模拟通信（精选10篇）
模拟通信 篇1
主程序是基于单文档建立起来的, 消息始终贯穿于整个程序中。数据的变化, 控制量的变化均是通过消息的通知来实现的。消息是VC++的精髓, 消息的驱动能产生神奇的效果。当程序由待机状态进入主菜单时, 程序创建主菜单CEntry类, 这时m_p Active Wnd将被设置为CEntry类的对象地址, 这样“手机键盘”产生的消息将由CEntry类来处理。当选择了主菜单的某一项时, CEntry类将向其父窗口CMob View回送一个自定义消息WM_FLAG以通知父窗口要创建新窗口了 (::Post Message (this->Get Parent () ->m_h Wnd, WM_FLAG, m_n Current Sel+1, 0) ;) , 在WM_FLAG的处理函数中我们将创建新的窗口:
CMo b View类中有个变量CWnd的指针类型变量m_p Before Wnd, 子窗口中也有指针类型变量m_p Before。它的作用主要体现在从子窗口的返回过程中。在创建新的子窗口前先将当前活动窗口地址保存至子窗口的变量m_p Before。子窗口创建后, “手机键盘”产生的消息都传送到子窗口中去。也就是说负责“返回”操作的右软键, 所产生的消息由子窗口来处理。所以原窗口的显示, 子窗口的销毁, 都应该在子窗口中处理。这样我们就可以这样来做:
我们把保存在子窗口中的原来的活动窗口重新传给父窗口的m_p Active Wnd, 然后子窗口再销毁自己。这样, 我们就成功地实现了窗口的返回。
函数Receive Message用于接收消息, 处理接收到的消息数据。在本程序中, 每次收到消息后, 都将其存入数据库中。CMessage显示短信数据时, 将从数据库中读取相应数据。其定义如下:
在该函数中, Send所发送的消息为全局变量字符串m_str My Mess, 它是在CMessage中被赋值的:
m_str My Mess=m_str My Num+m_str To Num+m_str Len+m_str Time+m_str My Mess;其中有本手机号, 对方手机号, 消息发送时间, 编辑框中编辑的消息。
当客户端收到消息时, 将消息存入数据库表“短信”中。当客户端连接服务器成功后, 通过查询字段Tele Num To, 来判断消息是否是自己的。如果是便可在“收件箱”中得以显示了。
参考文献
[1]王育坚.《Visual C++面向对象编程教程》.清华大学出版社, 2003年.
[2]梁肇新.《编程高手箴言》.电子工业出版社, 2004年.
[3]飞思科技.《精通MFC》.电子工业出版社, 2003年.
[4]George Shepherd, Scot Wingo.《深入解析MFC》.中国电力出版社, 2003年.
[5]张海藩.《软件工程导论》, 清华大学出版社, 2003年.
模拟通信 篇2
1． 以下哪个网络拓扑不属于局域网拓扑结构（d）
a． 总线型网络
b． 星型网络
c． 环形网络
d． 网状网络
2． 请分别画出总线型网络和星型网络的网络拓扑图。
3．请分别画出总线型网络和星型网络的网络拓扑图，并说出各自的特点。
答：总线型网络特点：所有节点共享一条共用的通信线路，结构简单，局域网实现费用低廉，常用同轴电缆作为传输媒介，但网络稳定性较差，总线上任何一点的故障，将会破坏网络上所有节点的通信。
星型网络特点：每个节点都要经过中央集线器收发数据。网络的灵活性和扩展性好，在集线器上增加或去除节点都无需中断网络，集线器上的各支路相互独立，易于故障查找和线路修改，网络易于扩展。
4． 局域网的传输介质通常有（同轴电缆）、（双绞线）、（光纤）、（无线）四种。
5． 以下哪种电缆由内层铜芯和导电的外屏蔽层所组成。(b)
a.双绞线
b.同轴电缆
c.光纤 d.屏蔽双绞线
6． 以太网数据包的最大长度为（c）
a.1500
b.1514
c.1518
d.1460
7． 以太网采用的介质访问控制方法是（CSMA/CD）
8．（d）是历史上第一个网络。
a.CSNET
b.CERNET
c.ANSNET
d.ARPANET
9．（a）是当前因特网使用的协议。
a.TCP/IP
b.NCP
c.UNIX
d.IPX
10．129.34.2.8为（b）类地址。
a.A类
b.B类
c.C类
d.D类
11．一台主机地址ip地址为210.58.1.10，掩码为255.255.255.0，该网络的网络地址为（b）
a．210.58.1.10
b．210.58.1.0
c．210.58.0.0 d.210.58.1.255
12．掩码255.255.255.248可以使每个子网有（c）个主机地址（包含特殊地址）。
a.3 b.7 c.8
d.248
13．某公司获得的IP地址段为192.168.1.0/25，下有3个局域网，通过路由器与总部互连，如下图所示，每个局域网需要接入30台主机，请规划局域网和互连地址段（并写出各地址段的子网掩码）。
答：192.168.1.0/25共有128个IP地址，每个局域网规划32个IP，因此将该IP地址段划为4个网段，即192.168.1.0—31（掩码255.255.255.224），192.168.1.32—63，192.168.1.64—95，192.168.1.96—127。其中的三个网段作为局域网网段，剩下一个网段在划分为多个小的网段作为路由器的互连地址，如最后一个网段作为互连地址段，则192.168.1.96—99（掩码为255.255.255.252），192.168.1.100—103，192.168.1.104—107可以作为路由器之间的互连地址。14．Tcp/IP协议模型共分为四层，下列（d）不属于该协议模型：
a.应用层
b.传输层
c.网络接口层
d.会话层
15．简述TCP协议和UDP的区别。
答：TCP协议是面向连接的，每个数据包的传输过程是：先建立链路、数据传输、然后清除链路。数据包不包含目的地址。受端和发端不但顺序一致，而且内容相同。它的可靠性高，UDP协议是面向无连接的，每个数据包都有完整的源、目的地址及分组编号，各自在网络中独立传输，传输中不管其顺序，数据到达收端后再进行排序组装，遇有丢失、差错和失序等情况，通过请求重发来解决。它的效率比较高。
16．在OSI参考模型中，属于传输层的协议是（c）：
a.TELNET
b.SNMP
c.TCP
d.ICMP
17．OSI七层模型由（物理层）、（数据链路层）、（网络层）、（传输层）、（会话层）、（表示层）和（应用层）组成。
18．Inetnet路由协议多种多样，从大的方面分，有（静态路由）和（动态路由）两种。
19．路由器工作在OSI模型的（a）
a． 网络层
b． 传输层
c． 应用层
d． 物理层
20．局域网HUB工作在OSI模型的（b）
a.网络层
b.数据链路层
c.物理层
d.应用层
21．下列哪个协议不是Internet动态路由协议（d）
a.RIP
b.OSPF
c.BGP4
d.ARP
22．范围从62.8.0.0到62.8.255.255的地址，子网掩码为（255.255.0.0）
23．在正常的路由器转发IP数据包的过程中，路由器根据IP数据包的（b）转发。
a.目的IP地址
b.源IP地址
c.源IP地址和目的IP地址
d.源MAC地址和目的MAC地址
24．IP负责（）的通信，而TcP负责（）的通信 选择：a
a.主机到主机；进程到进程
b.进程到进程；主机到主机
c.进程到进程；网络到网络
d.网络到网络；进程到进程
25．（a）是一个动态映射协议，它能从一个给定的IP地址找出MAC地址
a.ARP
b.RARP
c.ICMP
d.以上都不是
26．简述TCP协议连接建立的过程
答： 1）服务器端应用程序在某TCP端口监听，客户端向服务器端发送带SYN标志的TCP包，客户端处于SYN_SENT状态。
2）服务器端收到该SYN包，从监听状态转换为SYN_RCVD状态，并向客户端发送带ACK和SYN标志的TCP包。
3）客户端收到服务器端发来的ACK+SYN包，客户端状态转换为ESTABLISHED，并向服务器端发一个带ACK标志的确认包。
4）服务器端收到客户端的ACK包后，也转换到ESTABLISHED状态，于是，一个完整的TCP连接建立过程结束。
27．在Internet域名解析中，通过域名查找相应的IP地址，叫做（正向解析）；通过IP地址查找对应的域名，叫做（逆向解析）。
28．一个网络设备的IP地址是190.1.2.3，它的子网号是什么？（d）
a.190.1.2.0
b.190.1.2.128
c.190.1.2.192
d.回答这个问题的信息还不够
29．IP地址98.0.46.201的默认掩码是以下的哪一个？（a）
a.255.0.0.0
b.255.255.0.0
c.255.255.255.0
d.255.255.255.252 30．由16个C类地址组成的超网的超网掩码是（d）
a.255.255.240.16
b.255.255.16.0
c.255.255.248.0
d.255.255.240.0
第四章（上）理论部分试题
一、填空题
1、常用的局域网拓扑结构类型有：总线型网络、星型网络、环型网络、树型网络、簇型网络。（初、中、高）
2、局域网系统由硬件系统、软件系统组成。（初、中）
3、IEEE对局域网的协议模型中数据链路层分介质存取控制子层（MAC）、逻辑链路控制子层（LLC）。
4、以太网协议IEEE802.3，以太网采用的介质访问控制方法是CSMA/CD。
5、任何一个IP（V4）地址共32位二进制数组成，分为网络标识和主机标识两部分。
6、C类IP地址为202.102.11.3/24,其掩码为：255.255.255.0
7、TCP/IP协议的四层模型从低到高为：网络接口层、网间网层、传输层、应用层。
8、TCP、UDP协议属于TCP/IP协议的四层模型中的传输层、IP协议属于TCP/IP协议的四层模型中的传输层、ICMP协议属于TCP/IP协议的四层模型中的网间网层。
9、路由器的两大基本功能：路由寻址、数据转发
10、INTERNET路由协议一般分为静态路由协议、动态路由协议两种。
二、问答题
1、局域网传输介质分几种？其主要区别是什么？（中、高）
答：同轴电缆、双绞线、光纤、无线。
同轴电缆：传输速率高，抗干扰能力强，成本较低，安装方便，传输距离长。网络维护、改造复杂。
双绞线：传输速率高，成本较低，网络维护、改造方便，抗干扰能力差，传输距离短。
光纤：传输速率高，抗干扰能力强，成本较高。
无线：主要用于不适宜架设线路的局域网区域。
2、描述常用的A、B、C三类IP地址的区别？ 答：A类：前8bit是网络地址，并且第一位为0。
B类：前16bit是网络地址，并且第两位为10。
C类：前24bit是网络地址，并且第三位为110。
3、回送地址是什么？广播地址是什么？
答：loopback(回送)地址是：127.*.*.*,用于软件测试及
本地设备进程间通信，一旦使用回送地址发送数据，协议
软件立即将数据返回，不进行网络传输。
广播地址是向该网络或子网的每台主机发送同样的
报文，特征：IP地址的主机标识位全为1。
1.一般L A N连接的速度低于WA N连接。
a.正确
b.错误
答案：b
2.下面哪个选项是电路交换技术？
a.帧中继
b.ISDN
c.X.25
d.模拟电话
答案 b,d
3.哪种WA N连接最容易配置和管理？
a.分组交换网络（帧中继，X.2 5）b.电路交换网络（ISDN BRI 或P R I）
c.专用串行线路（T 1 / T 3）
答案 c
4.ISDN线路上的B信道有何作用？
a.建立、拆卸呼叫
b.只用于数据传送
c.a和b都对
答案 b
5.分组交换网络操作在O S I模型的哪一层上？
a.只在物理层
b.只在数据链路层
c.只在网络层
d.a和b
e.a、b和c
答案 e
6.在异步连接中可使用哪种WA N封装？
a.SLIP
b.PPP
c.HDLC
d.帧中继
答案 a b
7.请划出下列信息格式分别对应于OSI参考模型的哪一层？ 应用层
表示层
帧（Frame）会话层
数据报（Package）传输层
段（Segment）网络层
数据链路层
物理层
答案：
帧（数据链路层）
数据报（网络层）
段（传输层）
8.下列哪一个CISCO 路由器上OSPF配置语句是正确的?
A.interface ethernet 0
ip address 10.1.3.2 255.255.255.0!
interface Ethernet 1
IP address 10.1.2.2 255.255.255.0!
router ospf
network 10.1.2.2 0.0.0.0 area 0
network 10.2.3.2 0.0.0.0 area 0
B.interface ethernet 0 IP address 10.1.3.2 255.255.255.0!
interface ethernet 1
IP address 10.1.2.2 255.255.255.0!
router ospf network 10.2.3.2 0.0.0.0 area 0
router ospf network 10.1.2.2 0.0.0.0 area 0
C.interface ethernet 0
IP address 10.1.3.2 255.255.255.0
router ospf 100!
interface Ethernet 1
IP address 10.1.2.2 255.255.255.0
router ospf 100
D.interface ethernet 0
ip address 10.1.3.2 255.255.255.0!
interface ethernet 1
ip address 10.1.2.2 255.255.255.0!
router ospf 100
network 10.1.2.2 0.0.0.0 area 0 network 10.1.3.2 0.0.0.0 area 0
答案: D ．下列关于LOOPBACK interface的说法是正确的？
A.loopback interface 是CISCO路由器上缺省端口
B.loopback interface 一个永远不会DOWN的逻辑端口
C.loopback interface 是一个做自环测试的端口
D.loopback interface 是对端使用LOOPBACK命令测试链路后本端的端口状态
答案:B
10.网络中交换的依据是什么？请简述L3交换的基本原理。
答：交换是数据从设备的输入端口转送道输出端口的过程，网络交换的依据是已经建立好的转发表，L3交换的基本原理：中继节点从输入端口接收一个数据帧，从中找出所包含的网络层报文，进一步分析网络层报文，从中找到终点地址并根据路由表（转发表）确定输出端口，最后将这个报文转送道输出端口
11.给出IPV6地址3FFE:0:0:CD7::/60的全部内容。
答案: 3FFE:0000:0000:0CD7:0000:0000:0000:0000
12．请根据每个网络的计算数量为其分配适当数量的IP地址，可用IP地址空间为172.16.0.0/16，要求地址的分配方案能够尽量支持路由聚类。
答案
N1 172.16.24.0/23
N2 172.16.26.0/24
N3 172.16.16.0/22
N4 172.16.20.0/22 N5 172.16.0.0/20
13.LCP,作为PPP的一部分，主要是用于协商下列哪3个功能？
A, callback
B, IP address
C, 纠错（error correction）
D, 认证类型（authentication type）
E, 链路序列
答案: A,C,D
14．下列协议哪个不是面向连接的？
a.使用ARP的TCP
b.使用SYN的TCP
c.TCP/IP 的IP协议
d.Novell NCP, RIP, SAP, 和GNS
e.AppleTalk RTMP, ZIP, NBP 和 ATP
答案:C
15．主机想要在TCP连接中发起一个会话或者确认她已经受到一个起始请求。它应该发送什么数据包？
a.SYN 包
b.ARP 包
c.同步包
d.TCP ACK
e.ARPA 起始包
答案:A
16．简述TCP三次握手过程
答案 如图
主机A 主机B
三次握手
主机A通过将一个具有―同步序列号（SYN）‖的段发送给主机B而开始连接，该段告诉主机B：主机A希望建立连接并且使用哪个序列号作为主机A的段的起始号（序列号可用来保持数据的正确顺序）；主机B用一个带有―确认应答（ACK）‖和―同步序列号（SYN）‖位的段响应主机A，以确认收到了A的段，并通知A它将从哪个序列号开始；最后，A发送一个段，确认收到了B的段，并开始传送第一个实际数据。
17．针对一个面向连接的协议排除故障时，一个关键症状是：____。.a.上层无连接流量
b.IP层数据包的帧结构
c.数据的多次重传
d.数据包无序
e.报错没回到源端
答案:C
18．当你安排一个计划排除网络故障时，网络性能仍然很糟糕，下一步你该怎么做？
a.收集更多现象来检查计划是否完整 b.评估事先的假设和问题所在是否正确
c.重复整个计划，去掉不生效的工作
d.重复操作，修改其他参数直到问题解决
e.考虑其他互连设备出现问题而引发本地故障的可能
答案 :C
19．对无连接协议进行故障诊断时，检查下列哪一项会比较有帮助？
a.序列号
b.流控或者窗口大小
c.面向连接的上层协议
d.无计划的数据传输
e.数据重复传输
答案:C
20．下列哪类协议需要应用层去请求丢失或损坏的包？
a.端到端（host-to –host）
b.面向连接的
c.客户机/服务器
d.无连接的
e.面向QOS的
模拟通信 篇3
【关键词】ZigBee；单兵激光模拟训练系统
1.引言
随着激光技术的发展，其在军事训练器材中的应用，发挥着越来越重要的作用。单兵激光模拟训练系统采用以光代弹的原理，结合声光效果，可逼真的模拟实际战场环境的实兵对抗，是和平时期部队训练和青少年展开野外拓展对抗游戏的有效器材之一。
单兵激光模拟训练系统主要由头盔、背带和激光发射机等3个部件组成。头盔具有激光接收和发烟控制功能；背带具有激光接收、毁伤模型计算以及与导控主台无线数据通信功能；发射机用于激光发射控制。3个部件之间实时可靠的数据通信是系统正常工作的基础。本文主要研究利用ZigBee无线通信技术实现单兵激光模拟训练系统各部件之间的数据交互。
2.硬件结构
背带与头盔、发射机之间采用点对多点的通信方式。背带、头盔和发射机均内嵌ZigBee通信单元（图1），通信单元由ARM主控芯片、ZigBee射频无线收发芯片和2.4GHz天线组成。
通信芯片选用TEXAS INSTRUMENTS公司的CC2420 ZigBee射频无线收发器。芯片的主要技术特点如下：
射频单片无线收发芯片，带有基带调制解调器，并对MAC（介质访问层）层提供支持；
直接序列扩频的基带调制解调器，其码片速率可到2MChips/s，有效数据传输率达250kb/s；
电流耗损非常低（RX：18.8mA，TX：17.4mA）；
输出功率可以通过编程来改变；
不需要额外的RF开关和滤波器；
两个（发送缓冲区和接收缓冲区）128Byte的数据缓冲区；
硬件实现MAC加密（AES-128）；
48脚的QLP封装，7*7mm。
CC2420芯片与ARM主控芯片之间采用SPI总线进行数据通信。FIFOP脚接ARM芯片的外部中断脚，当CC2420芯片接收到有效数据后，该引脚置高，ARM芯片产生中断，进行接收数据处理。RESTEn脚接ARM芯片的输出脚，用于对CC2420芯片的复位。
CC2420芯片的射频输入/输出是差分和高阻抗的，射频端口最适宜的差分负载值阻抗为115+j180Ω。单兵激光模拟训练系统中使用的天线为2.4GHz的单极天线，因此必须使用非平衡变压器来增强其性能。图2所示的射频输入/输出电路由一个半波传送天线、C3、L1、L2和L3构成，半波传送天线直接设计在印制板上，与电路匹配的天线阻抗为50Ω。
3.软件设计
单兵激光模拟训练系统中最多同时工作的单兵激光模拟器数量可达数千套；每套单兵激光模拟器的背带与头盔、发射机之间采用点对多点的通信方式，背带为中心节点，头盔和发射机为子节点；各单兵激光模拟器相互之间不能出现数据串扰。因此整个系统可以看作由几千个独立的微型通信系统构成。
由于ZigBee的IEEE地址有8个字节，因此有足够的容量可以满足单兵激光模拟训练系统对地址唯一性的要求。
3.1 数据帧格式
通信数据帧采用IEEE 802.15.4通用MAC帧格式，格式见图3。
1）帧控制域：帧控制域长度为16位，包括定义帧类型、加密、应答、目的地址模式和源地址模式等。
本应用中帧控制域的定义如下：帧类型为数据帧（001）；加密禁止（0）；应答允许（1）；目的地址模式为64位IEEE地址（11）；源地址为64位IEEE地址（11）。
2）序列号域：在每个帧中都包含序列号域，其长度为1个字节。每发送一个新的帧序列号，值加1。
3）目的PAN标识域：目的PAN标识域长度为2个字节。由于本应用中未使用个人局域网，该值固定为0x0001。
4）IEEE目的地址域：IEEE目的地址域长度为8个字节。该地址为数据帧的目标地址。
在单兵激光模拟训练系统中每个头盔、背带、发射机的IEEE地址均被设置唯一的。通过配置CC2420芯片的MDMCTRL0（0x11）寄存器的ADR_DECODE位，可以打开CC2420芯片的硬件地址解码功能，CC2420芯片可以只接收目的地址与本机地址相同的数据帧。
5）源PAN标识域：源PAN标识域长度为2个字节。由于本应用中未使用个人局域网，该值固定为0x0001。
6）IEEE源地址域：IEEE源地址域长度为8个字节。该地址为数据帧的源地址。
3.2 通信数据流程
单兵激光模拟器的背带、头盔和发射机的IEEE地址均分别预先写入各自的ARM主控芯片，在初始化时写入CC2420芯片的内部寄存器。CC2420芯片的初始化程序流程图见图4。
背带作为主节点，与其配套的头盔和发射机的地址预先保存至背带的ARM主控芯片中。单兵激光模拟器运行后，背带首先向头盔和发射机发射设置指令，头盔和发射机的ARM主控芯片接收到数据包后，首先将数据包中背带的64位IEEE地址保存至内存中，然后用该地址向背带回复应答数据包。
背带与头盔、发射机之间的数据通信采用应答方式，流程见图5。
4.结论
该通信技术已在单兵激光模拟训练系统中进行了实际应用，取得了很好的通信效果。经实测单兵激光模拟器3个部件之间的通信时延小于100ms；30m范围内200套单兵模拟器同时工作，相互之间不会出现通信串扰。
参考文献
[1]IEEE Std 802.15.4?-2003，IEEE Standard for Information technology-Telecommunications and information exchange between systemsLocal and metropolitan area networks-Specific requirements Part 15.4：Wireless Medium AccessControl（MAC）and Physical Layer（PHY）Specifications for Low-Rate WirelessPersonal Area Networks（LR-WPANs），IEEE Published by The Institute of Electrical and Electronics Engineers，Inc.3 Park Avenue，New York，NY 10016-5997，USA.
[2]王晓海.国外空间激光通信系统技术最新进展[J].电信快报，2006（7）：16-21.
[3]陈富强.单兵综合战术对抗训练激光模拟系统研究[D].国防科学技术大学硕士学位论文，2007.
通信模拟仿真系统建设 篇4
1 建立仿真系统的必要性
1.1 通信信息网络现状
齐齐哈尔电业局通信光传输网络SDH现有中兴设备60多台, 设备类型包括ZXMP S320/ZXMP S330/ZXMP S360/ZXMP S380/ZXMP S385五种型号。以2.5G和622M两个光纤环网为核心。2.5G光纤环网由5台设备组成, 附挂1个155M子环网。622M光纤环网由13台设备组成, 附挂3个155M子环网。主要传送调度数据网、继电保护、图像、综合网管监控通道等2M复用信息。复接设备PCM有120多台, 设备类型主要有深圳泰科3630、沈阳仕得蓝马可尼XMP1、北京西科德萨基姆FMX12、北京讯风BX10等。主要传送调度电话、远动信号、电量信号、集控信号、电源监控等64K业务。齐齐哈尔电业局信息网络在去年年末刚刚从思科交换机全部更换为H3C网路交换机, 新厂家的设备需要人员又新学习适应新技术。我局信息内外网共有76台设备, 1个中心机房和37个基层网络机房, 设备类型包括S9512、S7510、S5500和S3600, 网络防火墙2个。随着三集五大体系的建立, 我局各单位办公地点调整变化较大, 很多办公电脑需要变更信息网络的接入点, 甚至需要调整网络结构。
1.2 通信信息网络存在问题
1.2.1 信息网络稳定运行指标已列入我局安全生产指标之一。
生产环境交换机的配置变化时需要在测试环境中试运行后再放入生产环境, 以保证配置的正确性, 所以迫切需要一个模似环境来调试和测试交换机, 提高人员技能水平, 提高生产环境网络运行的稳定性。1.2.2随着通信光传输、复接设备的更替, 新鲜血液的融入, 人员的技术水平也要随即提升, 利用替换下来的设备、已有的资源和自筹部分新设备, 组建一个模拟现场的仿真系统环境, 利用空余时间和定期时间进行真实现场工作环境的模拟, 可以提高现有工作中疑难问题的解决, 和给新员工进行实物性培训, 快速使新员工进入工作状态。专业技术人员可以通过模拟现场故障, 进行快速定位解决故障。也解决了闲置设备的利用率问题, 一举多得。
1.3 背景的提出
1.3.1 全省电力培训中心无针对通信信息网络设备组网培训的基地。
1.3.2 到厂家培训名额少, 达不到全员培训目的。
1.3.3新员工和微波专业技术水平有待提升, 使其快速进入工作状态。1.3.4通信信息设备更替升级快, 专业技术人员现有业务水平有待进一步提高。
2 建设仿真系统达到的效果
2.1 此仿真系统的建立, 主要用于模拟现场实际工作环境方面的培训工作, 使得全员达到培训效果。
2.2 巩固了专业知识, 并把理论知识和实践知识有效结合起来。
2.3 融合通信和信息两大专业业务水平, 提高了团队合作精神。
2.4 提高了解决问题的能力。
模拟故障现象, 锻炼了员工队伍。两大专业共同组建仿真系统, 人员跨专业锻炼, 最终达到培养复合型人才的目的。下一步将规划完善搭建信通公司所有专业的模拟仿真环境, 专业间相互了解学习, 解决人员结构性缺员问题。能够独立完成工作中较复杂工作任务的同时, 处理工作中的疑难问题。
3 建设方案
3.1 按照建设仿真系统目标, 制定符合我局通信信息现状的实施方案。
首先成立通信信息模拟仿真系统建设领导小组。组长由信息通信公司经理担任, 副组长由信息通信公司副经理担任, 专业负责由专责工程师担任, 组员由传输一、二班人员组成。经过多次技术组会议讨论论证通信信息模拟仿真系统建设的可行性方案, 一致认为方案可行, 可操作性强。首先仿真系统选址, 一为原微波楼, 二为通调楼十九楼微波机房。因十九楼微波机房设备安装方便, 仿真系统需求空间大;其次从组建规模上考虑后期建设, 确定设备布放位置。最终确定一期建设光传输设备SDH四台, 复接设备PCM三套 (6台) , 信息网络设备五台。预留两面屏位。
3.2 深入细致, 周密安排, 全面实施仿真系统建设。
3.2.1未雨绸缪, 整合现有设备资源, 购买新传输设备。首先将三号院拆除的整套通信设备包含光传输SDH、泰科PCM、电源系统作为仿真系统基础雏形, 另整合一套中兴S330设备、三套PCM复接设备和购买中兴S330、S320光传输SDH各一台, 组建成传输网络。信息网络的组建是利用去年更换交换机后替下来的旧H3C设备搭建。3.2.2周密安排, 通信信息专业人员密切配合, 按施工方案逐项有序进行。光传输设备模拟现场设备硬件安装、线缆的布放、线缆的绑扎、设备的加电、开局、设备 (单机、组网) 调试、2M (155M) 业务的开通等一系列现场实际工作环境。PCM复接设备模拟现场设备硬件安装、线缆的布放、线缆的绑扎、色谱识别、设备 (单机、组网) 调试、64K业务的开通等一系列现场实际工作环境。信息网络的建立是用3台三层交换机和2台二层交换机按实际工作中需要的拓扑结构, 随时变化互连方式, 组成需要培训和测试用的网络结构。大大锻炼了人员的网络业务技能。
3.3 加强管理, 真正发挥仿真系统作用。
为了完善仿真系统日常管理, 制定了仿真系统使用规章制度。3.3.1仿真系统设备仪器仪表设专人负责保管维护、登记建帐。存放应做到整洁有序, 便于检查使用。3.3.2仿真系统设备仪器仪表、工具一般不得外借, 特殊情况必须经领导批准。3.3.3要爱护仿真设备仪器仪表, 节约使用材料, 遵守操作规程, 认真记录操作步骤。室内应保持整洁, 操作时丢弃的废物要按指定地点倾倒。3.3.4仿真系统必须重视安全工作, 加强防火、防盗、防尘的管理。3.3.5仿真系统的操作人员, 要加强岗位责任制, 经常检查维修设备仪器仪表, 使其处于正常完好状态。3.3.6仿真系统应建立安全制度。每次操作完毕或下班前, 要做好整理工作, 关闭电源和门窗。要有明确的责任人。
结束语
通过以上措施, 信息通信公司初步建立了通信信息模拟仿真系统, 搭建了通信信息模拟仿真系统, 经过近几个月运行检验, 极大的提高了通信信息运行维护人员的专业技术水平, 使我局通信信息故障处理更加快速, 通信人员能够更好的适应“五大”体系建设后对专业人员的要求, 在全省首家建立通信信息模拟仿真系统, 为我局培养电力通信复合型人才找到了一种新方式, 也为在全省率先探索电力通信信息专业培训新方式、新手段走出了一条创新之路。
参考文献
[1]中兴通讯股份有限公司ZXMP S380S330技术手册.[1]中兴通讯股份有限公司ZXMP S380S330技术手册.
[2]沈阳仕得蓝科技有限公司XMP1SOX操作手册.[2]沈阳仕得蓝科技有限公司XMP1SOX操作手册.
[3]北京西科德科技有限公司SAGEM FMX12数字交叉连接复用设备技术手册.[3]北京西科德科技有限公司SAGEM FMX12数字交叉连接复用设备技术手册.
模拟通信 篇5
陆地移动通信由于受地形、环境等因素的影响，其衰落机理是非常复杂的。但在移动通信信道模拟器模拟的众多信道参数中，呈频率选择性的瑞利衰落占主要地位。即实现信号包络的瑞利分布和相位的均匀分布是信道模拟的核心。
2.1.1 实现瑞利衰落的数学原理
设一个随机过程ξ(t)可以表示为：
式（1）中ξc(t)与ξs(t)分别为ξ(t)的同相分量和正交分量。
可以证明：一个均值为零的窄带平稳高斯过程，其同相分量ξc(t) 和正交分量ξs(t)同样是平稳高斯过程，且均值都为零，方差也相同。另外，在同一时刻得到的ξc(t)与ξs(t)是不相关或统计独立。还可以证明：一个均值为零，方差为σ2ξ的平稳高斯窄带过程，其包络的一维分布服从瑞利分布，其相位的一维分布服从均匀分布，并且就一维分布而言，两者是统计独立的。
综上所述，一个均值为零的平稳高斯窄带过程，其包络的一维分布服从瑞利分布，其相位服从均匀分布，且两者是统计独立的。同时，一个均值为零的窄带平稳高斯过程也可由两个同为平稳高斯过程的同相分量和正交分量合成。
2.1.2 单径瑞利衰落
设单径衰落信道输入为：
式（2）中A(t)和θ(t)分别为频率ωc的载波信号的实际幅度调制和相位调制。用X(t)和Y(t)两个相互独立而分布相同的高斯随机变量调制，输出信号So(t)可以表示为：
于是随机包络R(t)是瑞利分布，随机相位φ(t)在0～2л范围内均匀分布。
由上面的推导可以看出：对输入信号进行正交调制，即为单径无频率选择性瑞利衰落模拟，可实现输入信号的振幅和相位按要求随机干扰，从而实现（3）式所示的数学模型。
2.1.3 多径瑞利衰落
为了简化分析，设输入为一单频正弦信号
经多径传输，输出为：
式（7）中：αi为幅主加权系数，τi是时延，φi是随机相位，N是径数。
在仅有二径的情况下，输出幅度为：
即二径存在时延差，△τ≠0，合成信号场强随频率ω变化。在实际移动通信信道中，由于多径传输，各径时延不同，相对时延差也就不同，从而造成频率选择性衰落。
2.2 多径传播
2.2.1 多径传播径数选择
在移动通信中，存在两个以上的散射体时，接收信号必存在频率选择性衰落。本模拟器使用三径，即能产生三路互相独立的衰落，以便较真实地模拟实际通信环境。
2.2.2 多径传播时延值的确定
典型的实测多径时延最大值为20μs[1]，国内测试结果为15μs，而均方根时延在10μs左右[1，2，3]。本方案采用多种延时灵活选择以便接受实际信道的均方根时延。总延时最小为0.2μs，最大为10.2μs，且包含一直达通路（延时为0）。
2.3 电波传播路径损耗的确定
目前人们对陆地移动通信传播路径损耗预测一般都使用奥村经验模型。但是奥村模型适用范围为：频率100MHz～1500MHz，基站天线高度30m～200m，移动台天线高度1m～10m，传输距离1km～20km。而研制的模拟器所针对信号频率为70MHz，基站天线高度为18m。这与奥村模型适用范围不符，故该模型不能直接应用于本方案。
美籍华裔通信专家李建业先生提出了电波传播预测的Lee模型。该模型不对基站天线高度作具体限制，其思路是先求得区域与区域之间的.信号传输损耗，再求得具体地点点到点之间的传输损耗。
由于本模拟器模拟的是一般环境下的典型路径损耗，不需精确模拟特定到某地区的点到点传输。所以Lee模型的区-区电波损耗计算适用于模拟方案，不需再作误差修正。
用Lee模型计算传播损耗需预先知道各环境下传播距离1英里（或1km）处的确定损耗值。而模拟器模拟的是一般环境，不必一一实地测量，故先用奥村模型计算一般环境下传达室播距离1km处的典型值，再转换运用于Lee模型中。也就是说，所研制的模拟器综合运用奥村模型和Lee模型计算电波传播损耗。
具体传播损耗量如表1所示。
表1 电波传播的路径损耗
传播距离1km8km15km25km传播损耗直线路径69dB87dB91dB93dB城市环境98dB134dB145dB154dB准郊区环境91dB127dB138dB147dB开阔地环境75dB111dB122dB131dB2.4 多普勒频移
在移动通信中，多普勒频移是普遍存在的现象，
fd=v/λ (9)
式（9）中v是移动台速度，λ为信号的波长。对于一个信道路径在方位上均匀分布的实际信道而言，射频率谱的形状为：
式（10）中ωd是移动台运动产生的最大多普勒频移对应的角频率，即：
为了产生这个频谱，用来调制的高斯噪声必须有低通频谱，如式（12）所示：
3 信道模拟器的实现方法
由前面的论述可知，本移动通信信道模拟器的主要功能是瑞利衰落、多径传播、电波传播路径损耗、多普勒频移等。
3.1 瑞利衰落的实现方法
根据式（1）可知，瑞利衰落的实现方法是将输入信号用两种不相关的低频高斯噪声正交调制模拟包络呈瑞利分布、相位呈均匀分布的瑞利衰落，输出信号的功能谱由低频高斯噪声的频谱决定。多径瑞利衰落可以由单径瑞利衰落经延时后合成。
3.1.1 低频高斯噪声的产生
由式（10）确定的带通高斯过程频谱如图1所示。
对应的低通高斯过程频谱如图2所示。
考虑到式（12）表示的滤波器频响不是有理分式，无法直接构造，只能采用数字逼近的方法。由参考文献[2]可知，所需滤波器的频响应为：
H(s)=1/[(0.897s 2+0.31s+1)(0.897s 2+0.31s+1)(0.31s+1)]
图3显示了H(s)的频响与理想滤波器的频响区别。
将上述模拟滤波器进行交换，得到对应的FIR滤波器抽头系数。
使用MATLAB软件生成高斯白噪声，将这个白噪声输入上面FIR滤波器，滤波器输出即为所需要的窄带高斯过程。
将该窄带高斯过程输出置DA，经平没滤波、放大、阻抗匹配，输入下一级处理。
3.1.2 正交调制的实现
实现正交调制的方法有多种，本移动信道模拟器实现正交调制方法采Mini公司的I/Q调制器。其结构如图4所示。
3.2 多径传播的实现
为了实现对多径传播的模拟，采用了Mini公司的功率分配器（简称功分器），将输入信号进行分路。首先对输入信号进行二路功率分配：一路模拟直达通道；另一路再进行三路功率分配，经这不同延时及窄带高斯正交调制，再进行功率合成，输出信号模拟多径传播。
在本信道模拟器中，传播路径的选择、延时选择通过控制模拟开关进行。
3.3 模拟路径损耗的实现
为了模拟传播的路径损耗，本信道模拟器选用固定衰减器与数控衰减器进行组合控制实现。实现衰减量控制的依据是表1。
3.5 多普勒频移的实现方法
由3.1的结论可知，多普勒频移可以通过控制窄带高斯过程的频谱实现。在本模拟器中，通过改变窄带高斯过程的DA转换速率可以实现对窄带高斯过程的频谱控制，从而实现多普勒频移的模拟。
3.6 系统控制及人机界面的实现
系统控制采用基于单片机AT89C52的嵌入式操作系统，可实现对数据控衰减器、模拟开关等的控制，通过对键盘、液晶习实现良好的人机界面。
4 结论
4.1 总体介绍
本信道模拟器的总体结构如图5所示。
信号输入后，分成两路：一路作为直达支路；另一路经延时后，又被分成两路，其中一路用I/Q调制器调制上两路相经独立的低频高斯噪声，其输出的信号包络呈瑞利分布，相位呈均匀分布，由此实现了单径无频率选择性的瑞利衰落；另一路送到下一个延时单元，重要上述过程。各种I/Q调制器输出在合路器相加，其输出信号幅度包络呈瑞利分布，相位呈均匀分布。加上最初的直达信号，还可模拟莱斯信道。模拟实际路径损耗通过控制数控衰减器实现。在直达和延时路径中，分别叠加上可调白噪声，以实现输出信噪比可调。
4.2 功能指标
4.3 主要指标测试方法说明
4.3.1 瑞利衰落测试方法
用TEKTRONIX示波器TDS3052观察模拟器输出波形，如图6所示，可见其包络呈瑞利分布。
4.3.2 衰落波形相位分布测试方法
用Lecroy公司的LC584A示波器测试李沙育图形，图7为该存储示波器积累10s光点扫描的图像。该图用两路相互正交的低频高斯噪声分别控制示波器水平和垂直偏转得到。因为噪声的偏转控制呈90°相对取向，所形成的显示图与此模拟器输出的瑞利衰落信号的随机可变向量的极坐标是等效的。图7中关于原点的任意固定半径圆弧上，光点强度的均匀性表明相位是均匀分布的。
4.3.3 其它指标测试方法
模拟通信时分干扰效果研究 篇6
通信干扰是电子战的重要组成部分, 其目的在于削弱和破坏敌方通信系统的使用效能。作为一种重要的通信干扰体制, 时分多目标干扰可以用一部干扰机同时干扰多个通信信号, 缓解了现代电子战中目标数众多而干扰资源不足的矛盾, 在电子战中具有重大的现实意义。一般认为在目标数不是太多 (小于4个) 的场合, 时分多目标干扰实现较为简单, 干扰效果良好, 具有极大的比较优势。
时分多目标干扰中, 多个干扰激励器在时序电路的控制下, 按一定的时间序列交替地输出给功率放大器, 对目标信号实施干扰。时分多目标干扰体制在任一时刻仅能对一个目标实施干扰, 但由于它能快速地按时序分配轮番地输出不同频率的干扰信号, 因而实现了对多个通信目标的干扰。
1 时分干扰信号
时分多目标干扰中, 对每个通信目标的基本干扰信号形式即时分干扰信号。时分干扰信号的主要参数包括信号幅度、信号初始相位、干扰重复周期T、干扰脉冲宽度τ及占空比τ/T等, 信号幅度和信号初始相位是一般信号都具有的参数。干扰重复周期T是指对每个通信信号干扰中断的周期, 其倒数为干扰重复频率F=1/T, 干扰重复频率也称为干扰中断率。干扰占空比是指对某信道实施干扰时, 一个干扰重复周期内, 实施干扰时间和干扰重复周期的比值。在时分多目标干扰应用中, 对每个信道的理想干扰占空比是1/n, 其中n为干扰目标数, 但考虑到实际器件的响应和转换时间, 实际干扰占空比肯定小于该值。通过干扰重复周期和干扰占空比, 时分干扰信号“时域时断时续”的特点得到了刻画。
2 时分干扰效果研究模型
为了对时分干扰信号的干扰效果进行研究, 建立如图1所示时分干扰效果研究模型。其中, 干扰样式发生器用于产生各种连续干扰信号和脉冲发生器相乘后形成时分干扰信号。调制方式采用SSB、AM和FM等模拟调制, 发送话音调制到中频后和时分干扰信号一起进入信道, 信道会叠加上噪声。之后进行信号的解调, 得到受扰话音。
干扰效果的评估采用话音可懂度和频谱失真测度2种方式, 话音可懂度通过话报员对受扰话音包含的话报进行正确率统计得到。频谱失真是基于语音信号的短时分帧处理定义的, 设第n帧语音频域谱失真为:
式中, S (ω) 和S′ (ω) 分别输入输出语音的短时谱, ωd是信号带宽, 则整个话音的平均频谱失真为
3 时分干扰过程描述
基于图1所示研究模型进行分析, 采用SSB调制方式, 原始话音信号为
图1中采用噪声调频干扰样式, 最终生成的时分噪声调频干扰信号为:
式中, u (t) 为噪声调频干扰的调制噪声, 是零均值、方差为σ
;T为干扰重复周期;τ/T为干扰占空比。在噪声调频干扰信号带宽较宽时, 一般其有效调制指数mfe>>1, 式 (3) 所示时分噪声调频干扰信号的单边功率谱密度表达式为:
式中, fde=Kfσn为噪声调频的有效调制带宽。
采用如图2所示, SSB相干解调框图进行解调, 解调器输入信号由已调话音、噪声和干扰信号3部分组成。带通滤波后, 解调器输入端窄带噪声信号为n (t) =nc (t) cosωct-ns (t) sinωct, 其中nc (t) 和ns (t) 均是均值为0、方差为σ2的高斯随机过程。令φ0=φ=0、ω0=ωc, 分析可得最终输出信号由话音信号和噪声 (噪声包括系统噪声和干扰信号转换而成的噪声) 2部分组成, 信号部分为
式中,
采用AM和FM调制时, 干扰过程的描述是类似的, 此处不再赘述。
4 时分干扰效果仿真与结果分析
按照图1所示研究模型构建仿真实现框图, 报务员读一段话报并把话音保存起来, 作为原始话音。改变脉冲发生器的周期和占空比来得到不同干扰重复周期和干扰占空比的时分干扰信号, 对话音信号实施干扰, 受干扰语音保存起来进行话音可懂度的统计, 计算得到其相对于原始语音的频谱失真测度。限于篇幅所限, 这里仅示出SSB调制的干扰效果, 图3是干扰重复周期分别为0.001 s和0.01 s时对单边带话实施时分噪声调频干扰的干扰效果。
图4是干扰占空比为20%和30%时的干扰效果, 纵轴左边为频谱失真测度, 右边为话音可懂度, 横轴为干信比。需要注意干扰功率的计算要考虑干扰占空比对功率的影响, 同时一般由于已调话音信号带宽相对于干扰信号带宽较窄, 只有带通滤波器通频带之内的干扰信号功率才会对话音信号造成干扰, 才是有效干扰功率, 干信比是有效干扰功率和信号功率之比。
从图3和图4可以看出如下几点:
① 在干扰重复周期和干扰占空比一定的前提下, 随着干信比的增大, 频谱失真测度缓慢增大, 话音可懂度总体趋势减小, 表明增大干扰信号功率是提高干扰效果的有效途径。
可以明显看出, 频谱失真测度作为对解调信号内部频谱构成改变程度的度量, 受干扰占空比和干扰重复周期的影响比较大, 由于进行了增益调整而随干信比变化的范围比较小。随着干扰参数的变化, 频谱失真测度和话音可懂度在数值上没有大致统一的对应关系, 这就导致不能从数值上给出一个基于频谱失真测度的干扰效果评估标准, 所以该分析中以话音可懂度为主, 频谱失真测度辅助分析。
此外需要说明的是, 由于该仿真模型和实际接收机结构的不同, 干扰效果和干扰参数的绝对值对应关系未必一致, 但是干扰效果随干扰参数变化的规律应该是一致的;
② 在干扰重复周期一定和干信比一定且介于一定范围之内 (保证此范围内可以看出话音可懂度的变化, 而不是全部为100%或者0) 的前提下, 随着干扰占空比的增大, 频谱失真测度增大, 话音可懂度减小。当干扰占空比增大时需要减小干扰信号的幅度以保证干扰功率一定, 这表明了在接收端干扰信号干扰功率一定的前提下, 增加干扰占空比而改变干扰信号的内部频谱构成可以明显提高干扰效果;这进一步证实了对模拟通信信号实施连续干扰效果好于间断式干扰;同时由于干扰占空比的倒数反应了时分多目标能够干扰的目标数, 干扰目标越多, 干扰占空比越小, 即使增大干扰信号的幅度以保证对每个通信信号的有效干扰功率相同, 干扰效果也会明显下降, 可以得出对模拟通信的时分多目标干扰体制的性能下降不仅仅在于干扰目标的增加使得对每个目标可用干扰功率的下降, 也是这种干扰体制本身特点造成的;
③ 在干扰占空比一定和干信比一定且介于一定范围之内的前提下, 随着干扰重复周期的增大, 频谱失真测度略微 (和干扰占空比相比较而言变化幅度较小) 单调增加, 话音可懂度不是单调变化, 该仿真中T=0.002 s和T=0.005 s的干扰效果优于T=0.01 s和T=0.001 s, 表明随着干扰重复周期的增大, 干扰效果先提高后减少, 可以得出在模拟通信时分多目标干扰中设置合适的干扰重复周期可以有效提高干扰效果, 该干扰重复周期不是越大越好, 也不是越小越好, 而是设置在一定范围之内时干扰效果最好;
④ 实际应用时分多目标干扰时, 必须考虑到接收机信号建立时间对干扰效果带来的差异, 必须保证干扰脉冲宽度大于信号建立时间, 否则干扰是无效的, 这也说明了干扰重复周期不能无限制的增加。
一般而言, 接收机体系结构不同、发射功率不同、滤波器带宽不同以及元器件延迟不同等都会带来信号建立时间的差异, 难以给出统一的标准, 只能概算。而现行通信接收机一般采用超外差式体系结构, 通过多次混频把射频信号变换到一定的中频, 然后进行DSP处理。DSP主频一般在几百兆赫兹, 所以DSP处理对信号建立时间的影响在ns级, 前几级混频处理时频段较高, 滤波器带宽较宽, 其对信号建立时间的影响也都在ns级, 影响最大的是末级中频滤波处理。按照信号建立时间t和信号带宽B的关系t=0.35/B, 取末级中频滤波器带宽为20 kHz, 可以得出信号建立时间约17.5 μs。
该仿真模型中最终的低通滤波器带宽约8 kHz, 对应信号建立时间约43.75 μs, 取占空比为0.1～0.4, 当干扰重复周期为0.002 s和0.005 s时, 干扰脉冲宽度介于200 μs和2 000 μs之间, 所以为了取得较好的干扰效果, 干扰脉冲宽度必须至少约大于信号建立时间的5倍。
按照比例关系, 对于末级中频滤波带宽为20 kHz的接收机, 当干扰重复周期介于0.000 8 s和0.002 s之间时干扰效果较好。对于接收机, 其结构和器件存在差异, 该取值范围也会有差异。不同的干扰目标数, 为达到较好的干扰效果, 干扰重复周期的取值范围变化不大, 但是相同干信比 (注意此时为达到相同的干信比, 只能通过改变干扰信号的幅度, 也即改变干扰机的发射功率) 下, 干扰目标数越多, 干扰效果越差。
需要注意的是, 上述结论是基于话音可懂度和频谱失真测度2方面的统计数据得出的。在数据处理过程中, 发现话音可懂度的主观性太大, 对同样一段数字报, 有经验、有记忆的报务员和没经验、没记忆人员听取的结果差异相当大, 对真实结果的获取造成了很大的困难;频谱失真测度作为客观评价标准, 却不能在数值上和话音可懂度建立一致的对应关系。这2点大大增加了统计结果的误差可能性, 会对干扰效果的评估造成不良的影响, 但对干扰效果随干扰参数的变化趋势的影响会小很多, 这保证了结论的可信度。
5 结束语
对时分干扰信号对模拟通信的干扰效果进行了分析, 仿真总结出了干扰重复周期、干扰占空比和干信比对干扰效果的影响, 进一步指出在接收端干扰信号干扰功率一定前提下, 增加干扰占空比而改变干扰信号的内部频谱构成可以明显提高干扰效果, 表明对模拟通信实施连续干扰效果好于间断式的时分干扰, 对模拟通信采用时分多目标干扰体制会带来干扰机干扰能力的下降, 这是时分多目标干扰体制本身特点造成的。在某试验中, 时分多目标干扰方式对模拟话音通信的干扰效果很不理想, 远劣于频分多目标干扰的干扰效果, 该结论对试验结果的分析带来了新的思路。
参考文献
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模拟通信 篇7
城市拥堵问题的日益突出为公交发展提供了巨大空间。利用可编程器件设计实现具有多种功能的公交信息提示系统具有重要意义, 本文基于51单片机, 模拟了一种简单的智能公交系统, 为实际的城市公交信息平台建设提供一些思路。
1 总体设计方案
公交模拟报站系统由单片机主控模块、无线数传模块、液晶显示模块、电源供电模块等部分组成。
系统结构[1]如图1所示:整个系统都以单片机STC89C52RC作为系统的主控芯片, 由电源供电模块供电;模拟小车部分以自动循迹小车为载体, 使用红外对管检测站台黑线模拟到站, 并通过液晶显示出当前站台, 同时将位置信息发送给主控站台;模拟站台部分使用液晶显示线路上各车的位置, 并通过无线模块进行站台间数据的传递, 以达到每个站台都能准确显示出线路上各辆小车位置的功能。
如图1所示, 硬件整体结构中以圆圈模拟公交路线, 内圈为顺时针行驶线路, 外圈为逆时针行驶线路;实心矩形为线路两侧的站台, 中间的连线作为模拟小车到站的信号检测线;空心矩形为小车, 在路线上行驶。图中直线箭头表示无线模块的数据传输方向, 数据信号先由小车将数据传向主控站台, 再由主控站台处理后传向其他站台。
2 硬件设计
图2为硬件的整体结构图, 整个系统分为三部分:模拟小车, 主控站台和其它站台。整个系统通过多个无线模块[2]数据传输与多个单片机的数据处理, 能准确实现模拟公交报站功能。
2.1 单片机主控模块
采用STC公司的STC89C52[3,4]单片机作为主控制器。STC89C52是STC公司生产的一种低功耗8位微控制器, 采用外部时钟, 晶振频率可达12MHz, 具有32个通用IO口, 从速度和管脚数量两个角度来看, 可以达到本系统各个部分的要求。
本系统中, 模拟循迹小车部分使用单片机P0.0-P0.3作为红外对管信号接入引脚, P0.4-P0.7作为L298N电机驱动模块的信号给入引脚, 驱动模块中ENA与ENB与高电平短接;P2.0-P2.5与无线模块nRF24L01的6个信号口分别相连, 液晶1602的并行数据口与单片机P1.0-P1.7相连, RS、RW、EN分别连接至P2.6、P2.7、P3.4口, 并且P3.2管脚用于下降沿触发外部中断检测小车到站黑线。模拟站台部分均使用P2.0-P2.5管脚与无线模块nRF24L01的6个信号口分别相连, 液晶1602的并行数据口与单片机P1.0-P1.7相连, RS、RW、EN分别连接至P0.0、P0.1、P0.2。
2.2 无线模块
无线数传模块nRF24L01[5]是工作在2.4GHz到2.5GHz, 有6通道的无线收发集成模块, 具有功耗低、易编程等特点。无线模块nRF24L01工作电压为1.9V~3.6V之间, 需要使用AMS1117-3.3三端稳压芯片提供3.3V的稳压, 供给无线模块进行工作。本系统只使用了无线模块的通道1, 通过对无线模块数据传输特性的灵活应用, 迅速切换接收与发送模式, 实现了整个公交模拟系统的可靠运行, 其他通道也为之后其他功能的拓展提供了方便。
2.3 液晶显示模块
本系统的液晶显示采用M1602模块。该模块有两行、每行16个字符可以用来显示, 。小车液晶第一行显示小车编号“Number:1”, 第二行显示此时站台编号“Position:2” (以X1小车在2号站台为例) 。站台液晶显示第一行为站台编号“Positon:1”, 第二行显示最近的小车编号与最少站台数“Bus2 Distance 1” (以1号站台为例, 假设2号小车距离1站到达) 。
2.4 电源供电模块
根据该系统大部分硬件采用5V供电以及nRF24L01无线模块采用3.3V供电, 所以采用高性能可充电锂电池提供7.4V直流电, 再经三端稳压集成电路LM7805稳压, 形成5V直流电供给单片机。5V直流电经过AMS1117-3.3V三端稳压电路形成稳定的3.3V, 供给nRF24L01模块。
2.5 循迹小车
以STC89C52为主控芯片, 采用4个红外对管集成模块作为黑线探测器, 直线行驶时置于小车前部的4个红外对管中间两个位于黑线上, 左右两个用于检测白色路面, 若以1表示高电平, 0表示低电平, 则直线行驶时四个红外对管传给单片机的四位信号分别为0110。当线路出现拐弯时, 4个红外对管反馈的信号会发生变化, 例如, 若此时路线右拐, 则在小车还未改变直行的方向时, 红外对管传给单片机的信号可能是:0010或者0001。不难知道, 当传输信号为0010时, 小车偏离路线角度并不是很大, 向电机驱动模块L298N送给指令1000, 令右侧轮停止少许, 左侧轮前进, 即可以使小车向右小幅度转弯;当传输信号为0001时, 小车偏离路线角度较大, 可以向电机驱动模块L298N送给指令1001, 令右轮反转, 左轮正转, 实现原地逆时针旋转一定角度, 从而使小车尽快回到黑线位于中间两个红外对管的情况继续行驶。反之同理。
3 系统软件设计
3.1 模拟小车
程序首先初始化无线模块nRF24L01和液晶1602, 并以tx[0]=1标记1号小车, 同理tx[0]=2、tx[0]=3分别标记2号小车和3号小车, 并定义全局变量N记录本辆小车经过站台的位置信息。每辆小车都默认由1号站台出发, , 无论顺时针运行还是逆时针运行, 都以经过1号站台记录此时位置N=0。
由于STC89C52单片机中断数量有限, 所以在程序主循环中运行循迹程序, 当用于检测到站的红外对管检测到站台黑线时, 程序进入中断, 首先在中断子程序中先关闭外部中断, 向L298N电机驱动送给指令0000, 使小车停下。在中断程序中, 使全局变量N=N+1, tx[1]=N, 并且设置无线模块nRF24L01为发送模式, 发送数组tx[]。发送完毕后, 再次打开外部中断, 为小车下一次到站做准备。模拟1号小车程序流程如图3所示。
3.2 主控站台
程序初始化无线模块nRF24L01和液晶1602完成后, 主控站台始终处于等待接收状态。当主控站台数组Rx[]接收到来自小车发出的数组后, 通过读本地Rx[0]的数据, 判断是由第n号小车发来, 并将相应编号的小车的站台位置Rx[1]存放在需要发送给其它站台的数组Tx[]中的Tx[n]的位置上。然后把主控站台的无线模块配置成发送模式, 发送计算获得的数组Tx[], 此时, 已将线路上所有小车的位置信息由主控站台发送给了其他各个站台。
发送小车位置信息完成后, 主控站台单片机对Tx[]数组进行运算。因为主控站台是1号站台, 所有小车通过1号站台时位置信息数据N会被刷新为0, 所以通过D[n]= (4-Tx[n]) %4一个公式, 就可以计算得到再线路上的所有小车离站台剩余的站数D[n], 取所有小车离本站台剩余的站数的最小值并记为min, 并在液晶上显示出这个最小值min与其小车的编号n, 方便人们选择要换乘的公交方向。主控站台程序程流如图4所示。
3.3 其他站台
其他站台程序初始完成后, 无线模块nRF24L01经过配置始终处于等待接收模式。当其他站台无线模块接收到数据后, 单片机判断接收到的数组Rx[]的第一位的字符, 若不为字符‘p’, 则接收到的数组可以判定不是由主控站台传来, 而是由模拟小车传来, 对此次接收到的数据不予处理, 无线模块重新配置成等待接收模式, 等待下一次的数据传输到来。当Rx[]数组第一位为字符‘p’时, 标志着收到的数据是由主控站台传来的小车的位置信息数组, 读取这个数组并对其进行运算。
以2号站台为例, 当接收到数组Rx[]时, 不难发现, 可以分别使用公式D[1]= (5-Rx[1]) %4、D[2]= (5-Rx[2]) %4、D[3]= (Rx[3]+1) %4计算出离本站剩余站数最少的站数min。3号站台与4号站台与2号站台类似, 同样可以统计数据后得到一个可以通过数组中数据算出距离本站最少站数min与小车编号n, 在液晶上显示出最少站数min与小车编号n, 可以方便人们选择要换乘的公交方向。2号站台程序流程如图5所示。
4 结束语
本系统提出的一种多无线模块相互通信构建的公交模拟系统, 对无线模块数据传输灵活使用以及对单片机数组数据进行灵活操作, 使得整个系统能够准确地在每一站台显示出离此站剩余站数最少的公交车编号以及相距站数。该模拟系统的研究和实际应用也将为不断发展的公交系统的报站问题, 提供一种可用的解决方案。
参考文献
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[3]郭天祥.新概念51单片机C语言教程——入门提高开发拓展全攻略[M].北京:中国水利水电出版社, 2009.
[4]魏立峰, 王宝兴.单片机原理与应用技术[M].北京:北京大学出版社, 2006.
模拟通信 篇8
CAN,全称为“Controller Area Network”,即控制器局域网,是国际上应用最广泛的现场总线之一,在自动化领域的应用非常广泛,其特点是结构简单、成本低,但速度高、实时性和可靠性好。
CANoe是德国Vector公司开发的一款功能非常强大的CAN总线开发测试软件,可以实现真实总线的实时监控,半实物仿真和全虚拟总线的仿真。它包含CAN网络数据库编辑器CANdb++,虚拟节点CANPL语言编程,用户自定义面板组件Panel Generator以及一些集成的调试监控组件,能满足各种开发测试的需要。本文将介绍如何基于这些工具模拟CAN总线的数据通信,实现特定的一些功能。
2 CAN总线数据库的设计
CANdb++是CANoe内置的工具,用来描述CAN总线的一些对象,这些对象包括:(1)CAN节点。具体包括CAN总线网络中所有节点的名称以及通信ID。(2)信号signal。信号signal代表一种类型的变量,一般用消息中的一位或者几位来表示。一般包含的主要信息有:startbit,即开始位;length,即这个变量的长度是多少位的。除此之外还有最大值最小值的设置等等。(3)消息Message。Message的实质就是在CAN总线上通信的数据帧,一个Message包含的主要信息有:ID,表明这个数据帧是从哪个节点发出的;DLC,也就是数据帧的长度,即多少个字节(Byte);信号signal,一个消息一般含有一个或多个信号。(4)环境变量(environment variables)。环境变量是信号的另一个身份,用以在CANPL编程和Panel面板时进行变量绑定。
在使用CANdb++之前,首先需要在CANoe中建立一个CAN总线的节点网络。将两个虚拟节点分别命名为CAB和ECU,用来表示控制器单元和ECU单元。如图1所示。
打开CANdb++,建立数据库。其中重要的几个项目是Environment variables,network nodes,Message和Signals。在CANdb++的左侧栏可以查看。
首先建立两个节点,分别为cab_node和ECU_node,然后建立两个Message,分别表示CAB发给ECU的消息和ECU发给CAB的消息。根据我们实际采集的通信数据,将两个Message的ID分别设置为0x2A4和0x2A5(16进制),DLC设置为3,表示每个消息长度为3个字节。
然后再建立所需要的信号。根据需要,建立了5个信号,并将这5个信号都绑定到CAB_to_ECU这个消息上,每个信号长度为1bit,即都只占用CAB_to_ECU这个消息的1位。具体是第几位根据采集的实际通信数据经过分析可以得到,并做相应的设置。最终建好的数据库如图2所示。
3 基于Panel Desinger的界面设计
在CANoe的主界面中点击file->open Panel Desinger即可打开Panel Designer组件。Panel Designer是一个很简单易学的工具,通过拖拽控件和属性设置即可完成界面的设计和变量的绑定。
Tool Box是各种常用的显示控件,包括有按钮,指示灯开关,复选框,文本框,静态文本等等。
通过拖拽Tool Box里的指示灯和静态文本控件,我们建立一个如图3所示的界面。
界面完成后,需要在Properties中进行一些设置。Display Only属性表示是否只显示,在这里可以设置为true,指示灯不需要进行操作,只需要读取变量进行显示;State Count设置为2,表示只有两个状态;Switch Value设置为0:1,表示指示灯只有0或1的取值;Symbol Filter设置为Environment Variables,然后点击Symbol,会出现一个列表,一一绑定到数据库中相应的环境变量。完成之后点击保存,保存好的文件为.xvp格式的文件。类似地设置CAB端的界面,并将所有控件与数据库中相应的环境变量绑定。
4 基于CANPL编程语言进行通信模拟
CANPL全称为CAN Access Programming Language,是一种类C语言的编程语言,语法与C语言基本相同,不同的是,它是一种面向事件的编程语言,有自己特定的程序结构。
CANPL的事件语句大体上分为三种,即总线事件,键盘事件,时间事件。
总线事件:on message Message{……}表示接受到指定消息时执行。
键盘事件:on key'a'表示按键盘'a'时反应。
时间事件:timer Mytimer将Mytimer申明为以秒为单位的定时器;set Timer(Mytimer,20)表示将定时器设置为20秒间隔,并启动。
通过编写CANPL程序,实现CAB和ECU双节点的数据通信,在Canoe的Trace版面下可以查看模拟过程中的实时数据。最终数据如图4。
摘要：文章介绍基于CANoe环境,来模拟控制器与ECU控制单元在can总线上的数据通信过程。
关键词：can总线,信号,消息,环境变量
参考文献
[1]史久根.CAN现场总线系统设计技术,2004年.
[2]陈觉晓,孙泽昌.基于canoe的实时can总线数据纪录软件的设计方法[J].测控技术,2006 vol25(2):45-47.
模拟通信 篇9
随着计算机仿真技术的发展, 构筑通信系统仿真平台, 可以在计算机上显示不同系统的工作原理, 进行波形观察、频谱分析和性能分析等, 为通信系统设计和研究提供强有力的指导。AM的调制与解调是最基本的模拟通信系统, 通过建立仿真模型能够反映AM模拟通信系统的动态工作情况, 具有较强的演示性、可视性和实用性, 是学习、研究和设计通信系统强有力的工具。
1 Lab VIEW简介
Lab VIEW是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言, 采用数据流编程方式, 程序框图中节点之间的数据流向决定了程序的执行顺序[2]。Lab VIEW提供很多外观与传统仪器 (如虑波器、频谱分析等) 类似的控件, 可以方便地创建用户界面。通过使用图标和连线编程对前面板上的对象进行控制, 这就是图形化源代码, 又称“G代码”或“程序框图代码”。Lab VIEW的核心是VI, VI有一个人机对话的用户界面———前面板 (Front Panel) 和相当于源代码功能的框图程序 (Diagram) , 前面板接受来自框图程序的指令。Lab VIEW还包含了大量的工具与函数用于数据采集、分析、显示与存储等[3]。
2 线性调制原理
线性调制是正弦载波的幅度随调制信号做线性变化的过程, 模型如图1所示。
AM就是线性调制的一种, 它利用调制信号去控制高频载波的幅度, 使其随调制信号呈线性变化。在波形上, 线性调制已调信号的幅度随基带信号变化而成正比的变化。
设调制信号m (t) 的频谱为m (ω) , 滤波器冲击响应h (t) 的频域响应为H (ω) , 则该模型
输出已调信号的时域和频域一般表示为
2.1 振幅调制 (AM) 原理
如果输入基带信号含有直流分量, 且h (t) 也是理想带通滤波器的冲激响应δ (t) , 即滤波器 (H (ω) =1) 为全通网络, 调制信号m (t) 叠加直流后与载波相乘 (模型见图2) , 就可以得到调幅 (AM) 信号[4], 其时域和频域表示式分别为
AM信号的波形和频谱如图3所示。
设基带信号m (t) 的最高频率为ωH, 则AM调制信号的带宽B=2ωH, 因此AM信号占用的带宽较大。
由于AM信号中包含载波, 信号功率中载波功率占据很大部分, 因此功率利用率较低, 为此, 采用抑制载波的双边带 (DSB) 调制可以提高功率利用率。
2.2 线性调制的解调
线性调制的解调方法分为相干解调和非相干解调两大类。
非相干解调 (又称包络检波) 是从已调信号的幅度变化中提取原基带信号。非相干解调实现起来非常简单, 但它只适应于包含有载波的普通调幅信号AM, 且存在门限效应。DSB和SSB信号不能采用简单的包络检波, 它们的包络不能直接反应调解信号的变化, 所以仍需采用相干解调。对于接收端插入大载波时的SSB和VSB调制信号, 可以用包络检波器调解出原基带信号。
相干解调 (又称同步检波等) , 就是利用已调信号的相位变化来恢复调制信号, 由相乘和低通滤波两部分组成, 图4为相干解调的原理模型图。相干解调对于AM、DSB、SSB都适用, 没有门限效应, 但它要求本地载波和接收信号的载波必须保持同频和同相。
AM信号的相干解调原理
假设输入信号为SAM (t) , 经乘法器后得
经低通滤波 (LPF) 后, 其中的2ωc频率分量被滤除, 得
3 幅度调制 (AM) 系统的仿真
根据系统的工作原理设计仿真系统, 调整仿真系统参数, 观察系统工作状态, 记录相关参数及相应工作曲线并进行分析[5]。
3.1 AM系统程序
AM掩饰程序.vi前面板如图5所示。通过前面板参数值的设置, 可得到所需频率和幅度的AM信号, 并能够实现对该信号的调制和解调, 最后用簇将信号的波形和频谱分别进行打包后, 通过Waveform Graph将信号的波形和频谱显示出来。输入“信号类型”、“基带频率”、“基带幅值”、“载波频率”、“载波幅值”、及“高斯白噪声”的数值, 然后单击运行按钮, 就可以看到Waveform Graph显示的原始信号、AM调制信号、解调后信号的波形图及频谱图。若单击“返回”按钮, 则系统关闭, 返回到调用该程序的上一程序界面。
AM掩饰程序.vi的后面板如图6所示。
从后面板程序中可以清楚的看出AM系统的构成及前面板功能是如何实现的, 这也正是Lab VIEW框图化程序独特的优点。双击后面板中任意一个输入或显示控件, 都会跳转至前面板看到该控件的输入项或显示结果。双击后面板中任意一个子程序, 都会进入相应子程序的前、后面板, 可看到子程序的具体实现。
从图6可见, 发送端的基带信号经AM调制模块后产生AM信号, 图中AM信号为AM信号的时域波形, 基带信号和AM信号经捆绑后经FFT运算得到基带信号和AM信号的频谱 (即图中的“频谱分析”) 。AM信号送入信道, 仿真信道子程序经信道加入高斯白噪声后到达接收端, 接收端将AM调制信号先于载波相乘, 然后通过一个低通滤波器 (即相干解调) , 接收滤波器的截止频率要略高于基带信号频率, 便得到了AM解调信号, 即图5、图6中所示的。
改变基带信号的“波形类型”、“基带幅度”、“基带频率”, 会看到解调出的AM解调信号也相应改变, 改变载波频率, 会在“频谱分析”中看到AM频谱移动, 可见该系统实现了正确传输。
3.2 AM调制子程序
AM调制子程序名为AM调制.vi, 本程序可以实时显示系统中各点的时域波形、频谱的搬移过程、调制与解调的详细实现过程。图7为AM调制模块前面板。
图8为AM调制模块后面板。用多谐波发生器产生一个仿真基带信号, 将它和直流偏移相加, 再和一个多谐波发生器产生的余弦载波相乘, 便可以得到AM调制信号 (即图7所示) , 这就完成了AM信号的调制。
4 结论
本文以虚拟仪器仿真软件Lab VIEW为基础, 利用子模块程序、参数设计模块、主程序模块和图像显示模块来实现幅度AM模拟通信系统仿真, 动态展现了AM模拟调制系统的时域波形与频域频谱的关系, 用于数字和实验中, 加深了学生的理解, 收到了良好的效果。
摘要：介绍了基于Lab VIEW的AM模拟系统仿真的方法 , 分析了调幅 (AM) 系统线性调制和解调的原理分析及模型仿真模块的建立与仿真;通过模拟通信系统仿真, 使得教学与实验直观易懂。
关键词：AM模拟通信系统,LabVIEW,仿真
参考文献
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飞行模拟器座舱仪表通信技术研究 篇10
在现代航空工业领域当中,现代飞机要求大量数据信息能够快速、有效地在飞机系统与系统、系统与部件之间进行高速传递。目前相当数量的军用机、民用机及运输机的数据通信都采用美国航空无线电公司(ARINC)制定的民用航空数字总线传输标准ARINC429,它定义了航空电子设备和系统之间相互通信的一种规范。
飞行模拟器是能够复现飞行器及空中环境并能够进行操作的模拟装置。模拟器上集成了许多数字仪表,可以按照ARINC429总线协议标准实现仪表与飞行模拟控制计算机间的数据传输。构建ARINC429总线网络可使用ARINC429总线控制芯片。但是考虑到经济因素,ARINC429总线控制芯片具有通用性即不够灵活、飞行模拟控制计算机无相应接口与之直接通信。文中提出在航空仪表周围开发出将以太网数据转化为ARINC429总线标准数据的模块。这样飞行模拟控制计算机就可以通过网络快速与航空仪表进行数据通信。
文中给出了以数字信号处理器(DSP)、FPGA、RTL8019AS以太网控制器、TCP/IP协议栈等构成的以太网转ARINC4299总线协议标准数据模块。
1 飞行模拟器座舱仪表通信系统总体结构
本系统如图1所示主要由交换机、以太网转ARINC429总线控制模块、航空仪表、仪表控制计算机组成,系统中的交换机、航空仪表是现成的,因而本系统所要解决的主要问题即为以太网转ARINC429总线控制模块如图2所示。
该模块主要由DSP 、FPGA、RTL8019AS、网络变压器等器件组成。
核心器件的主要功能及作用:主控芯片采用的是TI公司的TMS320LF2407A数字信号处理器,该芯片采用3.3V供电电压,最高主频可达40MHz,芯片具有丰富的片内外设,如异步串行口、AD、CAN总线、看门狗、事件管理器等。在本系统中DSP2407主要的功能是实现对以太网控制器数据进行接收处理,最后将数据发送给FPGA进行处理。
以太网控制芯片采用的是台湾瑞昱公司生产的RTL8019AS,具有8/16位总线模式,集成了IEEE802.3协议标准的介质访问控制子层(MAC)和物理层的性能,收发可同时达到10Mbps的速率。在系统中主要实现网络数据通信过程中的数据链路层和部分物理层的功能。
FPGA是现场可编程门阵列逻辑芯片,本系统中主要实现将DSP发送给FPGA的以太网数据转化为符合ARINC429总线标准的数据帧。
2 系统的实现
以太网转ARINC429总线控制模块实现主要包括3个部分:硬件设计、软件协议栈设计、逻辑设计。
2.1 硬件设计
用TMS320LF2407A和FPGA实现以太网转ARINC429总线控制模块的电路图如图3所示。
本系统中寄存器的基地址设置为300H,RTL8019AS共有32个输入输出地址:寄存器地址00H～0FH,DMA地址10H～17H,复位端口18H～1FH。因此A0～A4与DSP的地址线相连接即可,高位地址可以直接与VCC或者GND连接。这样可以减少PCB的连线。AEN引脚是地址有效使能信号,低电平有效,可以直接与DSP的IS信号连接。同时IQRB、IQWB、RSTDRV分别与DSP的读使能RD、写使能WE、复位信号RST连接。
DSP2407采用的是3.3V供电,RTL8019AS采用的是5V电平信号。DSP2407不能承受5V的电平信号,因此DSP与网络控制芯片之间的数据总线D0～D15间加一片16位宽度的SN74ALVC16245实现电平转换。由于片选、读写控制、地址信号都是由DSP发出的,且满足RTL8019AS的逻辑电平要求,因此可以不加电平转化芯片。
RTL8019AS与以太网进行通信,需要使用网络变压器,网络变压器可以将系统与网络隔离开、避免系统受到以太网的影响,同时还将RTL8019AS发出的数据信号调整到符合以太网的电平标准。
DSP与FPGA的连接信号主要包括地址数据总线、读写控制信号等。DSP向FPGA发送数据,然后FPGA通过FIFO、移位寄存器等将收到的数据变化为符合ARINC429标准的数据帧。最后使用HI-8571ARINC总线驱动器将数据送给仪表。
2.2 软件协议栈设计
以太网转ARINC429总线控制模块软件部分主要包括3个部分:网络控制芯片的驱动程序、TCP/IP协议栈的移植、设计应用层协议。
2.2.1 驱动程序
RTL8019AS芯片主要实现数据链路层和部分物理层的功能,对以太网数据帧收发进行控制。对于开发人员来说,驱动程序相对简单,只需要对寄存器操作。当发送数据的时候,只要按照以太网协议的格式,将数据写入到RTL8019AS的RAM中,然后启动发送命令,RTL8019AS会将以太网数据帧转化为物理信号在以太网上传输;当网络上有传送给本系统的数据时,RTL8019AS会自动地将物理信号转化为以太网数据帧存储在内部RAM中,用户可以使用查询或中断的方式来读取RAM中的数据帧。
芯片初始化步骤:
(1)网卡的复位。
(2)设置数据接收和发送配置寄存器RCR、TCR。
(3)设置接收缓冲区的起始、结束页地址PSTART、PSTOP。
(4)设置发送缓冲区起始页地址TPST。
(5)设置网卡接收的读写指针BNRY、CURR。
(6)设置网卡地址和数据配置寄存器。
数据发送程序步骤:
(1)启动远程DMA,将数据写入RAM中。
(2)启动发送命令。
数据接收程序步骤:
(1)通过查询的方式比较BNRY、CURR寄存器的 值,判断BNRY+1
(2)如果成立,启动远程DMA读RAM中的数据。
2.2.2 TCP/IP协议栈移植
TCP/IP是一个庞大的协议集,嵌入式系统由于受到资源方面的影响,不能将所有的协议移植进嵌入式系统,当然也没有必要移植所有的协议。本文中主要实现了IP、ARP、ICMP、UDP。本系统主要实现接收来自飞行模拟控制计算机UDP数据包。协议数据的接收实际是数据的解封装的过程。数据包解封装过程如图4所示。
接收数据包流程如图5 所示。
模块接收到以太网数据包时,判断是ARP数据报还是IP数据报,如果是IP数据报,则继续解析;否则进行ARP处理。解析出的IP数据报如果是UDP包,则接下来对应用层协议处理,本系统中要处理的是类ARCIN429协议;否则进行TCP或者ICMP处理。
2.2.3 应用层协议
以太网转ARINC429总线控制模块收到了UDP数据后,还要将UDP数据作相应的处理才能发送给FPGA,这样有利于FPGA逻辑部分的实现,同时也能保证数据的可靠性。因此有必要根据ARINC429数据字格式对UDP数据进行一个重新封装。ARINC429数据字格式由32位组成如表1所示。
规定:每次通过以太网发送给此模块的UDP数据为6个字节:第一字节为标志码、第二字节为源/目的地址识别码、第三四五字节为数据区数据、第六字节为符号状态位。按照表1的ARINC429数据字将UDP数据填入到相应的区间,最后进行奇偶校验运算后发送给FPGA处理。
2.2.4 逻辑设计
ARINC429总线使用差用差分信号传输,采用双极回零调制技术。速度达到100kbps。逻辑设计框图如图6所示。模块采用的是Spartan3E系列x3c100e FPGA,CLKOUT为DSP的输出时钟信号,大小为10MHz,它与FIFO的CLK_WR相连,使用DCM分频产生100kbps的CLK_RD时钟。考虑到DSP外部接口为16位数据宽度,发送两个数据就可以构成32位的ARINC429数据帧,因此逻辑设计中使用的是16位宽度DIN,32位宽度DOUT的异步FIFO。
数据在FPGA中的传输变化流程如下。
首先,FPGA将接收到的数据存储在异步FIFO中,然后根据空信号empty和移位寄存器空信号shift_empty来控制FIFO的读使能信号,读有效时将32位的数据送到移位寄存器,通过时钟信号一位一位地送给编码模块处理,最后得到需要的ARIN429信号。
在Modelsim环境下的仿真波形如图7所示。
图8中clk_wr和clk_rd分别对应FIFO的写时钟和读时钟,din为DSP送入FIFO的16位宽度数据,shift_empty为移位寄存器的空标志,如果为高电平代表数据帧已经从移位寄存器中发送完成,可以继续通过32位宽度的dout从FIFO读取数据。Data_effective表示ARINC429数据的有效性,有效时,data_429和data_429_n电平互补。当无效时输出的data_429和data_429_n都为低电平。
图8中输出的data_429和data_429_n信号还需要进行双极回零调制编码。
图8中out_429与out429_n信号为经过双极回零调制信号。相应的代码为:
最后将这两个信号送入ARINIC429电平驱动芯片HI-8571PSIF。
3 结束语
该以太网转ARINC429总线控制模块可以方便地实现飞行模拟控制计算机与航空仪表间的数据通信,同时为航空仪器仪表方便接入以太网提供了较好的解决方案。该方法综合了ARINC429和以太网数据通信的优点,在不降低系统可靠性的前提下,整个系统的从经济性、通信的带宽得到了很大的提高。但是系统也有一些不足之处,有些仪表有反馈信号送给飞行模拟控制计算机,系统目前只能实现单向的ARINC429数据传输。
因此下一步的工作可以继续研究探讨如何实现将航空仪表的ARINC429数据反向传输给飞行模拟控制计算机。
摘要：针对飞行模拟器座舱仪表控制系统的结构特点,提出基于DSP的以太网控制系统来实现仪表的ARCINC429数据通信;研究了TCP/IP协议栈的移植,并且根据ARINC429协议设计出相应的应用层协议,最后通过FPGA模拟ARCINC429标准的数据。整个系统运行表面,以太网转ARINC429总线控制模块结构简单,稳定可靠。
关键词：飞行模拟器,DSP,FPGA,RTL8019AS,ARCINC429
参考文献
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