Sayısal Haberleşmeye Giriş

Ebat: px

Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "Sayısal Haberleşmeye Giriş"

Ece Ağa
8 yıl önce
İzleme sayısı:

1 Sayısal Haberleşmeye Giriş Karışık ve büyük sayısal sistem tasarımında, diğer cihazlardan sayısal bilgi alabilen bir cihaza sahip olmak çoğunlukla gereklidir. Sayısal bilginin bir avantajı, analog ortamda sembolleştirilen bilgi, iletilen ve hataları engellenen bilgilere karşı dirençli olmaya daha fazla meyillidir. Bu, sayısalkodlanmış bilgi, telefon bağlantılarının temizliği, yoğun ses diskleri, sayısal iletişim teknolojileri mühendislik topluluğunun en fazla ilgilediği ve üzerinde hesaplamalar yaptığı konulardır. İlginçtir, sayısal iletişim kendine has çok fazla farklı ve kıyaslanamayacak çeşitde eşsiz tuzaklara sahiptir. Düşüncemiz, bu bölümün sizlere sayısal iletişim ve onun avantajları, dezavantajları ve pratik uygulamaları hakkında temel ve aydınlatıcı bilgiler verecektir. Bir su deposunun seviye kademelerinin bilgisayar kontrollü bir şekilde görüntülemenin, bize çalışma prensiplerini verdiğini düşünelim. Bizim görevimiz depo içindeki suyun seviyesini ölçen ve bu bilgiyi uzağa gönderen bir sistem tasarlamaktır, böylece diğer insanlar bu bilgiyi görüntüleyebilir. Depo seviyesini ölçmek oldukça basittir, sıvıda hareket eden anahtarlarla, basınç ileteçleriyle, ultrasonik seviye belirleyicilerle, kondansatör uçlarıyla, gerilim ölçerler, veya radar seviye belirleyicileri gibi fazla sayıdaki farklı cihazla bu işlem yerine getirilebilinir. Aşağıdaki bu tasarımın avantajı, 4-20 ma çıkış sinyali ile analog seviye-ölçen bir cihaz kullanacak olmamızdır. 4 ma deponun 0% seviyesidir, 20 ma deponun 100% seviyesidir, ve 4 20 ma arasındaki herhangi bir değer deponun orantılı olarak 0% ve 100% arasında bir değer alacağını gösterir. Eğer isteseydik, 4-20 ma analog akımını en basit şekilde, bilgisayar kontrollü görüntüleme bölgesine, bir çift kablo ile hangi birimde ölçmek istiyorsak, depodaki suyun derinliğini yansıtan ve ayarlanan ölçerle gönderebilirdik. Bu analog iletişim sistemi basit ve güçlü olacaktır ve bir çok uygulamada, ihtiyaçlarımızı mükemmel bir şekilde giderebilecektik. Fakat bu, görevi yerine getirebilmek için tek yol değildir. Sayısal tekniklerin keşfinin amaçları için, analog metot en kolayı olarak tanımlansa bile bu hipotezde deponun görüntülenmesi metotlarından birinin keşfedeceğiz.

Bu, sayısalkodlanmış bilgi, telefon bağlantılarının temizliği, yoğun ses diskleri, sayısal iletişim teknolojileri mühendislik topluluğunun en fazla ilgilediği ve üzerinde hesaplamalar yaptığı

2 Bir analog sistem, kolay olduğu kadar, sınırlamaları da vardır. Bu sorunlardan bir tanesi analog sinyallerin girişim yapmasıdır. Devrede DC akım büyüklüğü ile sembolleştirilen su deposunu seviyesi için, su seviyesindeki değişim gibi sinyaldeki her bir gürültü engellenecektir. Durgun 50% depo seviyesi için akım sinyalinin zamana bağlı grafiği gürültüsüz bir ortamda aşağıdaki gibidir: Bu devrenin kabloları 60Hz AC güç taşıyan kablolara yaklaştırıldığında, örneğin, depolanabilir, kapasitif eşleştirmeler yanlış "gürültü" sinyali olarak DC devresinin aksine tanımlanır ma döngüsünün (tipik olarak, 250 ohm) düşük empedansının anlamı anlamlı bir şekilde depolanan küçük gürültü voltajları ( güç kablolarıyla kapasitif/depolanabilir eşleştirmelerin verimsizliği azalır) olmasına rağmen, bu gürültü ölçüm sorunları oluşturabilecek kadar önemlidir: Yukarıdaki örnek biraz abartılmıştır, fakat yapı temiz olmalıdır:ölçülen nicelikler değiştikçe analog ölçümlerde tanımlanan elektriksel gürültüler engellenecektir. Bu problemi halletmenin bir yolu analog sinyal yerine sayısal sinyal ile depodaki su seviyesini sembolleştirmektir. Deponun farklı yüksekliklerinde su seviyesinin belirli noktalarına tutturulmuş anahtarlarla analog iletim (transmitter) cihazını kabaca yerleştirerek bunu yapabiliriz:

Durgun 50% depo seviyesi için akım sinyalinin zamana bağlı grafiği gürültüsüz bir ortamda aşağıdaki gibidir: Bu devrenin kabloları 60Hz AC güç taşıyan kablolara yaklaştırıldığında, örneğin,

3 Her bir anahtar görüntüleme bölgesinde panele tutturulmuş eşsiz lambalara akım göndererek devreye yakın bir yere bağlanır. Her bir anahtar kapatıldığında, ilgili lamba yanar, ve panele bakıldığında 5-lamba ile sunulmuş depo seviyesini görecektir. Böylece her lamba devresi, bu yapısında sayısaldır-- hem 100% çalışır(on), hem de 100% çalışmaz(off)-- çalışma süresince diğer kabloların elektriksel girişimi analog sinyal durumunda görüntüleme sonunda ölçümün doğruluğunda daha az etkilidir. Girişimin büyük bir bölümü "on" sinyalini engelleyip "off" sinyaline sebep olmayı gerektirir veya tam tersi. Elektriksel girişimle ilgili direnç analog tan fazla sayısal iletişimin bütün çeşitlerinde hoş bir yarar sağlar. Sayısal sinyallerin "gürültü" tarafından oluşan hatalara karşı daha fazla dayanıklı olduğunu biliyoruz, hadi depo seviyesinin ölçümü sistemini geliştirelim. Örneğin, Su seviyesini daha kesin belirleyebilmek için daha fazla anahtar ekleyerek depo ölçüm sisteminin çözünürlüğünü arttırabilirdik. Depo yüksekliği boyunca 5 yerine 16 anahtar yerleştirdiğimizi düşünelim. Bu ölçüm çözünürlülüğümüzü anlamlı derecede geliştirecek, fakat görüntüleme gölgesi ile depo arasında esnek kabloların gereksinimi ile niteliğin çok fazla artması maliyetini de arttıracaktır. Uygulama maliyetini indirmenin bir yolu aynı bilgiyi sunan ikili sayıyı işleyen ve 16 anahtarı kapsayan öncelikli kodlayıcı kullanmaktır:

Böylece her lamba devresi, bu yapısında sayısaldır-- hem 100% çalışır(on), hem de 100% çalışmaz(off)-- çalışma süresince diğer kabloların elektriksel girişimi analog sinyal durumunda görüntüleme

4 Şimdi, 16 kablonun yerine sadece 4 kablo bilgiyi iletir (toprak ve güç kablolarını dahil edilmiştir). Görüntüleme bölgesinde, 4-bitlik ikili datayı kabul eden ve bir kişinin görebilmesi için okumasıkolay gösterme işlemini yapan görüntüleme cihazlarına ihtiyaç duyarız. 16 çıkış lambalarından birini yakan ve girişinde, 4-bitlik datayı kabul eden bir şifre çözücü bu amaç için kullanılabilir, veya sayısal dijit göstericinin bazı çeşitlerini çalıştıran 4-bitlik şifre çözücü/sürücü devresi kullanabilinir. Hala, 1/16 depo yüksekliği çözünürlüğü uygulamamız için yeteri kadar iyi değildir. Su seviyesini daha iyi çözebilmek için, ikili çıkışımızda daha fazla bite ihtiyacımız vardır.daha fazla anahtar ekleyebilirdik, fakat bu hızlı olmasından ziyade kolayda olmaz. Kesikli seviye anahtarlarının kullanımındansa daha fazla bitli orijinal analog ileticimizi depoya tekrar monte etmek ve 4-20 ma lik analog çıkışını elektronik olarak ikili sayıya dönüştürmek daha iyi bir fikirdir. Görüntüleme bölgesinden depoya gelinceye kadar olan uzun kablo boyunca elektriksel gürültüyü engellemeye çalıştığımız için, A/D dönüşümü depoda ("temiz" 4-20 ma sinyaline sahip olduğumuz yer) olur. Analog sinyali sayısala dönüştürmek için bir çok farklı metot vardır, fakat bu tekniklerin derinlemesine tartışılmasını atlayıp sayısal sinyal iletişimi üzerine konsantre olacağız. Depolama cihazlarından görüntüleme cihazlarına gönderilen sayısal bilginin çeşidi paralel sayısal data olarak atfedilir. Bu, her ikili bitin kendi kablosu boyunca iletilmesi, böylece bütün bitlerin kendi bölgelerine anında ulaşmalarıdır. Görüntüleme bölgesine bilginin iletilmesi, bir bit için en az bir kablo kullanılmasını gerektirdiği gayet açıktır. ikili datayı tek kanal boyunca göndermek(tek kablo+toprak) bizim kablo kullanımı ihtiyacımızı azaltabilir, böylece her bir bit bir zamanda biriyle iletişim yapar. Bu çeşit bilgi seri sayısal data olarak adlandırılır. A/D dönüştürücüsünden (depo ileticisinde) paralel data alıp onu seri dataya çevirmek için Multiplexor(aynı anda tek kanalda birden fazla sinyali geçiren cihaz) veya kaydıran yazmaç kullanabilirdik. Alma sonunda(görüntüleme bölgesinde) seri datayı paralel dataya tekrar dönüştürerek görüntüleme devresinde kullanmak için demultiplexer veya diğer bir kaydıran yazmaç kullanabilirdik. A/D dönüştürücüsü gibi mux/demux ların veya kaydıran yazmaç çiftlerinin nasıl kurulduğunun kesin detayları ayrı bir ders konusudur. Kuşkusuz, UART(Uluslararası farklı zamanlı

16 çıkış lambalarından birini yakan ve girişinde, 4-bitlik datayı kabul eden bir şifre çözücü bu amaç için kullanılabilir, veya sayısal dijit göstericinin bazı çeşitlerini çalıştıran 4-bitlik şifre

5 alıcılar-ileticiler)lar olarak adlandırılan tasarımcıların hayatlarını kolaylaştıran ve ayrıntılarını kendilerinin elde ettiği sayısal IC çipler vardır. Depodan görüntüleme bölgesine sayısal bilgi nasıl iletilir, şimdi, elimizdeki bu konuya dikkatimizi toplamaya devam etmeliyiz.

Benzer belgeler

ADC Devrelerinde Pratik Düşünceler

ADC Devrelerinde Pratik Düşünceler ADC nin belki de en önemli örneği çözünürlüğüdür. Çözünürlük dönüştürücü tarafından elde edilen ikili bitlerin sayısıdır. Çünkü ADC devreleri birçok kesikli adımdan birinin