TEL222 Reporte HDB3

UNIVERSIDAD CATÓLICA SAN PABLO “

”

Carrera de Ingeniería de Telecomunicaciones

Taller 1: HDB3 Estudiantes:   

Chipana Fernández Diego Arturo Cruz Sanabria Oscar Gabriel Geisser Aguilar Johann Josué

Docente: Ing. Jose Campero Bustillos Materia: Sistemas de telefonía fija Fecha de presentación del taller: 15 de marzo de 2017 Fecha de presentación del informe: 17 de marzo de 2017 La Paz, Bolivia.

UNIVERSIDAD CATOLICA BOLIVIANA “SAN PABLO”

Sistemas de Telefonía Fija – TEL 222

Ingeniería en Telecomunicaciones Telecomunicaciones Semestre: I-2017

1. Introducción

HDB-3 es un código binario de telecomunicaciones basado en el código AMI usando una de sus características principales la cual es invertir la polaridad de los unos con el fin de eliminar la componente continua. El código HDB-3 consiste en sustituir secuencias de bits que provocan niveles de tensión constantes por otras que garantizan la anulación de la componente continua y la sincronización del receptor. La longitud de la secuencia queda inalterada, por lo que la velocidad de transmisión de datos es la misma; además el receptor debe ser capaz de reconocer estas secuencias de datos especiales.

2. Objetivos

El objetivo de esta práctica es diseñar un codificador tipo HDB-3 y realizar la implementación de su circuito con diferentes componentes electrónicos. 3. Diseño de las diferentes etapas del circuito.-

3.1 Generador de trama de 8 bits

Para el generador de trama de 8 bits se utilizó un par de dip switches de cuatro entradas cada uno (Figura 1). Estos dip switches se utilizan como generador de tramas, es decir, como generadores de 1 y 0, cada switch va conectado a una resistencia de protección.

1




Fig 1. Generador de tramas. 3.2 Codificador HDB3

Después se procedió a la programación del microcontrolador, para programarlo se utilizó el programa PICkit 2 v2.50. Para esto, se conectó el Pickit 2 al microcontrolador como se s e ve en la figura 2.

Fig 2. Conexión del microcontrolador al PIC kit 2 para la programación del mismo.

2




Fig 3. Conexión del microcontrolador en el circuito.

El código de programación es el siguiente: Declaración de Variables Generales:

Ciclo Repetitivo para 8 bits:

3




Finalmente, se tienen las compuertas y amplificadores operacionales, que conjuntamente con las resistencias, permiten amplificar la señal. Al primer amplificador llegará S2, por lo que se invertirá la señal mediante la siguiente función lógica: 2

Vo = 1 Vi = Vo = -Vi (1)

Fig 4. Inversión de la Señal.

4




El siguiente amplificador, recibe la señal S1 conjunta a la salida de la primera compuerta, por lo que se sumará la señal.

Fig 5. Suma de Ambas Señales.

El tercer amplificador es igual que el primero, por lo que vuelve a invertir la señal obtenida por la suma de S1 y S2.

Fig 6. Salida de la Señal.

Se conectarán las señales de entrada (S3) y la salida a los respectivos canales del osciloscopio.

4. Diagrama del circuito.-

Para la simulación del circuito, se utilizó la herramienta de simulación Proteus. 5




Fig 7. Diagrama general del circuito, simulado en Proteus.

Una vez realizada la simulación se procedió a la prueba en el mismo programa con un osciloscopio, la primera señal de color amarillo representa la señal de entrada generada por el dipswich, la segunda señal de color azul representa la señal de entrada procesada por el microcontrolador mostrándonos la parte negativa, la cuarta señal de color rosado al igual que a segunda señal fue procesada por el microcontrolador mostrándonos la parte positiva y fianlmente la cuarta señal de color verde representa la señal de salida HDB-3, se probó con una trama 10100000.

Fig 8. Prueba de la simulación. 6




5. Desarrollo del proyecto.-

Se utilizaron los siguientes materiales:          

Protoboard Cristal 20 [MHz] 8 Resistencias de 10 [k Ω] 6 Resistencia de 100 [k Ω] Pulsador 2 dip switch de 4 entradas cada uno 3 Amplificadores operacionales LM741 Microcontrolador 16F84A Fuente DC Osciloscopio

Para el armado del circuito, se realizaron todas las conexiones de la Figura 7. Se programó el microprocesador con el código mencionado anteriormente. Se utilizaron 8 resistencias de 10 [k Ω] Ω] reemplazando el RESPACK, para protección de las entradas del circuito. Es necesario recalcar que se utilizó un cristal de 20 [MHz], para la implementación del “clock” a una frecuencia de 1 [kHz]. Se conectaron los respectivos amplificadores operacionales y sus cargas, pues fueron de ayuda para sumar las señales y proteger al PIC para la amplificación de las mismas. Se implementó también, un pulsador “reset” para la visualización de los cambios en los pulsos, que se vayan a realizar manualmente.

Fig 9. Implementación física del circuito.

7




Una vez implementado el circuito en físico, se procedió a probarlo en el osciloscopio para una trama de 1110000:

Fig 10. Funcionamiento del código HDB3 en una determinada trama.

Se puede observar que el circuito funciona correctamente y se puede verificar el funcionamiento del codificador HDB3. 6. Especificaciones de los componentes y circuitos integrados usados.usad os.6.1 Cristal 20 [MHz]

Un oscilador de cristal es un oscilador electrónico que utiliza la resonancia de un cristal vibratorio para crear una señal eléctrica con una frecuencia precisa. Es utilizada para proporcionar una señal de reloj estable para circuitos integrados. 6.2 resistencias

Las resistencias son componentes electrónicos pasivos los cuales se encargan de disminuir la corriente que circula por el circuito. 6.3 Pulsador 8




El pulsador es un componente pasivo el cual se encarga de cortar y de permitir el flujo de corriente en un circuito. 6.4 Dip Switch

El dip switch tiene el mismo funcionamiento del pulsador, este se encarga de negar o permitir el flujo de corriente en un circuito. 6.5 Amplificador operacional

El amplificador operacional es un elemento de circuitos activo que realiza las operaciones matemáticas de suma, resta, multiplicación, división, diferenciación e integración. El amplificador operacional recibe una entrada analógica y la convierte en digital. 6.6 Microcontrolador PIC16F84A

Es un microcontrolador de 8 bits de la familia PIC familia PIC perteneciente perteneciente a la Gama Media (según (se gún la clasificación dada a los microcontroladores por la misma empresa fabricante) Microchip. fabricante) Microchip. Se trata de uno de los microcontroladores más populares del mercado actual, ideal para principiantes, debido a su arquitectura de 8 bits, bits, 18 pines, y un conjunto de instrucciones RISC instrucciones RISC muy amigable para memorizar y fácil de entender, internamente consta de: 











Memoria Flash de programa (1K x 14 bits). Memoria EEPROM Memoria EEPROM de datos (64 x 8 bits). Memoria RAM (68 registros x 8 bits). Un temporizador/contador (timer de 8 bits). Un divisor de frecuencia. Varios puertos de entrada-salida (13 pines en dos puertos, 5 pines el puerto A y 8 pines el puerto B).

En cuanto al funcionamiento, se tiene que, con el propósito de sincronizar el funcionamiento de los puertos de E/S con la organización interna del microcontrolador de 8 bits, ellos se agrupan, de manera similar a los registros, re gistros, en cinco puertos denotados con A, B, C, D y E. Todos ellos tienen las siguientes características en común: •

•

Por las razones prácticas, muchos pines de E/S son multifuncionales. Si un pin re aliza una de estas funciones, puede ser utilizado como pin de E/S de propósito general. Cada puerto tiene su propio registro de control de flujo, o sea el registro TRIS correspondiente: TRISA, TRISB, TRISC etc. lo que determina el comportamiento de bits del puerto, pero no determina su contenido.

9




Al poner a cero un bit del registro TRIS (pin=0), el pin correspondiente del puerto se configurará como una salida. De manera similar, al poner a uno un bit del registro TRIS (bit=1), el pin correspondiente del puerto se configurará como una entrada. Esta regla es fácil de recordar: 0 = Entrada 1 = Salida.

Fig 11. Funcionamiento del PIC16F84A. Puerto PORTA y registro TRISA

El puerto PORTA es un puerto bidireccional, de 8 bits de anchura. Los bits de los registros TRISA y ANSEL controlan los pines del PORTA. Todos los pines del PORTA se comportan como entradas/salidas digitales. Cinco de ellos pueden ser entradas analógicas (denotadas por AN):

Fig 12. Explicación de puertos y registros. 10




RA0 = AN0 (determinado por el bit ANS0 del registro ANSEL) RA1 = AN1 (determinado por el bit ANS1 del registro ANSEL) RA2 = AN2 (determinado por el bit ANS2 del registro ANSEL) RA3 = AN3 (determinado por el bit ANS3 del registro ANSEL) RA5 = AN4 (determinado por el bit ANS4 del registro ANSEL) Similar a que los bits del registro TRISA determinan cuáles pines serán configurados como entradas y cuáles serán configurados como salidas, los bits apropiados del registro ANSEL determinan si los pines serán configurados como entradas analógicas o entradas/salidas digitales. Cada bit de este puerto tiene una función adicional relacionada a algunas unidades periféricas integradas, que vamos a describir d escribir en los siguientes capítulos. Este capítulo cubre cubr e sólo la función adicional del pin RA0, puesto que está relacionado al puerto PORTA y a la unidad ULPWU.

Figura 13. Diagrama de conexiones PIC16F84A. 6.10 Osciloscopio

Un osciloscopio es un instrumento ins trumento de visualización electrónico para p ara la l a representación repr esentación gráfica de señales eléctricas que pueden variar en el tiempo. Es muy usado en electrónica en electrónica de señal, frecuentemente señal, frecuentemente junto a un analizador un analizador de espectro. 7. Observaciones y recomendaciones.-

Se llegaron a cumplir con los objetivos del taller, pues se llegó a diseñar un codificador HDB3 y a verificar su funcionamiento por medio de una trama de 8 bits, implementando estas funcionalidades en un circuito físico. Se llegó a utilizar un microprocesador que facilitó y redujo la implementación de varias operaciones; introduciendo las mismas, en un código corto y eficiente; sin embargo, se tienen las siguientes observaciones. El voltaje pico 11




a pico de la salida, debería haberse mantenido en 4[V], pero se redujo drásticamente a 228 [mV]; Se debería haber amplificado la señal con algún arreglo adecuado de transistores. Otra observación a tomar en cuenta, es que debería haber variación de polaridad en el voltaje, pues en el circuito no se tenían voltajes negativos; se debería haber empleado una fuente simétrica para la obtención de estos valores. Por último, se tiene que no existe simetría entre pulsos positivos y negativos a la hora de visualizarlos en el osciloscopio.

8. Respuestas al cuestionario.8.1 Investigar las características de HDB-3 y sus principales aplicaciones.

Sus características son las siguientes:  



 





Invertir la polaridad de los unos para eliminar la componente continua. Sustituye secuencias de bits que provocan niveles de tensión constantes por otras que garantizan la anulación de la componente continua y la sincronización del receptor. La longitud de la secuencia queda inalterada, por lo que la velocidad de transmisión de datos es la misma. Debe reunir un código de línea para codificar señales en banda base. Los códigos HDBN (High Density Bipolar) limitan el número de ceros consecutivos que se pueden transmitir. No admite más de 3 ceros consecutivos. con secutivos. Coloca un impulso (positivo o negativo) n egativo) en el lugar del 4º cero. El receptor tiene que interpretar este impulso como un cero. Para ello es preciso diferenciarlo de los impulsos normales que representan a los “uno s”.



El impulso del 4º cero se genera y transmite con la misma polaridad que la del impulso precedente. Se denomina por ello V “impulso de violación de polaridad”







(el receptor reconoce esta violación porque detecta 2 impulsos seguidos con la misma polaridad). Para mantener la componente de corriente continua con valor nulo, se han de transmitir alternativamente tantas violaciones positivas como negativas. Para mantener siempre alternada la polaridad de las violaciones V, es necesario en algunos casos insertar un impulso B “de relleno” (cuando la polaridad del impulso que precede a la violación V, no permite conseguir dicha alternancia). Si no se insertaran los impulsos B, las violaciones de polaridad V del 4º cero serían obligatoriamente del mismo signo.

La principal aplicación de HBD3 es que se utiliza en codificación de Banda Base y en los enlaces de E1 (2.048 Mbps). Se utiliza en transferencia de datos 12




8.2 Explique los métodos de medición de errores en transmisión digital por cable

Existen

multitud

de protocolos de protocolos de

detección

y

corrección

de

errores

(como

los v.42 los v.42 o MNP en los módems) los módems) que que establecen un conjunto de normas para sincronizar y ordenar las tramas de datos y definen procedimientos para determinar cuándo se ha producido un error y como deben corregirse. cor regirse. Sustitución de símbolos

Se diseñó para utilizarse cuando haya un ser humano en la terminal de recepción. Analiza los datos recibidos y toma decisiones sobre su integridad. En la sustitución de símbolos si se recibe un carácter presuntamente equivocado se sustituye por un carácter que exige al operador que lo vuelva a interpretar. Ejemplo: Si el mensaje “documento” tuviera un error en el primer carácter, se sustituye la "d" por "%" y se le muestra al operador el mensaje “%ocumento”. En este caso por contexto se

puede recuperar el contenido de ese carácter y es innecesaria la retransmisión pero si el mensaje fuera “&%,000.00” el operador no puede definir cuál es el carácter equivocado y

se pide la retransmisión del mensaje. Retransmisión

Cuando no se está operando en tiempo real puede ser útil pedir el reenvío íntegro de las tramas que se presumen erróneas o dañadas. Éste es posiblemente el método más seguro de corrección de errores aunque raramente es el método más eficiente. Es el caso por ejemplo del protocolo ARQ protocolo ARQ (Automatic Repeat-reQuest) donde el terminal que detecta un error de recepción pide la repetición automática de todo el mensaje. Si se usan mensajes cortos será menor la probabilidad de que haya una irregularidades en la transmisión pero sin embargo estos requieren mas reconocimientos y cambios de dirección de línea que los mensajes largos. Con los mensajes largos se necesita menos tiempo de cambio de línea, aunque aumenta la probabilidad de que haya un error de transmisión, respecto a los mensajes cortos.

13




Corrección de errores en sentido directo

Conocido también como FEC como FEC (forward error correction) y es el único esquema de corrección de errores que detecta y corrige los errores de transmisión en la recepción, sin pedir la retransmisión del mensaje enviado. En el sistema FEC se agregan bits al mensaje antes de transmitirlo. Uno de los códigos más difundidos para enviar mensajes es el código el código Hamming. Donde Hamming. Donde la cantidad de bits en este código depende de la cantidad de bits en el carácter de datos. Como se observe en la siguiente ecuación: 2^n>m+n+1 y 2^n=m+n+1 Donde: n = cantidad de bits de Hamming. m = cantidad de bits en el carácter de datos 8.3 ¿Cuál es el equivalente de relación señal/ruido analógica en los sistemas digitales?

En los sistemas digitales digitales de comunicaciones se utiliza la

tasa de errores (BER),

equivalente, en cierta medida a la relación señal a ruido. Cuando la señal recibida está contaminada con ruido Gaussiano blanco la tasa de error binaria puede determinarse analíticamente para sistemas sin codificación. Sin embargo, cuando adicionalmente hay interferencias y/o codificación para corrección de errores, la determinación analítica de la tasa de error es un problema complejo (y muchas veces imposible de resolver analíticamente), por lo cual se suele recurrir a simulaciones computacionales para evaluar el desempeño de los sistemas de transmisión. 9. Bibliografía.-

[1] Fundamentos de circuitos electrónicos – Charles Charles K. Alexander, Matthew N. O. Sadiku [2] http://docente.ucol.mx/al000408/public_html/HDB3.html [3] https://es.wikipedia.org/wiki/PIC16F84 [4] https://es.scribd.com/doc/207295233/B8ZS-y-HDB3 [5] [5]https://es.wikipedia.org/wiki/Correcci%C3%B3n_de_errores_en_transmisiones_digitale s [6] [6]http://www2.elo.utfsm.cl/~elo352/2010/Exp5/Medicion%20de%20Tasa%20de%20Error %20Binaria%20(BER).pdf 14

TEL222 Reporte HDB3

Recommend Documents