МУ Общая электротехника и радиоэлектроника СПГ (1). Методические указания по выполнению контрольной работы 1 для студентов заочной формы обучения по специальности 21. 05. 01 Прикладная геодезия, направлению подготовки 21. 03. 03 Геодезия и дистанционное зондирование
 Скачать 3.2 Mb.
|
|
Вопросы для самоконтроля 1. Для чего необходимы дискретизация по времени и квантование по уровню? 2. Представление логических схем через электрические ключи? 3. Условное изображение инвертирующей схемы? 4. Что такое триггер. Для чего необходим триггер? 5. Что такое регистр. Для чего необходим регистр? 96 ПАКЕТНАЯ ПЕРЕДАЧА ДАНЫХ Структура пакета Вся информация, передаваемая по каналу связи: файлы, звук, видео и т. д., представляет собой массив цифровых данных, то есть сочетание единиц и нулей. Для передачи используют одну из двух технологий: передача коммутацией каналов, как это делается в телефонной сети передача коммутацией пакетов данных. Последняя технология для нас наиболее интересна. Она используется в сотовой связи, связи через спутник, Internet и др. На исходном сервере данные «разрезаются» на отдельные «порции» заранее оговоренной длины (например, по 256 байт), причем каждая из них в начале информационного блока снабжается индивидуальным «заголовком», а в конце блока – «трейлером». Такая «порция» информации включает и служебную, называется пакетом. В «заголовке» содержится информация о месте назначения (адрес), об имени файла, к которому принадлежит этот пакет, и о порядковом номере данного пакета (то есть о том, из какого места данного файла он был «вырезан»). В «трейлер» записывается длина, условие проверки пакета на наличие ошибки и адрес для запроса повторения передачи пакета, в случае обнаружения ошибки (передаётся только этот пакет, а не весь файл целиком – это главное преимущество пакетной передачи). Передача данных в сети интернет Пакеты пересылаются по сети Интернет, иногда даже по разным маршрутам, зависящим от трафика тех или иных линий связи. Маршрут следования каждого пакета определяет - IP-протокол. Такая технология передачи данных называется динамической маршрутизацией. На получающей станции каждый пакет после его получения проходит проверку на наличие ошибки, появившейся при передаче. Когда же все пакеты «в сборе», c помощью протокола TCP они автоматически объединяются в файл, являющийся точной копией исходного. В литературе, иногда, эти протоколы читают как один TCP/IP. Строго говоря, Интернет не является сетью, так как сеть подразумевает наличие администратора сети, обеспечивающий её работоспособность. Интернет – это среда обмена информацией, работающая под управлением протоколов IP и TCP. 97 Сотовая связь В сетях сотовой связи, например, в сетях GSM, используется технология GPRS пакетной передачи данных по радиоканалу (General Packet Radio Service). Благодаря тому, что пакеты одновременно предаются по разным каналам, максимально возможная скорость доступа в сеть с помощью технологии GPRS составляет 170 Кбит/сек. При этом голосовой канал занят только во время передачи данных (пока звучит голос), а не постоянно, как при других формах доступа в сеть. Это даёт возможность вести разговор «одновременно» очень большому количеству абонентов. Достоинства технологии коммутации пакетов: Высокая общая пропускная способность сети при передаче пульсирующего трафика. Возможность динамически перераспределять пропускную способность физических каналов связи между абонентами в соответствии с реальными потребностями их трафика. Недостатки коммутации пакетов Неопределенность скорости передачи данных между абонентами сети, обусловленная тем, что задержки в очередях буферов коммутаторов сети зависят от общей загрузки сети. Переменная величина задержки пакетов данных, которая может быть достаточно продолжительной в моменты мгновенных перегрузок сети (например, под Новый год, когда все друг друга пытаются поздравить с использованием сотового телефона). Возможные потери данных из-за переполнения буферов. В настоящее время активно разрабатываются и внедряются методы, позволяющие преодолеть указанные недостатки, которые особенно остро проявляются для чувствительного к задержкам трафика, требующего при этом постоянной скорости передачи. Такие методы называются методами обеспечения качества обслуживания (Quality of Service, QoS). Сети с коммутацией пакетов, в которых реализованы методы обеспечения качества обслуживания, позволяют одновременно передавать различные виды трафика, в том числе такие важные как телефонный и компьютерный. Поэтому методы коммутации пакетов, сегодня считаются 98 наиболее перспективными для построения конвергентной сети, которая обеспечит комплексные качественные услуги для абонентов любого типа. Методы обнаружения ошибок Существует два метода обнаружения ошибки в принятой информации: Проверка на чётность/нечетность; Метод полиномиальных кодов Проверка на четность/нечетность Это самый простой способ обнаружить ошибку в принятой информации. Он имеет низкую надёжность, поэтому используется при передачи очень коротких сообщений, например, символа (8 бит). Перед передачей передающая станция определяет четное или нечетное число единиц, и добавляет к сообщению специальный бит четности/нечетности. Это может быть «1» или «0» (как оговорено в используемом протоколе) Приёмная станция также подсчитывает количество единиц, если четность/нечетность совпала, делается вывод об отсутствии ошибки. Понятно, что при четном количестве ошибок в сообщении, они не обнаруживаются. Отсюда, малая надёжность метода. Для обнаружения ошибки в пакете этот метод не используется. Метод полиномиальных кодов Метод использует известное свойство двоичных чисел: сумма любого числа по модулю «2» с самим собой равна нулю. При делении двоичного числа М на другое двоичное число G, может получиться остаток R. Тогда по свойству двоичных чисел 0 G R M Число М передаваемая информация (кадр) Число G называется порождающим полиномом. Остаток R называется КПК (Комбинацией Проверки Кадра) К числу М – содержимому всего кадра присоединяется набор нулей, число которых равно числу цифр в вырабатываемой КПК (то есть М умножается на 2 n , где n – разрядность КПК). Порождающий полином должен содержать на один разряд больше, чем у КПК. Операция деления М на G равносильна операции «исключающего ИЛИ», выполняемой одновременно над парами битов по мере обработки каждого бита 99 делимого: деление может быть осуществлено с каждым частным остатком при условии, что оба числа имеют одинаковую длину, то есть оба старших бита равны единице. Относительное значение обоих чисел не учитывается. Пример. Цепочка 8-битных кадров должна быть определена по линии связи с КПК для обнаружения ошибок. Определить КПК. Содержимое кадра 11100110. Порождающий полином 11001. С добавленными нулями 111001100000. Порождающий полином 11001, пятиразрядный, поэтому к содержимому кадра добавлено четыре нуля. В результате деления 111001100000 на 11001 получается остаток 0110, это и будет КПК. В приёмнике вся полученная последовательность битов полученного информационного кадра 111001100110 делится на тот же порождающий полином, который был применён при передаче. Если остаток равен нулю, то в кадре ошибок нет. Международный консультативный комитет по телеграфии и телефонии (МККТТ) предложил для применения в коммутируемых телефонных сетях 17- рязрядный порождающий полином: 10001000000100001. Следовательно, к сообщению должны быть присоединены 16 нулей. Этот метод является основным методом, применяемым для обнаружения ошибок. После того как ошибка обнаружена на принимаемой станции, передающая станция не получит от приёмной подтверждение (специальный кадр, называемый АСК, от acknowledgement (агл) - подтверждение), что переданный кадр не имеет ошибки. Не получив АСК, передающая станция будет повторно его передавать до тех пор, пока не получит на посланный информационный кадр, кадр АСК. Это общая технология получения информации без ошибок. Существует несколько протоколов, реализующих это. Из них самый прогрессивный, позволяющий исключить время ожидания кадра АСК, то есть увеличить трафик, получил название «Непрерывная передача – Запрос». Однако, этот протокол требует большой буферной памяти, где должны храниться все кадры ещё не получившие АСК. Цифровая (дискретная) электроника, в отличие от аналоговой, имеет большую помехозащищённость, так как имеется два фиксированных уровня 100 сигнала (потенциала), соответствующие значению примерно 5 вольт для «1» и примерно 0,5 вольт для «0». Эти уровни могут изменяться и зависят от применяемых микросхем, но важным здесь является разница в напряжении между единицей и нулём. Чем она больше, тем выше помехозащищённость. При переходе от аналогового сигнала , а почти все датчики, применяемые в геодезии, выдают аналоговый сигнал, к цифровому, шаг квантования можно взять достаточно мелкий, что приведёт к повышению общей точности измерений. Именно эти преимущества цифровой электроники привели к её широкому использованию в настоящее время. Вопросы для самоконтроля 1. Преимущества пакетной передачи информации? 2. Способы определения ошибки в принятом сообщении? 3. Суть метода выявлении ошибки с использованием КПК (комбинация проверки кадров)? 101 КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №1 ПРИМЕР Представлена электрическая цепь постоянного тока. 1. Определить падение напряжения на сопротивлении R2 2. Проверить баланс мощностей МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЕ задание 1 Расчет цепи постоянного тока Анализ схемы начинают с узлов для возможного её упрощения и выбора метода расчета. Признак узла – точка, показывающая соединение, следовательно, ёмкость С к схеме не подключена и её рассматривать не надо. Расчет любой задачи начинается с конца, то есть с того что требуется определить, то есть U R2 . По закону Ома для участка там, где находится R2 U R2 = I R2 (ток, протекающий через R2, умноженный на величину R2) В этом выражении неизвестен ток в сопротивлении R2, задача свелась к тому, чтобы найти этот ток. Для этого применяем закон Ома, но для другого участка, там, где известно напряжение U, это приложенное напряжение На этом участке находятся: Индуктивность L2 Ёмкость отсутствует, так как она не подсоединена Сопротивление R, подключенное параллельно L2 102 И последовательно к этому участку сопротивление R2/ Таким образом, ток на этом участке и, следовательно, в сопротивленииR2 будет: Это с учётом того, что индуктивность постоянному току сопротивления не оказывает, то есть она закорачивает резистор R,ток будет испытывать только сопротивление R2. Возвращаемся в начало и определяем напряжение на сопротивлении R2 2.Провеяем баланс мощностей. Мощность, которую выдаст источник, должна полностью потратиться UI = I 2 R2 . Так как резистор R (I = 0) и индуктивность (R = 0) энергии не потребляют Представлена электрическая цепь постоянного тока. 1. Определить падение напряжения на сопротивлении R2 2. Проверить баланс мощностей 103 Исходные данные по вариантам. Задание 1 № варианта = последняя цифра шифра Приложенное напряжение U (В) параметры L (Гн) C (мкф) R (Ом) R2 (Ом) 1 60 0,1 70 20 20 2 100 0,2 80 30 30 3 50 015 70 40 40 4 150 0,35 80 50 50 5 110 0,12 70 25 25 6 120 0,3 80 35 35 7 130 0,4 70 45 45 8 80 0,45 80 55 55 9 90 0,5 70 60 60 0 70 0,6 80 65 65 Задание 2 Пример Расчет цепи переменного тока Все параметры определены на схеме. Индуктивность L1 в схему включена, хотя точки присоединения не обозначены, что формально является ошибкой 104 Методические указания 1. Анализ начинается с узлов. Схема (рис 1) содержит два узла, которые визуально на схеме никак не выделены, что является ошибкой. В данном случае схема очень простая и , совершенно очевидно, что индуктивность L1 присоеденена с двух сторон. Схема содержит три ветви.a) с С1, в) с L1 и с) с R2 , следовательно, нам предстоит найти три неизвестных тока, так как в каждой ветви должен быть свой ток, и два независимых контура, рассмотрим их в виде ячеек схемы, слевой и правой стороны от индуктивности L1. 2. Для расчета применим символический метод, то есть, метод комплексных амплитуд, или для действующих значений, которое, как вы должны помнить, меньше амплитудного в раз. Действующее значение нам понадобится для проверки баланса мощномтей, Так как мощности определяются при действующих значениях. Сущствует ещё классический метод расчета, требующий после каждого действия определять фазовый угол найденного параметра. Мы воспользуемся символическим методом, так как при его применении фазовые углы получаются в процессе расчета 3. Перейдём от исходной схемы к расчетной комплексной. Комплексная схема – это математическая схема, позволяющая провести расчет цепи в комплексных числах, а затем перейти к исходной схеме Рис 2 105 Предположим, что в момент времени t = 0, для которого будем вести расчет, вектор приложенного напряжение занимал положение с начальной фазой в +30 0 , то есть, , где ω=100 с , ϕ=30 0 . Вектор приложенного напряжения Ú = 70,7 70,7 sin 30 o . Емкостное сопротивление X c = = = 100 Ом (это величина сопротивления). Вектор X c = X c е -J90 вектор направлен по оси мнимых значений (-J90 0 ). Индуктивное сопротивление X L =ωL . Вектор X L =ωL вектор направлен по оси J вверх . Для постоянного тока ω=нулю (периодических колебаний нет). Поэтому постоянный ток можно рассматривать как частный случай переменного, когда ω = 0. Резисторы, или активные сопротивления, не создают фазового сдвига, закон Ома выполняется в любой момент времени t., то есть, напряжения на активном сопротивлении совпадает по фазе с током. Сопротивление в комплексной форме u = iR, R = R Вам необходимо определить параметры в комплексной форме Далее весь расчет проводим для схемы рис 2 любыми методами расчета цепей постоянного тока, но в комплексной форме Вам должны быть известны три метода расчета цепей постоянного тока: Метод контурных токов Метод двух узлов Все методы основываются на законах Кирхгофа и законах Ома, поэтому расчет цепей по законам Кирхгофа не относится к методам расчета. 106 Метод контурных токов Метод контурных токов основан на втором законе Кирхгофа. Уравнения составляются по второму закону Кирхгофа, но для контурных токов. Эти токи математические и имеют другое обозначение «Ј» (заглавная буква «И» в «мягком» начертании). Графически контурный ток в независимом контуре изображается как разорванная окружность со стрелкой. Составим уравнения для контурных токов схемы рис2. Контуры выберем по ячейкам. Помним, так как у нас схема с комплексными параметрами, то уравнения должны быть векторными. Для правильного определения знаков величин зададимся произвольно положительным направлением контурных токов в ячейках. Направление источника питания в левом контуре может быть любым – сверху-вниз или снизу-вверх, (так как при этом изменится только фаза на 180 о , учитывая цикличность на величине действующего значения это не отразится), а направление напряжений – по направлению выбранного тока. Напомню, что знак определяется по совпадению направления величины с положительным направлением обхода, а обход будет совпадать с направлением контурного тока. Составляем уравнение для левого контура, получим: J 1 (R 1 е j0 +X c1 e -j90 +X L1 e j90 ) ±{учитываем, что в этом контуре по сопротивлению X L1 протекает контурный ток J 2 , создавая падение напряжения на индуктивном сопротивлении знак которого определяется согласно направлению обхода левого контура} ± J 2 X L1 = ± Ú Все члены уравнения – вектора΄, потому над J должна стоять точка, которой нет из-за отсутствия такого символа у меня в компьютере. Аналогично, для правого контура. Сопротивление в круглых скобках называется «собственное сопротивление контура», оно всегда положительное, а сопротивление при J 2 называется «смежное». В результате получается система двух уравнений с двумя неизвестными. Решается однозначно относительно J 1 и J 2 Действительные токи в собственных ветвях контура равны контурным и совпадают с ними по направлению. В смежной ветви (у нас L 1 ), действительный ток равен алгебраической сумме контурных и совпадает по направлению с большим контурным током. 107 Метод двух узлов Метод 2-х узлов является следствием закона Ома для участка цепи и первого закона Кирхгофа. Применим только для цепей с двумя узлами. Вернёмся к рис. 2 рис3 В узле «а» сходятся три тока. Тогда по первому закону Кирхгофа: I c1 + I L1 +I R2 = 0 - это векторное уравнение, поэтому писать I без точки нельзя Раскроем каждый ток по закону Ома для участка цепи, участок будем рассматривать как целую ветвь. Заменим в формуле закона Ома напряжение как разность потенциалов, учитывая, что ветвь с X c1 является активным участком с источником Ú. Считаем, что все токи сходятся в узле «а» Раскрывая I c1 по закону Ома нужно помнить, что ЭДС берётся с + , если помогает току, то есть совпадает с ним по направлению. В нашем случае это выбранное вами направление Ú, хотя для постоянного тока вы помните, что направление ЭДС (внутри источника) и напряжение между клемм противоположны. Левый индекс напряжения – индекс высокого потенциала, то есть в нашем случае это В. Ú BA так как по нашему условию ток течет от узла В. В полученном уравнении в числителях будет два неизвестных: потенциал узла «а» и потенциал узла «в». Вы должны помнить, что |