauna complementare (adică ) indiferent de combinația de la intrările J și K. Se recomandă ca semnalele de intrare J și K să fie stabile înaintea și în timpul frontului căzător a semnalului C (tact). În figura 3.5 se observă că bistabilul slave are două semnale directe de comandă notare și . Când este comandat direct de semnalele și , bistabilul slave funcționează la fel ca și bistabilul latch. Se recomandă ca semnalele și să fi active între tacte, adică înaintea și în timpul frontului căzător a semnalului C semnalele ele să fie și .

Atâta timp cât dacă J=1 și K=1 bistabilul JK-master-slave este o celulă de numărare binară.

3.2 Numărătoare binare

Mai multe bistabile care împreună îndeplinesc o funcție formează un registru. Numele unui registru desemnează funcția pe care o îndeplinește: registru de numărare, registru de deplasare, registru de memorare, etc.

Figura 3.7. Numărătorul asincron în baza 8.

În figura 3.7 se prezintă două variante de registru de numărare format din trei bistabile, deci registrul este un numărător în baza . Numărătorul are două semnale de comandă: tact (clock) pentru impulsurile care se numără și reset pentru aducere la zero a numărătorului. Pentru ca bistabilele , și să îndeplinească funcția de numărător binar intrările și trebuie conectate la nivelul logic 1 sau la tensiunea pozitivă de alimentare. Dacă numărătorul este încorporat într-un circuit integrat atunci intrările care sunt inutile nu mai sunt construite. Un circuit basculant bistabil de tip JK la care intrările și nu sunt folosite se numește circuit basculant bistabil de tip T.

În cazul circuitelor integrate TTL intrările și pot să fie neconectate pentru că o intrare neconectată este implicit în nivelul logic 1. În cazul circuitelor integrate CMOS sau în cazul utilizării unui program de analiză a circuitului intrările și trebuie conectate la nivelul logic 1.

Funcționare. Între două fronturi căzătoare succesive ale tactului valoarea din registrul de numărare din figura 3.6 este:

, (3.1)

unde . Bara de deasupra notației reset indică faptul că semnalul reset este activ pe nivelul logic 0 adică numărătorul este adus la valoarea pe frontul căzător al semnalului reset.

Fie al n-lea tact după frontul crescător al semnalului reset. După frontul căzător al următorului impuls de tact valoarea registrului de numărare este:

, (3.2)

unde operația mod 8 din indică faptul că rezultatul numărării este în clasa de resturi modulo 8.

Figura 3.8. Secvența de numărare a numărătorului binar asincron în baza 8.

În figura 3.8 se prezintă secvența de numărare a numărătorului binar asincron în baza 8. Se observă că, între frontul căzător al impulsului aplicat la intrarea C a bistabilului și între ieșirea Q a aceluiași bistabil există un decalaj notat . Pentru circuitele integrate TTL timpul de propagare , iar pentru la circuitele integrate CMOS din seria 40xx este de până la (v. catalogul RCA). Cu cât sunt mai multe celule de numărare, cu atât aceste decalaje se acumulează, creează un defazaj nedorit, care poate produce un impuls de tip “hazard” atunci când aceste semnale sunt prelucrate cu ajutorul unor porți logice.

În privința semnalelor reset și tact există o restricție: între frontul crescător al semnalului reset și frontul căzător al următorului impuls de tact este nevoie să fie un interval de timp de rezervă.

Figura 3.9. Numărătorul sincron în baza 8.

În figura 3.9 se prezintă schema numărătorului sincron cu bistabile jK-master-slave. Se observă că toate bistabilele au același tact deci comută sincron. Un bistabil din acest numărător își schimbă starea dacă toate bistabilele precedente sunt în starea . În cazul numărătorului din figura 3.9 nu există riscul apariției hazardului pentru că intervalele de timp , din figura 3.8, nu se mai acumulează.

3.3 Registre de deplasare

Mai multe bistabile de tip JK care sunt conectate în serie formează un registru de deplasare.

Figura 3.10. Registru de deplasare format din 8 bistabile.

Pentru exemplificare în figura 3.11 se prezintă schema registrului de deplasare, de patru biți.

Figura 3.11. Registrul de deplasare.

Registrul de deplasare se compune din 4 circuite JK. Semnalul mode precizează funcțiunea îndeplinită de circuitul integrat:

dacă mode = 0 se folosește intrarea și funcțiunea îndeplinită de circuit este de registru de deplasare de patru biți, adică cele patru circuite basculante bistabile sunt conectate în serie;

dacă mode = 1 se folosesc intrările , , și și funcțiunea îndeplinită de circuit este de registru de memorare. Adică cele patru circuite basculante bistabile sunt încărcate în paralel.

3.4 Convertorul paralel-serie

Un circuit în care se încarcă un cuvânt de cod de pe o magistrală paralelă și îl transmite pe o magistrală serială se numește convertor paralel-serie. Magistrala paralelă este similară cu cea folosită la sistemele cu microprocesor. În telefonie, se folosesc cuvinte de cod de 8 biți. Din acest motiv în figura 3.12 se prezintă un convertor paralel-serie de 8 biți.

Figura 3.12. Convertorul paralel-serie de 8 biți.

Convertorul paralel-serie din figura 3.12 este compus din trei blocuri: un registru de memorare format din 8 bistabile de tip D-latch cu ieșirile notate , un numărător în baza 8 format din 3 bistabile de tip T și un multiplexor cu 8 intrări și o ieșire de tip TSL (TSL = tree state logic) notată . Convertorul paralel-serie are patru semnale de comandă: încărcare (load), inițializare (reset), tact (clock) și En (enable).

Funcționare: Semnalele de comandă au următoarele roluri:

semnalul de încărcare (load) comandă transferul datelor de la liniile de intrare în registrul ;

semnalul de inițializare (reset) aduce numărătorul în starea , adică ;

pe frontul căzător al fiecărui tact valoarea numărătorului crește cu o unitate

semnalul En (enable) comandă ieșirea multiplexorului. Ieșirea poate avea stările 0 sau 1 dacă sau HZ (HZ = înaltă impedanță dacă ).

Cu notațiile explicate anterior, semnalul de ieșire este:

, (3.3)

Se pot concepe scheme de convertoare paralel-serie cu registre de deplasare, dar într-un circuit integrat schema din figura 3.10 este mai avantajoasă pentru că folosește mai puține porți logice decât schemele care folosesc registrele de deplasare pentru că numărul total de porți logice este mai mic.

3.5 Convertorul serie-paralel

Un circuit în care se încarcă un cuvânt de cod de pe o magistrală serială și îl transmite pe o magistrală paralelă se numește convertor serie-paralel.

Figura 3.13. Convertorul serie-paralel de 8 biți.

Convertorul serie-paralel din figura 3.13 este compus din patru blocuri: un numărător sincron în baza 8, un decodor cu intrările , , , , și și cu ieșirile , un registru de 7 bistabile de tip D-latch notate folosite pentru memorarea intermediară a datelor și un registru de memorare format din 8 bistabile de tip JK notate . Convertorul serie-paralel are o linie de intrare, pentru semnalul (date seriale), 8 linii de ieșire pentru semnalele , și două semnale de comandă: inițializare (reset) și tact (clock). Conversia serie-paralel durează timp de 8 tacte. În figura 3.13 semnalele de tact sunt notate .

Funcționare: succesiunea de operații pe care le face convertorul paralel-serie este comandată de numărătorul sincron. Aceste operații sunt:

după frontul căzător al semnalului reset bistabilul D-latch este deschis și semnalul este încărcat în bistabilul . După frontul căzător al primului impuls de tact bistabilul este închis și este deschis bistabilul ;

după fiecare dintre tactele câte un bistabil , este deschis și semnalul este încărcat în bistabilul respectiv;

după frontul căzător al tactului semnalele de ieșire ale bistabilelor intermediare sunt transferate în bistabilele , iar semnalul de intrare, , este încărcat în bistabilul . Din acest moment conversia serie-paralel și cuvântul de cod este disponibil la ieșirile .

Există două condiții care asigurară buna funcționare a convertorului paralel-serie: numărătorul trebuie să fie sincron pentru evitarea impulsurilor de tip hazard și semnalul de intrare trebuie să fie stabil în timpul frontului căzător al tactului. A doua condiție este îndeplinită dacă semnalul de intrare provine da la un circuit basculant bistabil JK comandat cu același tact.

=== Cap4 – realizare practica1 ===

CAPITOLUL IV

Realizarea practică

Tema proiectului constă în realizarea practică a unui generator de tact pentru un STBus de 10 sloturi, 640KHz. Schema bloc de realizare a acestui circuit este reprezentată în figura 4.1.

Figura 4.1. Schema bloc

4.1.Generatorul de tact

Generatorul de tact se compune din trei blocuri: un oscilator cu quartz de 16MHz si două numărătoare sincrone în bază 5 care divizează semnalul de 16MHz, rezultând un semnal cu frecventa de 640KHz. După primul divizor se obține un semnal cu o frecventa de 3.2MHz iar după al doilea divizor prin cinci se obține un semnal cu frecvența de 640KHz. Schema de principiu a generatorului de tact este prezentată în figura 4.2.

Prin intermediul celui de al doilea divizor se obțin și cele 2 semnale BC (bus clock) și BS (semnal de sincronizare).

Figura 4.2. Generatorul de tact

Divizoarele prin cinci sunt realizate din trei bistabile D și o poartă logică ȘI-NU. Diagrama de stări a divizorului prin 5 este prezentată în figura 4.3.

Figura 4.3. Diagrama de stări a divizorului prin cinci

Circuitele integrate folosite pentru realizarea practică a divizoarelor de frecvență sunt CDB474 ( contin două bistabile de tip D cu ieșiri complementare ) și CDB403 ( conține porți logice ȘI-NU).

Circuitul integrat CDB474 primește informații prin intermediul pinului D pe palierul crescător al semnalului de ceas de la oscilatorul cu quartz. Înainte de a ajunge la bistabil semnalul este trecut printr-o poartă logică ȘI-NU pentru a elimina frecvențele parazite, transmiterea impulsurilor având loc atunci când se depășește o anumită valoare limită. Declanșarea transmisiei de date pentru bistabilul D are loc la un anumit nivel al tensiunii și nu este corelat direct cu timpul de tranziție al semnalului de ceas. Datele de la intrare pot varia pe palierele de zero sau unu logic ale semnalului de ceas fără să afecteze valorile de la ieșire.

Semnalul bus-clock este un tren de impulsuri de 640KHz având factorul de umplere 2/5. Semnal obținut prin înmulțirea semnalelor Q6’ si Q5 care reprezintă semnalul de sincronizare (BS) are un factor de umplere de 1/5 si apare în pauza semnalului bus-clock. ( Figura 4.4.)

Figura 4.4. Semnalul de ceas (BC) și semnalul de sincronizare (BS)

4.2. Semnale de sincronizare ale magistralei spatio temporare

Proiectul realizează o magistrala spatio-temporara de 10 sloturi care are 2 semnale: frame-sincro (FS), cu frecventa de 8kHz și un semnal de ceas bus-clock (BC). Semnalele de sincronizare ale magistralei spatio-temporale sunt prezentate în figura 4.5.

Figura 4.5. Semnale de sincronizare ale magistralei spatio temporare

Schema de principiu a blocului de generare a semnalului frame-sincro este prezentată în figura 4.6.

Figura 4.6. Blocul de generare a semnalului frame – sincro

Semnalul frame-sincro este folosit pentru resetarea numărătoarelor din toate circuitele TSA (Time Slot Assigner) ale blocurilor conectate la magistrala spatio-temporală. Semnalul frame-sincro este generat de următoarele circuite:

Un divizor prin opt care primește semnalul de la ieșirea ultimului divizor prin cinci din blocul generatorului de tact pentru pinul de intrare A. Acest divizor este construit cu ajutorul circuitul integrat CDB493 care este un numărător și conține patru bistabile și porți adiționale care realizează împărțirea lungimii ciclului de numărare la cinci;

Un divizor prin 10 construit cu ajutorul circuitului integrat CDB490. Acest circuit integrat este asemănător cu CDB493, doar că este un numărător prin cinci. Pentru a realiza cu acest integrat un divizor prin zece am conectat intrarea A la ieșirea QD, iar intrarea impulsurilor de numărat, care vine de la ieșirea cea mai lentă a numărătorului anterior, se aplică pinului B al și vom obține astfel o undă împărțită la zece la ieșirea QA ;

Un circuit logic-combinational construit cu :

un circuit integrat CDB430 care reprezintă o poarta logică ȘI-NU cu 8 intrări din care sunt folosite doar cinci (Q5, Q6’, si ieșirile de la numărătorul CDB493 QB, Qc , QD ) cu următorul tabel de adevăr :

un circuit integrat CDB403 din care folosim doar o poarta logică ȘI-NU cu 2 intrări open colector;

CDB410 care conține trei porți logice ȘI-NU cu 3 intrări și prezintă următorul tabel de tranziții:

10 porți logice inversoare reprezentate de circuitele integrate CDB406 (open colector) și CDB 404.

Acest circuit logic este echivalent cu o poartă logică ȘI.

4.3 Circuitul TSA (Time Slot Assigsner) cu alocare programată

Circuitul are rolul de a identifica slotul pe care se face o operație de transfer serial de date. Circuitul TSA a fost introdus pentru a realiza două moduri de funcționare:

pentru testarea CNA-ului se transferă serial date pe slotul 8 într-un convertor serie-paralel iar semnalul este convertit analogic cu expansiune;

în funcționarea normală a cartelelor pe sloturile pare, se face conversie digital-analogică cu expansiune, iar pe sloturile impare se face conversie analog-digitală cu compresie.

Circuitul TSA este prezentat în figura 4.7.

Figura 4.7. Circuitul TSA

Circuitul integrat CDB4192 din schemă este un numărător sincron de 8 biți care numără în sens crescător (count up), și în sens descrescător (count down), prin intermediul unor comutatoare comandate manual. Aceste comutatoare comandate manual nu sunt conectate direct la integrat, semnalul fiind trecut prin bistabile realizate prin intermediul unor porți inversoare open colector.

Semnalul de la numărătorul CDB4192 este transmis câtre un afișaj electronic cu 8 digiți prin intermediul circuitului integrat CDB447, care reprezintă un decodificator BCD de șapte segmente. Integratul translatează un cod pe patru biți BCD intr-un cod hexazecimal. Afișajul va indica slotul pe care se emit semnalele.

Semnalele de ieșire de la numărătorul sincron CDB4192 vor fi comparate cu cele provenite de la circuitul integrat CDB490 din circuitul TSA de către comparatorul CDB485. Acest comparator realizează comparații a unor coduri binare sau BCD. Trei decizii supra cuvintelor de patru biți (A, B) sunt obținute la trei ieșiri ale integratului. Acest integrat poate fi extins și pentru cuvinte mai mari, fără a se folosi și porți externe.

Semnalul rezultat din comparator (ieșirea circuitului CDB485) va activa pinul de enable al multiplexorului CDB4151. Semnalele de la integratul CDB493 din circuitul TSA vor da multiplexorului datele de selecție, iar datele primite de la o tastatura manuală (figura 4.8.) vor reprezenta datele de intrare in multiplexor. Aceste date vor fi multiplexate iar la ieșire se va obține semnalul data bus. În funcție de valoarea semnalul strobe (enable) vom avea la ieșire următoarele situații:

dacă semnalul strobe va avea valoarea de unu logic ieșirea va avea valoarea de zero logic;

daca semnalul strobe va avea valoarea zero logic ieșirea va avea valoarea datelor de intrare în funcție de intrările de selecție.

Tastatura manuală va putea fi înlocuită cu un numărător, a cărui schemă este prezentată în figura 4.8. Acest numărător îl folosim pentru testarea convertorului numeric-analogic cu expandare.

Numărătorul va folosi semnalul de enable de la circuitul integrat CDB4151 și semnalul de tact care vine de la placa anterioară și va reda datele ce vor fi transmise către placa ce conține circuitul logic de conversie.

Figura 4.8. Tastatură

Figura 4.9. Numărător pe opt biți

Numărătorul este format dintr-un circuit integrat 74LS393 ce constă din două numărătoare de mare viteză. Fiecare jumătate a integratului funcționează ca un divizor binar modulo 16. Bistabilele sunt activate de o tranziție high-to-low a intrării CP. Deoarece apărea fenomenul de hazard sa introdus un integrat CDB424 din care folosim un bistabil JK pentru ca memorarea informației să aibă loc doar pe frontul crescător. Pentru porțile inversoare am folosit integratul CDB400.

4.5. Circuitul TSA cu alocare fixă

Semnalele ST-bus-ului , și vor fi folosite de următoarea plăcuță ce va realiza logica de conversie digital-analog și analog-digital și care necesită încă un bloc TSA ( figura 4.9. ) pentru ca transmisia datelor să aibă loc doar pe slotul opt.

Circuitul CDB4193 este un numărător crescător/descrescător sincron de patru biți care primește semnale de comandă pentru pinul ”count up” și semnalul FS pentru pinul ”clear”. Ieșirile Q0, Q1, Q2 sunt conectate cu intrările decodorului CDB442. La ieșirea decodorului ne va interesa doar semnalul de ieșire Y7 care ne va da semnalul de ceas pentru registrul de deplasare paralel (CP).

Circuitul CDB490 este un numărător asincron în baza zece prin conectarea intrării B la ieșirea QA și impulsurile de intrare de numărare ce provin de la ieșirea QC a numărătorul CDB4193 sunt aplicate intrării A. Semnalul de ceas este aplicat pinului R0 iar ieșirile sunt conectate la intrările celui de al doilea decodor CDB442, la care ne interesează ieșirea Y8, care reprezintă semnalul de ceas pentru registrul de deplasare paralel (CP).

Figura 4.10. Circuit TSA cu alocare fixă

=== Cap5 – Calcul Economic-ok ===

CAPITOLUL V

CALCULUL ECONOMIC

Costul de producție este o categorie economică legată de existența producției de mărfuri, de procesul de formare a valorii și de prețuri.

Calculul economic reprezintă un calcul foarte amănunțit al costului de producție al circuitului respectiv.

În sfera producției materiale, costul de producție este forma bănească a unui conținut ce reprezintă consumul de mijloace materiale și forță de muncă, necesare pentru producerea și desfacerea bunurilor materiale. El include tot ceea ce înseamnă cheltuială de producție suportată de întreprinzător pentru producerea și desfacerea bunului respectiv.

Între costul de producție și prețul de vânzare există deosebiri atât cantitative cât și calitative. Astfel prețul este mai mare decât costul de producție incluzând în plus și profitul. Deosebirea calitativă este că ,în timp ce prețul asigură mijloacele necesare producției lărgite, costul de producție asigură doar recuperarea cheltuielilor de producție.

Potrivit legislației în vigoare, în țara noastră costul de producție este împărțit în următoarele grupe de cheltuieli:

cheltuieli materiale (materii prime, energie, materiale si combustibili) Cmp.

cheltuieli directe cu munca vie (retribuții directe plătite muncitorilor, impozit pe fondul de retribuții directe Ifr, contribuții pentru asigurări sociale Cas).

Cdmv=Rd+Ifr+Cas;

contribuții la fondul de cercetări științifice;

impozite (pe clădiri);

fond pentru ajutor de șomaj, alte cheltuieli;

Elementele componente ale costului de producție se modifică de la o perioada de timp la alta sub influența factorilor externi si interni.

Mărimea costului de producție exprimă toate cheltuielile cu mijloacele de producție și plata salariilor, cheltuieli ce se efectuează pentru producerea și desfacerea bunurilor de materiale.

Reducerea costului de producție înseamnă micșorarea cheltuielilor pe unitatea de produs și este o necesitate obiectivă impusă de creșterea rentabilității, sporirea profitului și a productivității muncii.

Reducerea costului de producție atrage după sine creșterea calității produsului, realizarea unor specializări suplimentare.

Diminuarea costului de producție se poate face pe mai multe căi:

Prin reducerea costului materialelor;

Prin utilizarea eficientă a capitalului fix;

Prin creșterea productivității muncii;

Prin reducerea cheltuielilor administrativ-gospodărești;

La efectuarea calculului economic se poate ține cont și de o serie de costuri, cum ar fi:

Costul fix se referă la cheltuieli independente de volumul producției (chirii, amortizarea mașinilor, a clădirilor, etc.).

Costul variabil se modifică odată cu modificarea volumului de producție.

Costul marginal exprimă sporul de cheltuieli necesare pentru obținerea unei unități suplimentare de produs.

Costul cercetării științifice este dat de cheltuielile pentru cercetarea propriu-zisă și pentru aplicarea în practică a rezultatelor activității de cercetare proiectare în vederea realizării prototipului.

Costul tehnologic se caracterizează prin individualizarea cheltuielilor directe și a unei părți însemnate din cheltuielile indirecte, în special cu întreținerea și folosirea utilajelor.

Procesul de formare al costului de producție este dat de nivelul secției de cheltuielile directe la care se adaugă cheltuielile cu întreținerea și funcționarea utilajelor (CIFU), cheltuieli generale ale secției cu munca vie (CMDV), care sunt necesare în scopul asigurării necesităților de iluminare și încălzire, etc.

Cd – reprezintă cheltuieli directe la care se adaugă cheltuielile necesare pentru materii și materiale și cheltuielile directe cu munca vie, din care se scade costul materialelor refolosibile și recuperabile (C).

Cd=Cmp+Cdmv-C;

unde:

Cmp – cheltuieli directe cu materii prime și materiale;

Valoarea aparatului se calculează cu relația următoare:

I=Pa+Cm+Pc+Ct;

unde:

I=investiția, Pa=prețul circuitului, Cm=cheltuieli de montaj (asamblare), Ct=cheltuieli pentru transport.

În prețul circuitului intră: prețul pentru circuite integrate, pentru componente pasive, pentru cablajul imprimat, cheltuieli pentru probe, etc.

DETERMINAREA CHELTUIELILOR DE MONTAJ

Manopera

Manopera se calculeaza astfel:

M = 10% ● valoarea componentelor = 10% ● 720000 = 72000lei

Cheltuieli privind proiectarea

Cheltuieli proiectare: 0.6 $/h ● 20h = 12$ 350.000 lei

Impozitarea pe salarii

Impozitul pe salarii:

IS=25% ● M = 25% ● 72000 lei = 18000 lei

Ajutorul de somaj

Ajutorul de șomaj se calculează cu formula:

AS=5% ● M + IS = 5% ● 72000 lei + 18000 = 21600 lei

Cheltuieli pentru contributii la asigurari sociale

Contribuții la asigurări sociale:

CAS = 2% ● IS + AS + M = 2% ● 18000 + 21600 + 72000 = 94000 lei

Astfel se obține total preț:

Pt1 = I + IS + AS + M = 1080000 + 18000 + 21600 + 72000 = 1191000 lei

Cheltuieli indirecte

Cheltuielile indirecte reprezintă 17% din Pt1:

CI=17% ● Pt1 = 17% ● 1191000 lei = 203000 lei

Beneficiul

Beneficiul se calculează astfel:

B=5% ● (Pt1 + CI) = 5% ● (1191000 + 203000) = 70000 lei

Pret total Pt2

Pt2 = Pt1 + CI + B = 1465000 lei

T.V.A.

T.V.A = 19% ● Pt2 = 278000 lei

Preț total Pt2:

Pt3 = Pt2 +T.V.A.= 1744000 lei

Cheltuieli privind amortizarea:

, unde PA = prețul ansamblului, DU = durata de funcționare;

Cheltuieli pentru reparatii:

Crep=0,03 ● PA = 52300 lei

Deci s-a obținut un preț total de 1800000 lei. Aceasta reprezintă valoarea produsului realizat.