Estudio del circuito ya implementado con componentes discretas
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Base de Tiempo Generador de 50Hz Sidéreos IAR / UTN - FRA Cátedra: Práctica Supervisada Realizador: Bayerca, Ezequiel Supervisor: Olalde, Juan Carlos Fecha: 31/01/2007 Informe Interno 94 Base de Tiempo Sidérea ÍNDICE 1. Introducción 2. Requerimientos 3. Sistema a reemplazar 3.1. Estudio del generador de 50 Hz Sidéreos. 3.2. Simulación del sistema 3.3. Cálculo de errores 4. Nuevo sistema 4.1. Desarrollo del CPLD 4.3. Descripción del modelo funcional del CPLD 4.2. Circuito eléctrico del sistema completo 4.3. Circuito impreso 4.4. Lista de materiales 4.5. Implementación del sistema 4.6. Montaje 4.7. Medición 4.8. Herramientas de desarrollo 5. Conclusiones 6. Referencias 7. Agradecimientos Cátedra Realizador Supervisor Instituto Argentino de Radioastronomía UTN - FRA Práctica Supervisada Bayerca, Ezequiel Olalde, Juan Carlos 15/02/2008 pag. 2 pag. 3 Pag. 4 pag. 6 pag. 8 pag. 10 pag. 12 pag. 13 pag. 17 pag. 19 pag. 20 pag. 21 pag. 22 pag. 23 pag. 24 pag. 25 pag. 26 1/26 Base de Tiempo Sidérea 1. Introducción El objetivo del presente trabajo es de realizar el diseño, construcción e implementación de un módulo de generación de Base de Tiempo sidérea para el nuevo sistema de referencia de tiempo y frecuencia dentro del marco del Instituto Argentino de Radioastronomía (en adelante IAR). Para ello se estudió previamente el sistema a reemplazar el cual usa, en su totalidad, componentes discretos, y luego se lo reemplazó, basándose en el mismo sistema, por un desarrollo a base de “software” con la programación de un CPLD (Complex Programmable Logic Device). El módulo de Base de Tiempo Sidérea (en adelante BTS) se encarga de proveer las señales de referencia sidérea para el sistema de relojes y los sistemas de apuntamiento de los radiotelescopios. Este sistema utiliza como referencia un Oscilador de 1 MHz para generar a la salida una señal de frecuencia 50.136895 Hz universales, esto es equivalente a 50Hz Sidéreos que es la unidad utilizada por la astronomía para sus estudios, es decir, lo que se conoce como 1 segundo universal equivale a 1.00273791 segundos sidéreos. La complejidad de este sistema se halla en que los 50 Hz Sidéreos no pueden ser generados en base a una división entera de la frecuencia de referencia. Cátedra Realizador Supervisor Instituto Argentino de Radioastronomía UTN - FRA Práctica Supervisada Bayerca, Ezequiel Olalde, Juan Carlos 15/02/2008 2/26 Base de Tiempo Sidérea 2. Requerimientos Se requiere de este sistema que con una señal patrón de entrada genere dos señales distintas. La señal patrón es de 1MHz universal y las señales de salida deben ser, una de frecuencia igual a 50Hz Sidéreos y otra de período igual a 240msg Sidéreos, o lo que es equivalente a 50.13689055Hz y 239.344719mSg universales. Cátedra Realizador Supervisor Instituto Argentino de Radioastronomía UTN - FRA Práctica Supervisada Bayerca, Ezequiel Olalde, Juan Carlos 15/02/2008 3/26 Base de Tiempo Sidérea 3. Sistema a reemplazar 3.1. Estudio del generador de 50 Hz Sidéreos. La tarea principal de este sistema se basa en la utilización de un oscilador de referencia de 1 MHz para generar una frecuencia de 50.136895 Hz, y como puede verse no alcanza con realizar una simple división de frecuencia. La siguiente figura nos muestra en forma esquemática, como estaba implementado el generador de 50Hz Sidéreos f1 f2 f5 12 2 f4 U7B QA CKA QB QC CKB QD 13 11 10 9 15 12 U8B QA CKA QB QC CKB QD 74LS390 13 11 10 9 15 12 74LS390 13 11 10 9 QA CKA QB QC CKB QD f out CLR 15 74LS390 14 4 3 5 6 7 CLR f3 U5B QA CKA QB QC CKB QD 14 1 3 4 NAN4 CLR 5 CLR U5A U12 14 1 2 74LS390 0 5 f1 7497 0 0 f in_1MHz 11 10 4 1 14 15 2 3 12 9 7 6 5 f2 7497 ENin STROBE B0 ENout B1 B2 Y B3 B4 Z B5 UNICAS CLK VCC U4 11 10 4 1 14 15 2 3 12 9 7 6 5 f3 7497 0 ENin STROBE B0 ENout B1 B2 Y B3 B4 Z B5 UNICAS CLK CLR 6 ENin STROBE B0 ENout B1 B2 Y B3 B4 Z B5 UNICAS CLK 7 6 5 f4 7497 13 7 13 VCC 11 10 4 1 14 15 2 3 12 9 13 0 ENin STROBE B0 ENout B1 B2 Y B3 B4 Z B5 UNICAS CLK CLR 11 10 4 1 14 15 2 3 12 9 f _enable3 U3 VCC 13 U1 5Vdc f _enable2 U2 VCC CLR V1 CLR f _enable1 VCC 0 CLK Figura 1 – Circuito esquemático de la base de tiempo a reemplazar La señal de 1 MHz, es distribuida a cada uno de los clk`s de los contadores sincrónicos SN7497. Estos contadores tienen la particularidad de generar tantos pulsos de salida como hayamos pre-seteado cada 64 pulsos de entrada, es decir, este contador contiene 64 estados, de los cuales, utiliza 63 para la distribución de la cantidad de pulsos pre-seteados y el estado nº 64 lo utiliza como “enable” para otro contador conectado en cascada; la relación de la frecuencia de la señal se salida con respecto a la (M ⋅ fin ) donde M es el numero de pulsos de salida. Por de entrada esta dada por f out = 64 f otro lado la frecuencia de “enable” esta dada por f enable = in , y para los contadores de 64 la cascada la frecuencia de entrada ya no va a estar dada por f in sino por su habilitación f enable . Entonces: f1 = (32 ⋅1MHz ) = 500 KHz f enable1 64 1MHz = = 15625Hz 64 Cátedra Realizador Supervisor Instituto Argentino de Radioastronomía UTN - FRA Práctica Supervisada Bayerca, Ezequiel Olalde, Juan Carlos 15/02/2008 4/26 Base de Tiempo Sidérea f2 = (5 ⋅15625Hz ) = 1220.703125Hz 64 15625Hz f enable 2 = = 244.140625 Hz 64 (38 ⋅ 244.140625Hz ) = 144.958496 Hz f3 = 64 244.140625 Hz f enable3 = = 3.814697 Hz 64 (55 ⋅ 3.814697 Hz ) = 3.278255Hz f4 = 64 Ya que la salida de estos contadores es negada, es decir normalmente mantiene un “uno lógico” y genera los pulsos con un “0 lógico”, la compuerta “nand” pone a la salida un “uno lógico” cada vez que alguna de sus entradas genera un pulso, esto significa que suma pulsos en función del tiempo. De esta forma y teniendo en cuenta que los pulsos de los distintos contadores no se superponen en tiempo (por su forma de trabajo) se llega a la conclusión que, genera una frecuencia de salida producto de la suma de las frecuencias en su entrada, por lo tanto f 5 = f1 + f 2 + f 3 + f 4 f 5 = 500KHz + 1220,70 Hz + 144.96 Hz + 3.28Hz f 5 = 501368.94 Hz Como se ve en las fórmulas anteriores, este sistema se basa en la aproximación a un múltiplo de la frecuencia deseada; por cada contador que se agrega en cascada mejor es la aproximación. Por último, se divide la señal f 5 a través de cuatro 74LS390 que dividen por 10, logrando obtener f f out = 54 10 f out = 50.136894Hz Cátedra Realizador Supervisor Instituto Argentino de Radioastronomía UTN - FRA Práctica Supervisada Bayerca, Ezequiel Olalde, Juan Carlos 15/02/2008 5/26 Base de Tiempo Sidérea 3.2. Simulación del sistema Las simulaciones se realizaron sobre el circuito eléctrico de la figura 1. fin:1 F1 F_EN1 F2 F_EN2 F3 F_EN3 F4 F5 FOUT 0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms Time 60ms 70ms 80ms 90ms 100ms Figura 2 – Simulación fin:1 F1 F_EN1 F2 F_EN2 F3 F_EN3 F4 F5 FOUT 0.09ms 1.00ms 2.00ms 3.00ms 4.00ms 5.00ms Time 6.00ms 7.00ms 8.00ms 9.00ms 10.00ms Figura 3 - Simulación Cátedra Realizador Supervisor Instituto Argentino de Radioastronomía UTN - FRA Práctica Supervisada Bayerca, Ezequiel Olalde, Juan Carlos 15/02/2008 6/26 Base de Tiempo Sidérea fin:1 F1 F_EN1 F2 F_EN2 F3 F_EN3 F4 F5 FOUT 3.96ms 3.98ms 4.00ms 4.02ms 4.04ms 4.06ms Time 4.08ms 4.10ms 4.12ms 4.14ms 4.16ms Figura 4 – Simulación fin:1 F1 F_EN1 F2 F_EN2 F3 F_EN3 F4 F5 FOUT 20.47286ms 20.47400ms 20.47600ms 20.47800ms 20.48000ms Time 20.48200ms 20.48400ms 20.48600ms Figura 5 - Simulación Todas las figuras pertenecen a la misma simulación, solo difieren en la escala temporal para poder apreciar todas las señales. La señal fin pertenece a la señal de referencia de 1MHz y fout a la señal de 50Hz sidéreos Cátedra Realizador Supervisor Instituto Argentino de Radioastronomía UTN - FRA Práctica Supervisada Bayerca, Ezequiel Olalde, Juan Carlos 15/02/2008 7/26 Base de Tiempo Sidérea 3.3 Calculo de errores En este sistema podemos discriminar dos tipos de errores, uno instantáneo y otro permanente. El error permanente se debe a que el sistema esta preparado para generar una señal de frecuencia 50.136894Hz cuando en realidad se requiere una señal de frecuencia 50.136895Hz. f teórica = 50.136895Hz f aprox = 50.136894 Hz Esto equivale a decir, en unidad de tiempo 1 = 19.94539191× 10-3 sg Tt = f teórica Ta = 1 f aprox = 19.9453915 13 × 10 -3 sg Y el error relativo porcentual será ∆T Tt − Ta ε% = = × 100 = 1.9945 × 10 -6 % Tt Tt Si calculamos el error que se comete en un año ∆T sg = 31.536 × 106 ×ε año año ∆T msg = 629 año año Por otro lado, el error instantáneo se debe a que la frecuencia de salida no es generada uniformemente, podemos interpretarla como una señal a la que se le va corrigiendo la frecuencia agregándole pulsos cada ciertos períodos. Por ejemplo si una señal aporta 2.5 pulsos promedio por cada ciclo, esta podría distribuirse en 2 pulsos en un ciclo y 3 pulsos en el siguiente, 2p + 3p p = 2.5 2ciclos ciclo Lo cual daría un máximo error de 0.5 pulsos en un ciclo pero se compensaría en el siguiente. Cátedra Realizador Supervisor Instituto Argentino de Radioastronomía UTN - FRA Práctica Supervisada Bayerca, Ezequiel Olalde, Juan Carlos 15/02/2008 8/26 Base de Tiempo Sidérea Volviendo a nuestro caso tenemos que los contadores generan la cantidad de pulsos que le pre-seteamos cada 64 pulsos de entrada, 1º contador: 32 p cada 64p de 1MHz o cada 64usg 2º contador: 5 p cada 642 p de 1MHz o cada 4.096msg 3º contador: 38 p cada 643 p de 1MHz o cada 262.144msg 4º contador: 55 p cada 644 p de 1MHz o cada 16.777sg Esto significa que cuando se cumplen los 64 pulsos de entrada recién podemos asegurar que se generó la cantidad de pulsos deseada. Para encontrar un error máximo podemos suponer que si no pasó este período en la entrada el contador no generó ningún pulso. En 19.945391513msg que dura un ciclo de la señal de salida caben 311 períodos completos de 64usg o 9952 pulsos del 1º contador 4 períodos completos de 4.096msg o 20 pulsos del 2º contador Del tercer y cuarto contador no cabe ningún período completo en un solo ciclo de la señal de salida. Al final de este único ciclo ingresaron 9972 pulsos lo que generó 9972 pulsos = 499965.12 Hz 19.945391513 × 10-3 sg Este valor transferido a la salida, dividido por 10000, nos da f ins tan tan ea = 49.996512Hz Pasando esta expresión en función del tiempo Tins tan tan ea = 20.001395msg Por último si calculamos el error de éste con respecto al teórico ∆T = Ti − Tt = 56µsg Se debe tener en cuenta que este error no es acumulativo al pasar el tiempo ya que se va auto corrigiendo, la condición de máximo error instantáneo se da tomando un solo ciclo; si para una medida se toman “X” ciclos el error absoluto sigue siendo el mismo. Cátedra Realizador Supervisor Instituto Argentino de Radioastronomía UTN - FRA Práctica Supervisada Bayerca, Ezequiel Olalde, Juan Carlos 15/02/2008 9/26 Base de Tiempo Sidérea 4. Nuevo sistema 4.1. Desarrollo del CPLD Para el desarrollo del sistema se utilizó un CPLD XC9500 de Xilinx. En el sistema desarrollado se pedía, con una señal de referencia de 1MHz, generar una señal de frecuencia 50Hz sidéreos, y otra señal de período 240ms sidéreos presentes en cuatro puertos cada una. El componente creado es el siguiente Figura 6(a) – Modelo discreto del CPLD Figura 6(b) – Topología interna del CPLD Cátedra Realizador Supervisor Instituto Argentino de Radioastronomía UTN - FRA Práctica Supervisada Bayerca, Ezequiel Olalde, Juan Carlos 15/02/2008 10/26 Base de Tiempo Sidérea Y su modelo funcional se muestra en la siguiente figura SEÑAL DE REFERENCIA 1 MHz 500KHz SIDÉREOS DIVISOR PUNTO FLOTANTE DIVISOR ENTERO DIVISOR ENTERO %10000 %12 CLR 240 msg SIDÉREOS 50 Hz SIDÉREOS CONTROL DE EXISTENCIA DE SEÑAL AVISO XTAL 10MHz CONTROL DE ENCENDIDO Y RESET LED Figura 7 – Modelo Funcional del CPLD Cátedra Realizador Supervisor Instituto Argentino de Radioastronomía UTN - FRA Práctica Supervisada Bayerca, Ezequiel Olalde, Juan Carlos 15/02/2008 11/26 Base de Tiempo Sidérea 4.2 Descripción del modelo funcional del CPLD La señal de referencia ingresa a un divisor por punto flotante, el cual convierte la señal de 1MHz a 500KHz sidéreos con el método descrito anteriormente. Para ello se programaron componentes que funcionan de la misma forma que los 7497 y luego se sumaron las frecuencias de las distintas señales mediante la compuerta NAND. Por último se divide esta señal por divisores enteros para lograr las señales de 50Hz y 240msg sidéreos. Otro de los bloques, “control de existencia de señal”, como su nombre lo indica, se encarga de verificar la presencia de la señal de referencia, contrastándola contra un oscilador a cristal de 15MHz, en caso de ausencia de la misma, el sistema lo comunica mediante la señal AVISO y un led testigo. Cátedra Realizador Supervisor Instituto Argentino de Radioastronomía UTN - FRA Práctica Supervisada Bayerca, Ezequiel Olalde, Juan Carlos 15/02/2008 12/26 Base de Tiempo Sidérea 4.2. Circuito eléctrico del sistema completo El sistema completo cuenta con 5 módulos como se muestra en la figura 8. Se puede ver en ella que la base de tiempo esta acoplada a un módulo de control y un puerto de comunicación que no están desarrollados pero ya están pensados funcionalmente e implementados en el mismo circuito impreso. Signal Output Demux Switch Control AVISO AVISO net1 net2 net3 net4 net5 net6 net7 net8 Dir RS485 TX_RS485 RX_RS485 net1 net2 net3 net4 net5 net6 net7 net8 uControlador Signal Out CPLD y Accesorios Comunicación Dir RS485 RX_RS485 TX_RS485 Fuentes RS485 Sources COMGROUP = 2 Author = Semegone Juan Martín - Bay erca Ezequiel INSTITUTO ARGENTINO DE RADIOASTRONOM IA Title Bas e de Tie m po - M ódulo Bas e de Tie m po Sidé re a Size Document Number Custom Diagrama Date: Rev 1 General Thursday , October 19, 2006 Sheet 1 of 1 Figura 8 Cátedra Realizador Supervisor Instituto Argentino de Radioastronomía UTN - FRA Práctica Supervisada Bayerca, Ezequiel Olalde, Juan Carlos 15/02/2008 13/26 Base de Tiempo Sidérea A continuación se muestran les circuitos eléctricos que corresponden a cada módulo D1 LED J1 VREG L3 2 1 Vdc 10uH CON2 CU8C1 CU8A1 R200 CU1 10uf COMGROUP = 5 Author = Semegone Juan Martín - Bay erca Ezequiel INSTITUTO ARGENTINO DE RADIOASTRONOM IA Title Bas e de Tie m po - M ódulo Bas e de Tie m po Sidé re a Size A Date: Document Number Rev 1 Alimentación Monday , October 09, 2006 Sheet of 4 6 Figura 9 9 10 11 12 13 14 15 16 Vdc TP5 TP4 16 TP3 U3 net1 1 net2 7 9 net4 15 AOUT AOUT AIN BOUT BOUT BIN COUT COUT CIN DOUT DOUT DIN 8 net3 EN EN GND 12 4 1 1 1 1 C1 VCC TP2 2 3 6 5 10 11 14 13 R18 R19 R20 R21 R22 R23 R24 R25 DS26C31AMJ P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 1 2 3 4 5 6 7 8 P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 25 26 27 28 29 30 31 32 P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 17 18 19 20 21 22 23 24 9 10 11 12 13 14 15 16 Vdc TP9 16 TP8 U4 1 1 1 1 C2 12 4 net5 1 net6 7 9 net8 15 AOUT AOUT AIN BOUT BOUT BIN COUT COUT CIN DOUT DOUT DIN 8 net7 EN EN VCC TP6 GND TP7 P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 2 3 6 5 10 11 14 13 R26 R27 R28 R29 R30 R31 R32 R33 DS26C31AMJ 1 2 3 4 5 6 7 8 25 26 27 28 29 30 31 32 17 18 19 20 21 22 23 24 P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 U8B U8A 50 Hz Sidéreos U8D U8C U9B U9A 240 mseg. Sidéreos U9D U9C COMGROUP = 1 Author = Semegone Juan Martín - Bay erca Ezequiel INSTITUTO ARGENTINO DE RADIOASTRONOM IA Title Bas e de Tie m po - M ódulo Base de Tiem po Sidérea Size B Date: Document Number Rev 1 Line Driver Monday , October 09, 2006 Sheet 1 of 1 Figura 10 Cátedra Realizador Supervisor Instituto Argentino de Radioastronomía UTN - FRA Práctica Supervisada Bayerca, Ezequiel Olalde, Juan Carlos 15/02/2008 14/26 Base de Tiempo Sidérea JTAG - Prog. J3 Vdc J_CPLD1 6 5 4 3 2 1 CON2 Vdc CU7A1 TCK TDO TDI TMS CU7A2 U13 Vdc 1 2 3 4 35 6 25 12 CON6 REFERENCIA - 1MHz BAL Vdc R210 C20 TP10 R120 C100 EN EN AIN AIN BIN BIN CIN CIN DIN DIN 3 AOUT REF_OSC 13 BOUT 5 COUT 11 DOUT 8 CON8 18 14 13 19 20 22 24 28 AVISO 1 U7 12 4 1 2 15 14 7 6 9 10 D10 16 R13 VCC R110 8 7 6 5 4 3 2 1 BC547A Q1 GND J10 15 TDI 17 TCK DS26C32AMJ Vdc 16 TMS 26 44 39 40 9 11 7 8 I/O_1 I/O_16 I/O_2 I/O_27 I/O_3 I/O/GSR I/O_4 I/O/GTS2 I/O_22 I/O_28 I/O/GCK2 I/O_6 I/O_15 I/O/GCK3 I/O_7 I/O_5 I/O_10 I/O_9 I/O_8 I/O_11 I/O_12 I/O_13 I/O_14 I/O_18 29 38 43 36 I/O_19 I/O_25 I/O_26 I/O_23 TCK VCCIO 240mseg. Sidéreos REF_OSC HS_CLK nReset 30 TDO TMS 50Hz Sidéreos LED_1MHz_BAL 37 5 34 42 33 27 I/O_24 I/O/GCK1 I/O_21 I/O/GTS1 I/O_20 I/O_17 TDI net1 net2 net3 net4 net5 net6 net7 net8 TDO 10 23 31 32 21 41 LED_1MHz_BAL VCC VCC R6 GND GND GND 2 1 CU7B1 XC9572/LCC44_3 Vdc R14 TP20 TEST POINT COMGROUP = 2 Vdc U90 nReset 14 C7 1 R15 VCC Out GND N/C 8 Author = Semegone Juan Martín - Bay erca Ezequiel HS_CLK INSTITUTO ARGENTINO DE RADIOASTRONOM IA CU9 7 SW10 Reset 1 Title Bas e de Tie m po - M ódulo Bas e de Tie m po Sidé re a XTAL_OSC Size A Clock de alta velocidad Document Number Rev 1 CPLD y Accesorios Monday , October 09, 2006 Date: of 5 Sheet 6 CPLD - RESET Figura 11 Vdc C103 J_EXT1 100nf J1A1 1 2 3 4 RL1 RL2 RL3 Led_Normal Led_StandBy Led_Error CON4 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 TP1 1 U10 1 4 6 8 9 7 5 3 2 10 J_UC1 6 5 4 3 2 1 M4 M5 R12 20 1 Alim_Des ICSP MCLR/VPP/THV PIC16F876 GND GND 21 22 23 24 25 26 27 28 M1 M2 M3 Vdc RA0/AN0 RC0/T1OSO/T1CKI RA1/AN1 RC1/T1OSI/CCP2 RA2/AN2/VREFRC2/CCP1 RA3/AN3/VREF+ RC3/SCK/SCL RA4/T0CKI RC4/SDI/SDA RA5/SS/AN4 RC5/SDO RC6/TX/CK RB0/INT RC7/RX/DT RB1 RB2 RB3/PGM RB4 OSC2/CLKOUT RB5 RB6/PGC RB7/PGD OSC1/CLKIN VDD 11 12 13 14 15 16 17 18 Led_Normal Led_StandBy Conector Auxiliar uC Dir RS485 M6 M7 M8 TX_RS485 RX_RS485 CX1 10 Y1 CX2 9 CRY STAL 19 8 Led_Error Conector Programación uC CON10 2 3 4 5 6 7 AVISO C104 R11 100n 1k Vdc SW1 C105 100nf L4 10uH Reset COMGROUP = 3 Alim_Des Author = Semegone Juan Martín - Bay erca Ezequiel INSTITUTO ARGENTINO DE RADIOASTRONOM IA Title Bas e de Tie m po - M ódulo Bas e de Tie m po Sidé re a Size A Date: Document Number Rev 1 Monitor del Módulo Thursday , October 19, 2006 Sheet 6 of 6 Figura 12 Cátedra Realizador Supervisor Instituto Argentino de Radioastronomía UTN - FRA Práctica Supervisada Bayerca, Ezequiel Olalde, Juan Carlos 15/02/2008 15/26 Base de Tiempo Sidérea Vdc C_U_RS485 Vdc J100 Dir RS485 3 2 D R VCC 4 1 A GND TX_RS485 RX_RS485 R1_RS485 8 U_RS485 DE RE B 6 R3_RS485 7 75176 5 1 2 3 4 5 6 7 8 R4_RS485 R5_RS485 R2_RS485 CON8 RGND1 100 COMGROUP = 4 Author = Semegone Juan Martín - Bay erca Ezequiel INSTITUTO ARGENTINO DE RADIOASTRONOM IA Title Bas e de Tie m po - M ódulo Bas e de Tie m po Sidé re a Size A Date: Document Number Rev 1 Interfaz de Comunicación RS485 Thursday , October 19, 2006 Sheet 2 of 6 Figura 13 Cátedra Realizador Supervisor Instituto Argentino de Radioastronomía UTN - FRA Práctica Supervisada Bayerca, Ezequiel Olalde, Juan Carlos 15/02/2008 16/26 Base de Tiempo Sidérea 4.3. Circuito impreso TOP Figura 14 – Circ. Imp.Vista Superior BOTTOM Figura 15 – Circ. Imp.Vista Inferior Cátedra Realizador Supervisor Instituto Argentino de Radioastronomía UTN - FRA Práctica Supervisada Bayerca, Ezequiel Olalde, Juan Carlos 15/02/2008 17/26 Base de Tiempo Sidérea SSTOP Figura 16 – Circ. Imp.Vista Componentes Cátedra Realizador Supervisor Instituto Argentino de Radioastronomía UTN - FRA Práctica Supervisada Bayerca, Ezequiel Olalde, Juan Carlos 15/02/2008 18/26 Base de Tiempo Sidérea 4.4. Lista de materiales Base de Tiempo - Módulo Base de Tiempo Sidérea Revised: Thursday, October 19, 2006 Diagrama General Revision: 1 INSTITUTO ARGENTINO DE RADIOASTRONOMIA Bill Of Materials December 15,2006 14:21:06 Page1 Item Quantity Reference Part _______________________________________________________________ 1 2 1 13 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 2 1 1 2 1 1 1 2 1 2 2 1 1 4 7 18 19 20 1 2 16 21 22 23 24 26 27 28 29 30 31 32 33 2 1 1 2 1 2 1 2 1 1 1 1 Cátedra Realizador Supervisor CU1 C1,C2,C7,CU9,C20,CU7B1, CU7A1,CU7A2,CU8C1,CU8A1, C103,C105,C_U_RS485 CX1,CX2 C100 C104 D1,D10 J_CPLD1 J_EXT1 J_UC1 J1,J3 J1A1 J10,J100 L3,L4 Q1 RGND1 RL1,RL2,RL3,R6 R11,R13,R110,R120,R210, R4_RS485,R5_RS485 R12 R14,R15 R18,R19,R20,R21,R22,R23, R24,R25,R26,R27,R28,R29, R30,R31,R32,R33 R1_RS485,R2_RS485 R3_RS485 R200 SW1,SW10 U_RS485 U3,U4 U7 U8,U9 U10 U13 U90 Y1 Instituto Argentino de Radioastronomía UTN - FRA Práctica Supervisada Bayerca, Ezequiel Olalde, Juan Carlos 15/02/2008 10uf 100nf 22pf 1n 100n LED CON6 CON10 ICSP CON2 CON4 CON8 10uH BC547A 100 1k5 1k 10k 4.7k 10 470 120 2k2 PULSADOR 75176 DS26C31AMJ DS26C32AMJ Connector_RJ45 PIC16F876 XC9572/LCC44_3 XTAL_50MHz XTAL 19/26 Base de Tiempo Sidérea 4.5. Implementación del Sistema Figura 17 – Circ. Imp. Armado Cátedra Realizador Supervisor Instituto Argentino de Radioastronomía UTN - FRA Práctica Supervisada Bayerca, Ezequiel Olalde, Juan Carlos 15/02/2008 20/26 Base de Tiempo Sidérea 4.6. Montaje El módulo correspondiente a la base de tiempo sidérea va en un compartimiento de un rack industrial donde se encuentran todas las partes que conforman a la base de tiempo en su totalidad. A continuación se muestra el rack Futura posición de la nueva base de tiempo sidérea Base de tiempo sidérea a reemplazar Figura 18 – Rack de la base de tiempo Cátedra Realizador Supervisor Instituto Argentino de Radioastronomía UTN - FRA Práctica Supervisada Bayerca, Ezequiel Olalde, Juan Carlos 15/02/2008 21/26 Base de Tiempo Sidérea 4.7. Medición Para medir las variables del sistema se utilizó un generador de señales 8112A de HEWLETT PACKARD y un contador universal 53131A de AGILENT. El siguiente diagrama muestra el conexionado REF IN TRG OUT 8112A gen. de señales HEWLETT PACKARD 53131A contador universal AGILENT OUT IN 1 IN 2 50HZ SID 1 MHz XC9500 CPLD XILINX 240ms SID Figura 19 Por la incertidumbre en los valores mostrados por el 53131A se tomaron solo dos decimales. Los resultados fueron los siguientes Señal 1 50.13Hz universales Señal 2 239.34mSg universales La Señal 1 fue medida en los puntos de prueba TP 2, 3, 4 y 5; la Señal 2 fue medida en los puntos de prueba TP 6, 7, 8 y 9. En el punto de prueba TP 10 puede medirse la señal de entrada de 1MHz. Figura 20 (a) – Medición del sistema Cátedra Realizador Supervisor Figura 20 (b) – Medición del sistema Instituto Argentino de Radioastronomía UTN - FRA Práctica Supervisada Bayerca, Ezequiel Olalde, Juan Carlos 15/02/2008 22/26 Base de Tiempo Sidérea 4.8. Herramientas de desarrollo Se han utilizado para el desarrollo de este trabajo los siguientes softwares Orcad – Capture: para generar los circuitos eléctricos Orcad – Layout: para diseñar el circuito impreso Orcad – Pspice: para simular el circuito Xilinx – ISE: para programar el CPLD Microsoft – Vissio: para generar diagramas de fuljo Cátedra Realizador Supervisor Instituto Argentino de Radioastronomía UTN - FRA Práctica Supervisada Bayerca, Ezequiel Olalde, Juan Carlos 15/02/2008 23/26 Base de Tiempo Sidérea 5. Conclusiones Como conclusión se muestran a continuación una comparación de los valores requeridos, esperados y medidos. Requerimientos Señal 1 Señal 2 Tiempo Sidéreo Tiempo Universal 50Hz 240mSg 50.13689055Hz 239.344719mSg Valores calculados para este sist. Señal 1 50.00000344Hz Señal 2 239.999983mSg 50.136894Hz 239.344702mSg Valores medidos: Señal 1 Señal 2 50.13Hz 239.34mSg Podemos decir que el sistema implementando un CPLD a respondido bien a las necesidades y a los valores esperados, permitiendo crear un sistema muy completo y apto fácilmente a modificaciones por deberse a un desarrollo de software. Otra de las mejoras es la gran disminución de volumen con respecto al sistema a reemplazar. Cátedra Realizador Supervisor Instituto Argentino de Radioastronomía UTN - FRA Práctica Supervisada Bayerca, Ezequiel Olalde, Juan Carlos 15/02/2008 24/26 Base de Tiempo Sidérea 6. Bibliografía [1] “EXPLANATORY SUPPLEMENT TO THE ASTRONOMICAL ALMANAC”. P. KENNETH SIDELMANN [2] “DESIGN KIT – PROGRAMABLE LOGIC GUIDE”. XILINX [3] “DISEÑO DE SISTEMAS DIGITALES CON VHDL”. SERAFIN ALFONSO PEREZ, ENRIQUE SOTO, SANTIAGO FERNANDEZ Cátedra Realizador Supervisor Instituto Argentino de Radioastronomía UTN - FRA Práctica Supervisada Bayerca, Ezequiel Olalde, Juan Carlos 15/02/2008 25/26 Base de Tiempo Sidérea 7. Agradecimientos Gracias a todos los que de una forma u otra colaboraron para que se pueda llevar a cabo este trabajo Semegone, Martin Ramos, Leonel Aquino, Facundo Sanz, Juan Cátedra Realizador Supervisor Instituto Argentino de Radioastronomía UTN - FRA Práctica Supervisada Bayerca, Ezequiel Olalde, Juan Carlos 15/02/2008 26/26
