Universidad Autónoma Metropolitana Unidad Iztapalapa ` Ciencias

Universidad Autónoma Metropolitana
Unidad Iztapalapa
' Ciencias Básicas e Ingeniería
4ns. 2-5ckCT&O u \ c *&
Proyecto de Ingenieria Electrónica XI
'"Comunicación
Inalámbrica entre PC9 s99
Bautista Butrón Joel Luis
De la Cruz Velázquez Verónica
Díaz Mejía Francisco Javier
Trimestre 98-0
Universidad Autónoma
INTRODUCCI~N
Metropolitana
1
3
HARDWARE
1s
SOFTWARE
65
BIBLIOGRAFfA
76
Universidad Autónoma Metropolitana
2
Objetivo
D
iseñar e implementar el software y hardware capaz de comunicar
inalámbricamente dos PC’s, utilizando modulación en fiecuencia, en la banda de
88 MHz 108 MHz.
-
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Metropolitana
3
Introducción
utilización en los últimos &os de redes inalhbricas, módems inalámbricos y
cualquier equipo capáz de comunicarse inaiámbricamente, nos sugiere un gran
auge en el campo de las comunicaciones inalhbricas de datos. Compañías
como IBM trabajan en este tipo de tecnologías e incluso cuentan ya con equipos de estas
características en el mercado mundial. Esto no es más que un reflejo de las necesidades del
mundo actual, en donde la comunicación de datos tiene una pan prioridad, así como el
ahorro de tiempo y el desplazamiento de un lugar a otro.
La
En este proyecto, tratamos la conformación de un sistema de comunicación
inalámbrico para datos, vía señales de RF, utilizando modulación en frecuencia para
computadoras personales. Debido a las características del canal de comunicación, se
determina la utilización de una comunicación del tipo semiduplex-asincrona. De acuerdo a
esto se implementara el software y el hardware necesarios.
Para el diseño del software, se hace un análisis del puerto serial asíncrono, de la
computadora personal y de los registros que controlan el puerto serial, para la realización
del software que controla al sistema de comunicación. Este software se realizo en lenguaje
Pascal.
El diseño del hardware se hace a partir de la propuesta de un diagrama a bloques del
sistema de comunicación, especificando cada uno de los bloques, así como su
funcionamiento, utilización y diseño. Con lo cual se realizan los circuitos eléctricos de cada
bloque hasta llegar a la realización del diagrama eléctrico del sistema de comunicación.
Teniéndose fuialmente un transmisor-receptor de FM para datos, con una potencia de 0.5 w
a la salida del transmisor, a una frecuencia de 90 MHz.
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Perspectivas actuales
Las transmisiones de datos entre computadoras se hacen normalmente vía alambrica,
lo cual se logra a un costo muy bajo, lo que permite a su vez que la industria del hardware y
software implicados cada vez superen su propio trabajo, permitiendo mejor tecnología a un
precio accesible. Esto hace que el uso de computadoras en nuestra vida diaria cada vez se
haga más indispensable en muchas profesiones y oficios que antes no pensábamos siquiera
que pudieran ocuparla. Actualmente es una herramienta indispensable para desempeñar
mejor su trabajo.
Es un hecho que a pesar de sus grandes ventajas, las actuales redes de computadoras
no ofrecen otras opciones. Algunos puntos son precisamente su inmovilidad, la necesidad
de instalaciones permanentes y costosas. Su propia ineficiencia como sistema, la
incapacidad para crecer junto con el usuario tanto a corto como a largo plazo, el mismo
avance de la tecnología que hace obsoleta cualquier instalación que no este adecuadamente
planeada y que aun estándolo corre riesgos, etc.
Una alternativa es la transmisión de datos por redes inalámbricas que sirve como
línea de partida de lo que se convertirá en un mercado mundial para 1999. Y como la
tecnología no será exclusiva, pronto se desarrollará una gran cantidad de productos
compatibles.
El reciente mercado de las redes de datos móviles recibió un impulso considerable
en abril de 1992 cuando IBM, aliandose con nueve de las Compañías de teléfonos celulares
más grandes de Estados Unidos anunció un sistema revolucionario de transmisión de datos
de computadora a través de redes inalámbricas. Este nuevo sistema hará posible que se
transmitan datos vía señales de RF, y a los usuarios que viajan los liberará de tener que
conectar computadoras portátiles y otros dispositivos a conexiones telefónicas. El nuevo
sistema incrementará la cantidad de datos que se pueden enviar a través de redes celulares
ampliamente disponibles.
El secreto del sistema es la conmutaciónpor paquetes de mensajes de datos que se
pueden enviar a través de redes de datos completos en tiempo de inactividad en las redes al
mismo tiempo que no permite que no se degrade la calidad de la voz. La tecnología emplea
un canal de control en cada celda de un sistema celular, a su vez cada una de estas celdas se
vuelve a enlazar con la red movil terrestre pública y con la red conmutada publica; podrá
además operar con medios celulares analógicos o digitales.
Los clientes que deseen usar la red marcaran su número de acceso utilizando un
dispositivo portátil de envío de datos, equipado con un módem inalámbrico. El consorcio
señaló que la tecnología no será propietaria, de modo que otros fabricantes podrán
desarrollar productos compatibles y espera que el nuevo sistema incremente el nuevo
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mercado mundial de 100 mil clientes hoy a más de 13 millones para el año 2000. La
transferencia inalámbrica de datos ha estado disponible algunos años en formas limitadas,
sin embargo, las empresas sólo han podido enviar pequeñas cantidades de grupos de datos,
como solicitudes de reparación o facturas de ventas, a través de líneas de radio especiales.
Redes de Datos Moviles.
El termino red móvil de datos se ha utilizado para describir una amplia gama de
tecnologías desde pagers de radio hasta fax móvil, redes de área local inalámbricas, y
comunicaciones de datos en áreas bastas, aunque en el pasado muchas de estas tecnología
habían tomado en consideración las necesidades de relaciones funcionales, han agregado
funcionalidad a aplicaciones actuales, es la ultima categoría que se destaca en cuanto a
potencial de mercado y de aplicación.
Según información de Gartner Group, con sede en Stanford Connecticut, la
demanda mundial de servicios de transmisión inalámbrica de datos alcanzaron una cantidad
tope de cuatro mil millones de dólares en 1991 y creciendo a una tasa anual compuesta de
37% alcanzado actualmente más de 19 mil millones de dólares.
El atractivo de esta tecnología radica en que combina el poder de las computadoras
con las comunicaciones inalámbricas de modo que los usuarios puedan convertirse en una
extensión móvil del sistema de computo de la compañía. Mediante la aplicación de esta
tecnología, los empleados que trabajan fuera de la oficina pueden enviar y recibir datos en
tiempo real a través de redes de datos moviles. Pueden comunicarse a través de terminales
montadas en vehículos especializados o terminales portátiles. Los usuarios tradicionales de
redes de datos moviles son industrias cuyos servicios giran alrededor del turismo, y el
transporte (taxis, embarques, entregas, etcétera), servicios de campo (técnicos de
reparaciones, etcétera) y vendedores de campo.
Sears Roebuck y Compaiiía son de los primeros clientes de IBM y las nueve
empresas de servicio, entre las cuales se cuentan Mc Caw Corporation, Contel, Cellular Inc.
y seis de las compañías operadoras regionales de Bell. El enorme conglomerado utilizará el
sistema celular para su ajustador de seguros, técnicos de reparaciones de artículos
domésticos Kenmore y agentes de bienes raíces Coldwell Banker, así se ven surgir
aplicaciones importantes que colapsarán las estructuras tradicionales, por ejemplo ya no se
necesitaran oficinas regionales y tampoco necesitaran disponer de una costosa estructura de
apoyo para esas oficinas, sin embargo, conforme se instalan las infraestructuras de
comunicación también se desarrollan otros tipos de aplicaciones.
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Tecnologías Actuales
Algunas infraestructuras se basan en tecnologías diversas (satélites, redes celulares y
redes de área basta) donde las compafiías utilizan cada una de ellas para ofkcer productos
móviles de transmisión de datos similares. Los sistemas de satélite requieren que los datos
viajen de un extremo al otro en forma de ondas de radio, por otra parte, los sistemas
celulares y las WAN inalámbricas requieren de redes terrestres con líneas de tierra, para
conectar todos los nodos excluyendo los nodos extremos, que son inalámbricos. Por
ejemplo, cuando un usuario viaja de una región a otra, las transmisiones son enviadas a
diferentes estaciones radiobase. Sin embargo, el sistema celular analógico tradicional se ha
optimizado para la transmisión de voz no de datos. Esta se apoya en la tecnología de
conmutación de circuitos que puede causar problemas a los datos: cuando el vehículo viaja
de una celda a otra, a menudo ocurren fallas en la transmisión durante estos envíos o bien
cuando un vehículo viaja a través de resistencias de señales ondulatorias. Debido a esto, la
función de sistema celular analógico como portador de datos suele estar reservada para
aplicaciones como el envío de un fax ocasional a una PC portátil mientras viaja el usuario.
La compañia. Qualcomm, de San Diego California acaba de desarrollar una
tecnología celular digital que divide transmisiones digitalizadas en pequeños paquetes de
datos codificados y los envía a través de una banda amplia de espectro, esta tecnología,
Code División Múltiple Access o CDMA, pero cobra impulso para convertirse en un nuevo
estándar para sistemas celulares digitales de banda ancha cumpliendo con los estándares de
la Telecomunications Industry Associaton.
No obstante, de todas las tecnologías disponibles, solo las WAN inalámbricas de
paquetes han sido optimizadas para la transmisión de datos. Apoyándose en paquetes, las
WAN inalámbricas representan un menor riesgo de perdida de datos a través de un circuito
ruidoso, si falla un paquete solo quedara inutilizable ese paquete (no todo el archivo).
Antes del anuncio del enorme consorcio, había solo dos infraestructuras en
competencia para redes de datos publicas en el mundo: las desarrolladas por Ericsson o
Motorola. El servicio de Ericsson se basa en un conjunto de arquitecturas abiertas, llamado
MOBITEX para el cual, cualquier fabricante de hardware o software puede obtener una
copia de estas arquitecturas y comercializar productos para este sistema, a la inversa, los
protocolos de Motorola llamados Advanced Radio Data Information Services (ARDIS)
fueron desarrolladas conjuntamente por Motorola e IBM. Estas redes se encuentran en
pleno funcionamiento, pero no hacen las veces de redes de transmisión de voz.
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Tecnologías Alternativas.
Estados Unidos por su extensión territorial ha hecho posible la competencia de
proveedores de redes menores además de las principales empresas de radiocomunicación.
Racotek Inc. de Minneapolis, Minnesota, ha comenzado ha ofrecer otras opciones. Ofrece
RACONET, que emplea el sistema especializado de radio movible (SMR), es utilizado
normalmente para transmitir voz y datos. El servicio esta destinado específicamente a
aquellos usuarios que requieren solo servicios de transmisión de datos moviles dentro de la
misma ciudad. Opera a 800 y 900 Mhz y a diferencia de las redes RAM y ARDIS, las
transmisiones están limitadas a un radio de 35 millas desde el punto de transmisión, en
comparación, las otras redes permiten a los usuarios y suscriptores viajar de una ciudad a
otra. Aunque la distancia mas corta significa un servicio menos costoso. Raconet emplea
redes S M R existentes como coverage-plus de Motorola, lo que se ha planteado es idear una
forma de desplazar datos sin usar harware adicional del lado emisor o interferencia de voz y
datos, además , los protocolos cumplen con la especificación OSI, y aceptan DOS, UNIX,
Netware de Novel, RS-232 y TCP/IP/IP, lo que significa que los mecanismos receptores
no necesitan ser mas especializados que una PC 386 y una estación móvil SMR ordinaria.
Participando con el consorcio, McCaw Cellular Communication y Oracle Corp. de
Belmont, California, investigan otra variación de las redes públicas de Estados Unidos.
Las dos compañías planean montar transmisiones de datos en espectros existentes en
diferentes bandas que ahora se han destinado a llamarse bandas celulares.
Estas opciones, han impulsado a Qualcomm para ofrecer el único sistema de datos
móvil vía satélite: Omnitracks. La compañía ofrece servicios en América del Norte a través
de los satélites gtestar y en Europa a través de los satélites Eutelsat. Además tiene planes de
incursionar en Japón utilizando los satélites jcsat. Estos sistemas están diseñados para
aprovechar "el surtido de banda ku, de 12- 14 gigahertz" de transmisión vías satélite.
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Necesidades Poco Habituales.
Surgen varias aplicaciones poco habituales de terminales de datos móviles. Por
ejemplo, en Hong Kong, los jugadores utilizan nodos de fabricación especial para colocar
apuestas en el Royal Hong Kong Jockey Club. Operan a través de un pequeño módem de
radio con un puerto RS-232 en la parte de atrás y una terminal portátil de diseño especial.
La terminal se conecta en el módem y puede colocar apuestas mientras el usuario va
conduciendo un vehículo, o salir en un velero de la bahía de Hong Kong.
Mastercard utiliza la red RAM en los Estados Unidos para permitir a sus
instituciones financieras miembros, ofrecer a los comerciantes un procesamiento punto de
venta mas rápido. La terminal utiliza% el enlace de datos de alta velocidad de RAM y
transmitirá a través de señales de RF, y no a través de líneas telefónicas para reducir el
tiempo de transacción a 10 segundos, asimismo, el servicio hace posible la autorización de
cuentas a crédito para servicios de taxis y limusinas.
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9
Protocolos de Comunicación.
El intercambio de información entre los componentes de un sistema se denomina
comunicación. La forma en que se realiza la comunicación depende de múltiples factores
pero, en cualquier caso, es indispensable establecer ser claramente las reglas que han de
seguirse en el intercambio de información. Se denomina protocolo de comunicación al
conjunto de reglas que siguen la comunicación entre los elementos de un sistema. La
materialización en hardware o software de estas reglas recibe asimismo la denominación de
protocolo. Luego entonces un protocolo de comunicación consiste de un conjunto de
características físicas y lógicas además de procedimientos defuiidos que permiten
comunicar un sistema.
Originalmente los protocolos se diseñaban como un proceso que controlaba todas
las operaciones de una red destinadas a la comunicación. El incremento en él núnero de
redes y la diversificación de servicios que deben suministrar exige la creación de normas
para la conformación de protocolos. De este aspecto se han encargado fundamentaimente la
“International Telecomunication Union” (ITU), la”Internationa1 Organization For
Standarkation” (ISO), el “ American National Standards Institute” (ANSI) y la
“International Federation For Information Processing” (IFIP) en un intento de crear
normas de aceptación internacional.
El criterio adoptado por estos organismos concuerda con una concepción de los
protocolos como estructuras multinivel jerarquizadas. En ella, cada nivel crea un canal
virtual que ofrece posibilidades de comunicación de características determinadas entre
entidades concretas. Para un nivel determinado los niveles inferiores son transparentes, es
decir, éstos le ofrecen un conjunto de funciones de comunicación que utiliza sin tener que
tomar en cuenta la forma en que aquella se realiza.
La delimitación exacta de los niveles y la determinación de qué entidad debe
realizarlos depende del tipo de sistema distribuido.
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La figura siguiente muestra la división en niveles. Entre las ventajas que conforma esta
visión jerarquizada se cuentan: la mayor sencillez en la concepción de los mecanismos de
comunicación al separar las distintas funciones, la distribución entre los distintos elementos
de las tareas de la comunicación y la mayor facilidad para realizar modificaciones, puesto
que, teóricamente al menos, la modificación de un nivel no debe de influir en otros.
nivel 4
usuarios
I I
fin a fin
control de la red
transporte
control de enlace
enlace ffsico
Los protocolos de nivel 1 especifican las características fisicas y eléctricas, así como
los procedimientos empleados en el control del canal fisico. Sobre este nivel se construyen
los protocolos de enlace fisico entre entidades origen, creando un canal virtual
prácticamente libre de errores de comunicación.
El nivel 3 lo constituyen los protocolos destinados a gobernar el flujo de
información entre las entidades origen y destino de la comunicación. Se distinguen en
ocasiones dos subniveles de este nivel: el de transporte y el subnivel fin a fin, también
denominado en algunas estructuras “host a host”. El subnivel de transporte es el encargado
de la transferencia de mensajes entre los nodos origen y destino de la red de comunicación.
En algunos sistemas este subnivel provee funciones de corrección de errores y control de
flujo mientras que en otros es simplemente un mecanismo que transfiere información,
dejando ese tipo de funciones al nivel superior. EI subnivel fin a fin es el responsable de
controlar la transferencia de información entre los usuarios conectados a los nodos origen y
destino de la red de comunicaciones. Para ello utiliza el canal virtual que le ofiece el
subnivel de transporte. Por último, los protocolos empleados por programas, terminales,
usuarios, etc., con el fin de beneficiarse de los servicios de la red de comunicaciones, se
denominan protocolos para compartir recursos y constituyen el cuarto nivel y superiores. La
delimitación exacta de estos niveles dependerá en gran parte del sistema de que se trate.
U n i v e r s ¡ d a d Autónoma Metropolitana
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El I S 0 (International Standars Organization) propone una organización de redes
formadas por los siguientes niveles:
a) Nivel Físico.- Es un conjunto de reglas respecto al hardware que se emplea para
trasmitir datos. Entre los aspectos que se cubren en este nivel estan los voltajes utilizados,
las sincronización de la transmisión y las reglas para establecer la conexión inicial de la
comunicación. En este nivel se establece la forma de comunicación, los conectores y las
interfaces para el establecimiento de la comunicación.
b) Nivel de Enlace.- Este nivel inserta banderas para indicar el inicio y fmal de los
bloques de información. Estos estándares del nivel desempeñan dos funciones importantes:
Aseguran que los datos no se reciban de manera incorrecta con banderas, ademas de buscar
errores en la información.
c) Nivel de Red.- Tiene como función el encaminamiento de paquetes de datos que
transitaran al interior del sistema. En el extremo superior el nivel de red vuelve a empacar
los mensajes del nivel de transporte en paquetes de datos, de manera que los dos niveles
inferiores puedan transmitirlos. En el extremo receptor el nivel de red vuelve a ensamblar el
mensaje.
d) Nivel de Transporte.- Su función es el control de transporte de información de
extremo a extremo de la red, asegurando que los mensajes emitidos lleguen
correctamente a su destino.
e) Nivel de Sesión.- Podemos de decir que el nivel de sesión verifica la contraseña
escrita por un usuario y permite que el usuario conmute de transmisión semidúplex a dúplex
íntegra. Controla la transferencia de datos e incluso maneja la recuperación de una caida del
sistema. Puede monitorear el uso del sistema y registrar el tiempo de uso de los usuarios.
Controla la comunicación entre las diferentes tareas distantes.
f) Nivel de Presentación.- Se ocupa de la seguridad de la red, de la transferencia de
archivosy de las funciones de formato. A nivel de bits, este nivel es capaz de codificar datos
de fonnatos diferentes, incluyendo ASCII y EBCDIC. Se responsabiliza de la presentación
de los datos cambiados por las aplicaciones, esto para tener una compatibilidad entre las
máquinas conectadas a la red.
g) Nivel de usuario.- Es el nivel con el que el usuario tiene contacto presentándole
al sistema en una foma transparente.
Universidad Autónoma
__
Metropolitana
12
-
La transferencia de información entre dos sistemas digitales (PC’s), se realiza
generalmente carácter a carácter utilizando códigos binarios (ASCII, EBCDIC,
BAUDOT,...). Otras veces la información que se transmite no corresponde a ninguna
codificación de carácter si no que es puramente binaria, por ejemplo cuando se efectúan
cargas de programas objeto sobre la memoria de una PC.
De una forma o de otra la información se transmite en unidades de información
denominadas palabras, que suelen ser de 5 a 8 bits. Existen dos formas de realizar la
transmisión de estas palabras:
Método paralelo: Transmitiendo simultáneamente, por líneas separadas, todos los
bits de la palabra, junto con una señal de reloj que indica el momento en que está presente
una palabra de información en la línea de datos. Figura siguiente:
Datos
b
b
b
Transmisor
b
.
b
Receptor
*
Reloj
.*
Método serie: Transmitiendo en forma secuencia1 en el tiempo todos los bits de la
palabra, uno tras otro, por una sola línea de datos, como se ve en la figura siguiente,
pudiendo existir una línea adicional de reloj que marca los tiempos del bit.
S
Transmisor
-+
Receptor
...._
RdOj................................................................................................
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El método paralelo es utilizado para transmisiones a alta velocidad entre dos
sistemas; no obstante cuando la distancia entre estos aumenta, el costo de la línea y el de los
amplificadores de transmisión y recepción puede llegar a crecer de tal forma que, desde el
punto de vista económico, sea preferible usar un sistema serie de comunicaciones.
Sistemas de Comunicación Serial
La comunicación entre este tipo de sistemas se hace utilizando líneas o canales de
transmisión, que pueden ser:
- Simplex, cuando son capaces de transmitir información en un solo sentido.
- Semiduplex (half-duplex), cuando son capases de transmitir información en ambos
sentidos pero no de forma simultánea.
- Dúplex (full-duplex), cuando son capaces de transmitir simultáneamente
información en ambos sentidos.
La codificación de las señales en estos sistemas se hace mediante uno de los
siguientes métodos: sincronos y asincronos. Los sincronos operan a velocidades de
transmisión mucho mayores que los asincronos teniendo además la capacidad de búsqueda
y conexión de errores requiriendo de terminales especializadas para su empleo; en los
métodos asincronos su velocidad de transmisión es limitada ya que si operan a una
velocidad superior a la establecida generaran errores durante la transmisión y debido a que
su capacidad de búsqueda de errores es baja.
Debido ai tipo de canal utilizado en nuestro sistema de comunicación se utilizará la
transmisión semiduplex por el método asincrono, por lo que se explicará más
detalladamente este método.
Metodo Asíncrono.
En el método asíncrono la transmisión se controla por bits de inicio y de final que
enmarcan cada carácter transmitido, son tos denominados bits de inicio y de paro, y son
utilizados por el terminal receptor para sincronizar su reloj con el del transmisor.
La transmisión asíncrona se basa en las siguientes reglas:
a) Cuando no se envían datos por la línea esta se mantiene en estado uno (+ 5V).
b) Cuando se desea transmitir un carácter se envía primero un bit de inicio, que pone la
línea
a cero (OV)durante el tiempo de un bit.
A continuación se envían todos los bits del carácter a transmitir con los intervalos
que marca el reloj de transmisión.
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Los datos codificados según estas reglas pueden ser detectados fácilmente por el
receptor, para ello deben de seguirse los siguientes pasos:
1) Esperar una transición de uno a cero en la señal recibida.
2) Activar un reloj de frecuencia igual a la del transmisor.
3) Muestrear la señal recibida al ritmo de este reloj para formar un carácter.
4) Leer un bit más de la línea y comprobar si es uno para confirmar que no ha habido error
de sincronización.
El bit de final tiene la misión de llevar la línea a estado uno para que el bit de inicio
del próximo carácter provoque la transición de 1 a O que permita al receptor sincronizar el
siguiente carácter.
El bit fmal sirve también para dar tiempo a que el sistema receptor acepte el
carácter. De todas formas, actualmente se utilizan siempre registros buffer que almacenan el
dato mientras el receptor está recibiendo el siguiente, de forma que el procesador dispone
del tiempo de todo un carácter para recogerlo.
El método asíncrono de transmisión presenta las siguientes ventajas:
1) Permite enviar caracteres a ritmos variables ya que cada uno de ellos lleva incorporada la
información de sincronismo.
2)Existen circuitos integrados de bajo costo, las UART, que simplifican enormemente la
realización de sistemas de entradahatida en este formato.
3) Es un método de comunicaciones estándar entre PC’s y terminales de pantalla, asi como
impresoras lentas.
Entre sus inconvenientes se puede citar, como más importante, su ineficiencia, ya
que cada carácter va acotado con dos bits de sincronización que no contienen información
útil. Asumiendo caracteres de 8 bits, es necesario enviar por la línea 10 bits para enviar un
carácter, es decir solo un 80 % de la información transmitida es válida.
Universidad Autónoma
Metropolitana
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Hardware
sistemas de comunicación se encuentran en donde quiera que se transmita
información de un punto a otro, en tanto que en los sistemas de
comunicación se desea transmitir una secuencia arbitraria de símbolos,
con el mínimo posible de errores.
L
Es por ello que el diseño de cualquier sistema de comunicación debe tomar en
cuenta las posibles fuentes de errores y tratar de minimizar sus efectos. Un sistema de
comunicación completo generalmente incluye un transmisor, un medio de transmisión y un
receptor, como se muestra en la figura siguiente.
Universidad Autónoma
Señal de entrada
Metropolitana
16
Señal de Salida
Transmisión
El propósito del transmisor es acoplar el mensaje al medio de transmisión (canal),
esta transmisión de información esta estrechamente relacionada con la modulación o la
variación que sufre con el tiempo una señal senoidal especial llamada portadora.
El transmisor comprende una señal de información que será transmitida, que
consiste en señales de audio, o datos de una computadora. Entre las otras funciones que
realiza el transmisor, además de la modulación, están la filtración, la amplificación y el
acoplamiento de la señal ya modulada al canal.
El canal puede tener diferentes formas, ya sea que se trate de cables o alambres de
comunicaciones telefónicas, este canal introduce distorsión, ruido, desvanecimientos y
multitrayectorias a la señal de salida del transmisor.
La función principal del receptor es demodular la señal recibida, es decir separar la
modulación de la onda senoidal de alta frecuencia que se ha introducido en el modulador
del transmisor.
También la amplificación puede ser una de las primeras operaciones realizadas por
el receptor, especialmente en las comunicaciones de radio, donde la señal puede ser
extremadamente débil. Se desea a menudo que la salida del receptor represente una versión
a escala posiblemente retardada, de la señal a la entrada del modulador.
El mensaje digital binario es el más usual en la transmisión de señales, cómo es el
caso de las computadoras. El proceso de modulación es necesario para permitir que las
señales sean efectivamente radiadas por ondas de radio o por cualquier otro medio, así
como sirve para disminuir el ruido y la interferencia, para la asignación de canales, para la
transmisión de varios canales por un solo canal (Multiplexaje) y para superar las
limitaciones de equipo.
Sistema de Comunicación lnalambrico Básico
En la figura siguiente se muestra un diagrama a bloques de un sistema de
comunicación inalámbrica básica.
htenaT-Y
Antena
Universidad Autónoma
Metropolitana
17
El transmisor genera la portadora de R.F. y la amplifica a algún nivel de potencia, la
información modulada esta en la portadora. La señal de R.F., la cual es la salida del
transmisor se aplica a la antena y la convierte en ondas electromagnéticas y la radia al
espacio libre. La antena del receptor capta una pequeña parte de la energía
electromagnética, esta energía la convierte nuevamente en señal de R.F. y la alimenta al
receptor que separa la información deseada de la portadora.
Por lo anterior, nuestra propuesta de un sistema de comunicación inalhbrica para
una PC se muestra en el siguiente diagrama a bloques:
DEMODULADOR
1
1
I
Y
ANTENA
DEWADOR
c., CIRCUITODE
CONTROL
_I
t.
-
.
CIRCUITO
ADAPTADOR
a
DB9
I
TRANSMISOR +
.
I
I INTEGRADOR
+.
En este diagrama se describe en forma general el sistema con el cual se llevará a
cabo una transmisión dúplex inalámbrica (en ambos sentidos pero no al mismo tiempo),
donde el circuito de control determinará el sentido y funcionamiento de la transmisión.
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Puerto Serial DBQ
Todas las computadoras tiene un puerto serial para comunicación asíncrona, con
este puerto serial, se puede comunicar una PC con una impresora en serie, a un módem, u
otro aparato que use una interfáz en serie.
El sistema de interfáz es un Host / [DTE] (Equipo de Terminal de Datos) con un
conector tipo DB9. Como el que se muestra en la figura:
\ooooo/
Por medio de este puerto se puede comunicar con otras computadoras compatibles
por medio de un módem. La comunicación entre dos computadoras personales que están
una cerca de la otra se puede hacer con un cable, sin utilizar un módem.
Estas conexiones en serie, de comunicación de computadora, requieren alambres
separados para señales de ida y señales de regreso. Dos equipos no se pueden comunicar
propiamente, a menos que las señales de ida, que corresponden a un cierto Pin del conector
DB9 en un PC, se conecten a las señales de regreso, que corresponden a otro Pin del
conector DB9, de la otra PC.
Típicamente, los módems se configuran para operar como un Equipo de
Comunicaciones de Datos (DCE), mientras la computadora e impresora,es configurada
como un terminal de datos (DTE).
El número de pines de un conector serie puede ser diferente. Este sistema puede usar
un conector DB9, aunque también se puede usar un conector de 25 pines. Teniendo en
cuenta que: normalmente los módems usan un conector de 25 pines y las PC’S usan un
conector DB9 la conexión de pines seria la siguiente:
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Conector
Conector DB9
DB25
E íMódem)
DTE í PC's)
8
Carrier Detect
* 1
3
Received Data
'2
2 4
Transmitted Data
3
Data Terminal Ready
4
20 t--------7
'
19
. n uSignal
o rG
5
6
Data Set Ready-*
6
4*
Request To Send
7
5
Clear To Send
' 8
22
Ring Indicator
'9
Es de notar que en un puerto serial existen tres tipos de señales, las señales de datos,
las señales de control y las señales de tiempo. Pero como ya se digo será una transmisión
asíncrona por lo que las señales de tiempo no se toman en cuenta.
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20
Asignación de Pines.
(DB9):
En la siguiente tabla se muestra la descripción de los pines de un puerto serial
PIN
SEÑAL
1
Carrier Dectedt (CD)
Detecta portadora
2
Receive Data (RxD)
Recibe Dato
3
4
5
6
7
8
9
Transmit Data (TxD)
Transmite Dato
Data Terminal Ready (DTR)
Terminal de Datos Lista
Cuando esta bajo, indica al
módem o al detector de datos
que hay una portadora.
Cuando esta activo, informa al
módem o (DTE) que esta listo
Dara comunicarse.
Signal Ground
Data Set Ready (DSR)
Datos Listos
Request to Send (RTS)
Petición para mandar’datos
Cuando esta abajo, indica al
módem que esta listo para
establecer la comunicación.
Cuando esta activo, informa al
módem que esta listo para
mandar datos.
El módem esta listo para
Clear to Send (CTS)
transmitir, siendo esta señal la
Aprobación
para
mandat contestación del RTS.
datos
Cuando esta bajo, indica que el
Ring Indicador (RI)
módem esta recibiendo un
Tono indicador
llamado en el canal de
Comunicación.
U n i v e r s i d a d A u t ó n o m a M e t r opolitana
21
Circuito Adaptador
Este circuito lleva a cabo la función de convertir o adaptar las señales provenientes
del conector DB9, en rangos de +12 y -12 Volts, hacia las demás etapas con voltajes de O a
+5 Volts y viceversa, esto se lleva a cabo por medio de un receptor de línea (MC 1489) y el
controlador de línea (MC 1488).
Receptor de línea MC1489.- Este es un chip que hace compatibles los voltajes de la
computadora (+12,-12) y los niveles TTL para las líneas de transmisión y la señal RTS.
Los 12 Volts positivos son tomados como cero a Ia salida del chip y los 12 Volts negativos
son tomados como un nivel alto de TTL (+5 Volts).
Controlador de línea MC1488.- Este chip es el sentido inverso del anterior, esto es,
los niveles TTL los transfiere a los rangos +12 y -12; esto para las líneas de recepción y
CTS al transferirlas al DB9.
En la siguiente figura se muestra las conexiones para el sistema:
MC1489
RTS
-
DE9
A
-
1
o
MC1488
2
CTS<
O4
0
AL CIRCUITO INTEGRADOR
-
9
8
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Circiutos Convertidores.
Integradores
Este circuito tendrá la función de convertir la señal de datos ( señal cuadrada ) a una
señal senoidal, un integrador ideal es el que proporciona una salida que es proporcional a la
integral con respecto al tiempo de la señal de entrada. La señal de salida se determina por el
área bajo la forma de onda de entrada. Matemáticamente,esto se puede expresar así:
Vo = K j V i dt
donde K es una constante.
Considérese ahora el caso del integrador ideal mostrado en la figura.
C
R1
VO
A-
lntegrador ideal
La corriente a través de Ri es igual a Vi / Ri,dado que existe una tierra virtual en la
entrada inversora. Esta corriente debe cargar el capacitor C que produce un voltaje de
salida. Dado que el voltaje en las terminales del capacitor C está dado por
vo=(l k ) /Id*
el voltaje de salida puede expresarse como:
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V o l ( l/C) I ( V / R )
o en forma mas adecuada,
No es muy recomendable trabajar en forma directa con esta ecuación, debido a que
puede incluir la integración matemática de señales complejas. Una expresión más adecuada
puede obtenerse a partir de la ecuación fundamental de carga de un capacitor
Q- C V
Dado que la carga eléctrica es el producto de la corriente por el tiempo, se puede
establecer que:
IT= C V
Sustituyendo I por Vi / Ri y V por Vo, el voltaje de salida puede calcularse con la
siguiente ecuación:
vo=( V i T ) 1 (RiC)
Donde el signo menos se debe a la inversión de polaridad. Esta fórmula puede aplicarse por
partes a una forma de onda de entrada.
En la figura siguiente se muestra la integración de una onda cuadrada que resulta en
una onda triangular.
vo
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En el primer semiciclo la salida se carga negativamente en un valor determinado por
la ecuación última. En el segunda semiciclo, la salida se carga de manera positiva,
exactamente al mismo valor, puesto que la onda cuadrada es simétrica. Este mismo patrón
se sigue repitiendo en forma periódica, en un integrador práctico como el que se muestra en
la siguiente figura.
R2
vi
____
-
integrador practico
Un desbalance de cc en la entrada del integrador, ocasionará una rampa continua en
una dirección en la salida del operacional hasta que alcance la saturación. Para lograr una
estabilización en cc, se introduce un resistor adicional en paralelo con el capacitor de
retroalimentación.
La ganancia a baja fiecuencia, incluyendo la condición de cc se ha limitado ahora a
un valor R2/Rl. Para mantener las propiedades del integrador a las frecuencias de interés el
valor mínimo de R2 se calcula a partir de R2 2 1/ 2nfLC, donde ti es la frecuencia mínima
de operación. En teoría, R2 debe ser por lo menos 10 veces más grande que el valor
obtenido en la ecuación anterior. El resistor de Res de equilibrio minimizará los efectos del
desbalance de corriente continua de la salida y es igual a la combinación en paralelo de R2
con Ri.
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Para el sistema de comunicación propuesto diseñaremos un integrador que convierta
una onda cuadrada de 5Vpp en lk Hz, en una onda triangular de 5Vpp con la misma
fkecuencia. Tomando un capasitor de 1gf como base, el valor de Ri se calcula:
Vi T
Ri =
voc
5 x 0.5 x10 e-3
-
= 500R
5xlOe-6
y el resistor de estabilización R2 se obtiene:
1
1
2
R22
2
6.28 x 1Oe-3 x 1Oe-6
2nfLC
159 0
Suponiendo que R2 sea de lk R,del paralelo de Ri y R;! se tendrá que:
Req =
79.5 k R
R l x Ft2
t
Rl+W
659 R
= 333.3
R
En la siguiente figura se muestra el circuito integrador terminado y simulado, el cual
consta de dos integradores inversores, donde los valores de las resistencias han sido
alterados para una mejor respuesta del circuito. El primer integrador transforma la señal
cuadrada a señal triangular y el segundo integrador, con los mismos valores que el primero,
transforma la señal triangular a señal senoidal.
La polarización de los (2.1. operacionales se hace con +12 y -12,siendo está la
alimentación básica para el sistema de comunicación. Se utilizo una fuente de señal
cuadrada, para la simulación, como si fueran los datos provenientes de la computadora que
previamente pasaron por el circuito adaptador.
CIRCUITO INTEGRADOR
R2
R2
r- I-
I
I
C
C
.deñne R l i k
.define Req 910
define R2 l k
define C luf
I
-
~
.MODEL PULSE PUL ( WERO-5 VONE-O pI=lE-03 p2=1.0lE-03 p3=5E-ü3 p4r5.01E-03 p5=7.5E-03 )
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26
El modelo de operacional que se utilizo en la simulación es:
.MODEL "L084CN ( LEVEL 3 A=lE6 ROUTAC=50 ROüTDC=75 VOFF=O.O IOFF4.0 SW=4MEG SRN=3 MEG
IBIAS=8OOn VEE-15 VCC=15 VPS=-12 CMRR-100MEG GBW=5 h4EG PM-60 P W 0.25 IOSC=0.025)
El modelo TL084CN en la realidad es un C.I. que consta de cuatro operacionales,
por lo que solo se utilizara un chip por sistema de comunicación. En la simulación se trato
de reproducir lo más fiel posible las características del operacional para que su
funcionamiento real fuera muy cercano a lo que se muestra en la simulación.
El circuito integrador estará, debidamente sincronizado, con la velocidad de
transmisión de los datos provenientes de la computadora personal, lo cual logrará una mejor
transformación de la señal cuadrada (datos), a una señal senoidal.
A continuación se muestran las graficas de la simulación del circuito integrador,
realizadas en Microcap Cuatro.
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27
En la gráfica siguiente se observa una señal cuadrada, de amplitud 5 V, a la entrada
del primer integrador (nodo 6), la cual proviene de la fuente de alimentación, obteniéndose
a la salida de esté primer integrador (nodo 4), una señal triangular con un defasamiento de
180 grados, además de tener un offset de 5V con respecto a la amplitud de la entrada la cual
es de 5V.
En la señal de salida, de esté primer integrador, se observa las curvas de carga y
descarga del capacitor, las cuaies forman la señal de salida. Al inicio de está seiial, como la
señal de entrada, en la simulación, empieza a la mitad del ciclo positivo, el capacitor en
este momento se encuentra cargado y como la señal empieza a la mitad, no se descarga a un
nivel de -5V,sino al de la mitad.
10.00
6.00
2.00
-2.00
-6.00
-10.00
El tiempo que pasa la señal cuadrada en 5V,es el tiempo que tarda el capacitor, del
integrador en cargarse y el tiempo que la señal cuadrada en OV es el tiempo que tarda el
capacitor en descargarse.
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28
En el caso de que la señal de los datos (cuadrada) tuviera dos niveles altos seguidos.
Lo que pasaría, es que el capacitor se cargaría durante el primer nivel y durante el segundo,
tercero, etc., se mantendría constante, descargandose al primer nivel bajo.
En esta otra gráfica de simulación se observa la señal triangular. De la salida del
primer integrador que se toma como entrada para el segundo integrador (nodo 6), y la señal
resultante de la salida del segundo integrador (nodo lo), es una señal senoidal.
De acuerdo a esta gráfica existe también un defasaniento de 180 grados, entre la
señal de entrada y la señal de salida, de este segundo integrador, por lo que aparentemente
cuando él capacitor del primer integrador se carga, el capacitor del segundo integrador, se
descarga.
10.00
6.00
2.00
-2.00
-6.00
-10.00
Es de notar también el offset de la seííal de entrada con respecto al de la salida, que
como se observa es de 5V, pero ahora en el sentido opuesto al que produjo el primer
integrador. Otra observación es que la amplitud de la señal de entrada, como la amplitud
de la señal de salida, son iguales.
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29
En esta ultima gráfica se observa la señal de entrada del circuito en general, que
simula los datos de la computadora ( señal cuadrada ), y la señal de salida que como se
observa es una señal senoidal. Esta señal tiene casi la misma amplitud y no existe
defasamiento entre las dos señales.
Como resultado, según las simulaciones de este circuito, es posible que mediante
dos integradores se puedan convertir señales cuadradas en señales senoidales que tengan la
misma amplitud, la misma frecuencia, sin defasamiento y sin ningún offset.
Entonces, para no hacer una modulación FSK, el circuito anterior se pondrá antes
que el circuito transmisor, como se muestra en el diagrama a bloques y así lograr una
modulación en frecuencia.
10.00
6.00
2.00
-2.00
-6.00
-10.00
Universidad Autónoma
0
Metropolitana
30
Derivador
Un derivador efectúa la función opuesta a la de un integrador. Mientras que la salida
de un integrador es la integral de la entrada, un diferenciador realiza la operación
matemática de derivación sobre la señal de entrada. Un derivador ideal se muestra en la
siguiente figura:
R1
-
Derivador ideal
La corriente por el capacitor esta dada por C dV/dt,ya que la terminal de la entrada
inversora es una tierra virtual. Por lo tanto, el voltaje de salida es:
V O Z -R i C
dVi
dt
Si el voltaje de entrada varia en forma lineal en la región de interés, el voltaje de
salida puede expresarse como:
VOS- RiC
AV¡
At
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Si se aplica una entrada triangular a la entrada de este circuito, resultará una onda
cuadrada a la salida como se aprecia en la siguiente figura:
Aquí, obviamente, el proceso de la integración se ha invertido. La ganancia de un
derivador aumenta a razón de 6 db por octava, a diferencia de la de un integrador, que
disminuye a la misma razón. Por tal motivo, este circuito es muy susceptible a alta
fiecuencia. Para limitar la ganancia en alta frecuencia, se introduce un resistor en serie con
el capacitor de entrada, como se observa en la siguiente figura:
Rl
Derivador practico
-
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32
La ganancia máxima se limita entonces a -Rl/R2.
El valor máximo que puede tomar
R2 esta dado por R2 5 1/2nAiC,donde fh es la fkecuencia máxima de operación. En teoría,
R2 no deberá ser mayor que un décimo del valor obtenido en la ecuación anterior.
En la siguiente figura se muestra el circuito derivador terminado, el cual consta de
dos derivadores, donde los valores de los componentes han sido alterados para una mejor
respuesta del circuito. La función que realizan como se mencionó anteriormente, es la
contraria, a la que realiza el circuito integrador.
CIRCUITO MRNADOR
L
i
RSS $,
1
-
-
I
.define R1 1K
. W n e C luí
.define R2 100
.define Req 910
.MODEL sen sin (F-1E3 A.2.5 DC52.5 RS=OOO)
El modelo de operacional que se utilizó, para la simulación, es el mismo que se
utilizó para el integrador ( TL084CN ).
El primer derivador transforma la señal senoidal a una señal triangular y el segundo
derivador, con los mismos valores que el primero, transforma de señal triangular a
cuadrada, los dos con una ganancia unitaria.
En este circuito, tambien se utilizó una fiiente, pero ahora senoidal, para simular la
señal proveniente del circuito demodulador. El acoplamiento entre los dos derivadores se
realizó de forma directa, es decir sin ningun elemento de acoplamiento.
A continuación se muestran las graficas resultantes de la simulación, llevadas a cabo
en el Microcap Cuatro.
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33
En la gráfica siguiente se muestra la señal proveniente del demodulador, una señal
senoidal, que es puesta a la entrada del primer derivador, y se puede observar que a la
salida, de este primer derivador, hay una señal triangular, casi cuadrada.
Como se puede observar, la señal de salida se encuentra defasada 180 grados con
respecto a la señal de entrada. Esto sucede por que, este primer derivador, es un derivador
inversor como se puede observar en el circuito.
Con lo que respecta a la amplitud de la señal de salida, se puede observar que esta es
muy grande, de casi 10 Vp, pero no existe un offset en esta señal de salida. Tambien es de
notar la forma en que el capacitor se empieza a cargar y tambien como se empieza a
descargar.
U n i v e r s i d a d Autónoma Metropolitana
34
En esta segunda gráfica se alimenta la señal de salida del primer derivador, a la
entrada del segundo derivador, resultando a la salida de este una señal cuadrada.
La señal de salida tiene, como era de esperarse un defasamiento de 180 grados con
respecto a la señal de entrada.
En cuanto a la amplitud esta se mantiene en 10 Vp y sin offset. La caracteristica más
notable de esta grhfica es la desaparición de la pendiente de carga del capacitor, para lograr
una perfecta señal cuadrada.
20.00
12.00
4.00
4.00
-12.00
-20 .o0
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35
En esta última gráfica se observa la señal senoidal de entrada, con la que se alimento
al circuito, y la señal cuadrada de salida, en donde se puede observar que entre ellas no
existe ningun defasamiento.
Como se observa la señal de salida tiene una tiene amplitud de 10 Vp, sin ningun
offset, por lo que no se utilizará el circuito integrado “controlador de línea” MC1488,
conectándose la señal Tx directamente al conector DB9.
20.00
12.00
4.00
-4.00
-12.00
-20.00
T
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36
Etapa de Transmisión.
Modulación en Amplitud
La modulación en frecuencia se desarrollo originalmente para combatir el ruido
molesto asociado con la señal deseada. Al emplearse la modulación en amplitud, mucho del
ruido apareció como una modulación en amplitud adicional a la señal.
Cuando se modula en frecuencia a una portadora, la información se sitúa sobre ella
variando su frecuencia y manteniendo fija su amplitud. Durante la recepción se eliminan las
variaciones en amplitud antes de la demodulación sin afectar el contenido de la información
que va en las variaciones de la frecuencia, eliminándose así cualquier ruido que pudiera
aparecer como una modulación en amplitud de la portadora.
La portadora no modulada se describe como
Vc=A SEN 2nft
La señal de audio o moduladora se puede anotar
Vm=B SEN 2?tfmt
La frecuencia portadora F variará alrededor de una frecuencia de reposo Fo
fo
fc + Af SEN 27cfmt
asi, la onda modulada en frecuencia tendrá la siguiente descripción:
V = A SEN [2 (fc + Af SEN 2~fmt)t)
En esta situación, la modulación en frecuencia AF es el cambio máximo en
fkuencia que la onda puede experimentar y es conocido como desviación en frecuencia. A
la variación total en frecuencia desde la más baja hasta la más alta se le conoce como
oscilación de portadora, así para una señal modulada que tiene picos positivos y negativos,
tal como una onda senoidal pura, la oscilación de la portadora es igual a dos veces la
desviación de la frecuencia.
AF = desviación de frecuencia
Oscilación de portadora =2 x desviación de frecuencia
Se puede demostrar que la ecuación para la onda modulada en frecuencia es manejable
dentro de la siguiente operación:
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37
V = A SEN ( 2 ~ f c +
t AWfm COS 2itfmt)
Es de notarse que en esta ecuación el termino cosenoidal esta precedido del termino
AUfm, a esta magnitud se le conoce como índice de modulación y se denota como:
mf AWfm
=t
donde Af es la desviación de frecuencia.
La Comisión Federal de Comunicaciones (FCC)de los Estados Unidos, especifica
que debe emplearse la modulación en frecuencia como la técnica de modulación en la banda
de frecuencia entre los 88 y 108 Mhz. Esta banda se llama banda de radiodifusión para
FM.
También se ha dispuesto que sea la modulación en frecuencia la técnica de
modulación requerida para la porción de audio de la banda de difusión para TV. La FCC
estipula una desviación máxima de fiecuencia de 75 khz para estaciones de difusión de FM
en la banda de los 88 a los 108 Mhz. Esta porción de sonido para difusión de TV se permite
un máximo de desviación de frecuencia de 25 khz.
Por lo antes mencionado, se escogió la fiecuencia central como 90.1 Mhz, para ser
utilizada como la frecuencia portadora del circuito transmisor del sistema de comunicación,
donde no hay ninguna estación comercial de radio.
Porcentaje de Modulación.
La expresión “porcentaje de modulación’’ tal como se emplea en relación con FM,
se refiere a la razbn de la desviación de frecuencia efectiva con la desviación de fiecuencia
máxima permisible. Así, una modulación de 1O0 % corresponde a 75 khz para la banda de
difusión de FM comercial y a 25 khz para televisión.
porcentaje de modulación M =
AWfmrr
x 100
Bandas Laterales.
Al analizar una onda modulada en fiecuencia se encuentra que a diferencia de la
onda modulada en amplitud, en la cual se tienen solo dos frecuencias laterales por cada
frecuencia moduladora, la señal de FM tiene un numero infmito de frecuencias laterales
espaciada en la fiecuencia central a ambos lados de la Cecuencia en reposo. Sin embargo,
la mayor parte de 4 de las frecuencias laterales no contienen cantidades significativas de
potencia, como se ve en la siguiente figura:
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-
-
fc 3fm
fc 2fm
fc
- fm
fc + fm
fc
fc + 2fm
38
fc + 3fm
El análisis de Fourier indica que él número de fiecuencias laterales que contienen
una magnitud significativa de potencia, y en consecuencia el ancho de banda efectivo de la
señal de FM, depende del índice de modulación de la señal modulada, Aflfc.
Schwartz desarrolló una gráfica para determinar el ancho de banda de una señal de
FM cuando se conoce el índice de modulación. Esta gráfica es como la que se observa en la
sig. figura:
A
8'
3
<
4"
2.8
2.6
2I
1
I
I
I
I
I
I
mf
Schwartz empleó el criterio de la regla práctica que establece que cualquier
frecuencia componente con una intensidad de señal (voltaje) menor del 1% en relación con
la portadora no modulada se considera muy pequeña como para ser significativa.
La FCC especifica un máximo de frecuencia de la señal moduladora limitado a 15
tanto en la banda de difbsión de FM como en la banda de la televisión comercial (la
porción de sonido en la transmisión de televisión es una señal modulada en frecuencia).
fcmáx =15 kHz para la banda de 88 a 108 Mhz y para TV
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39
Frecuencia Central y Asignaciones de Anchos de Banda.
A cada estación comercial de difusión de FM en la banda 88 a 108 Mhz se le asigna
un canal de 150 Mz, más una banda de seguridad de 25 kHz en los extremos superior e
inferior de la asignación que a la estación hace la FCC. Por lo que cada estación en la banda
de difusión de FM comercial se le asigna un ancho de canal de 200 kHz.
150 kHz + 2 (25 kHz) = 200 kHz
Además de esta combinación de ancho de banda grande y banda de seguridad (200
Hz) solo asignan canales alternados dentro de algun área geográfica en particular. En la
banda de UHF , de la cual es una parte la banda de FM comercial, se limita la recepción a
distancias ligeramente mayor del horizonte. Así, asignando sólo canales alternados en
determinada área geográfica se disminuye la posibilidad de interferencia.
Razón de Desviación.
El índice de modulación extremo en el cual la máxima desviación de hcuencia
permitida y la máxima frecuencia de audio permitida se conoce como razón de desviación.
Razón de desviación = Afmáxlfcmár
Así, la razón de desviación para estaciones en la banda de difusión de FM comercial
es razón de desviación, 88-108 Mhz = 75 kHz / 15 kHz = 5
FM de banda angosta contra FM de banda ancha
Al examinar la curva de ancho de banda de Schwariz (figura anterior) se aprecia que
para altos valores de modulación en frecuencia la curva tiende hacia una asintota horizontal
y para valores bajos tiende hacia la vertical. Un estudio matemático detallado indicaría que
el ancho de banda de una señal de FM en la cual la mf es menor que n; /2es igual a dos
veces la frecuencia moduladora.
Ancho de banda = 2fc para mf < IC /2
Tal como en la AM y a diferencia de la situación en la cual mf < A /2por cada
frecuencia moduladora aparecen dos frecuencias laterales, una por encima y otra por
debajo de la frecuencia de la portadora, espaciada cada una fc fuera de ella. Dado lo
limitado del ancho de banda de señales de FM con mf K n; /2,a tales modulaciones se las
designa como FM de banda angosta y a las señales de FM con mf > n: /2FM de banda
ancha.
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40
Aunque pudieran parecer iguales los espectros de una señal de AM y de una de FM
de banda angosta, por medio del análisis de Fourier se demuestra que las relaciones de
magnitud y fase para AM y FM son del todo diferentes. En la siguiente figura:
fc
- fm
fc
fc + f m
Se puede apreciar el espectro de frecuencia de una señal de FM de banda angosta.
Muchas de las ventajas que se obtienen con la FM de banda ancha, tal como la
reducción de ruido, no se encuentran en la FM de banda angosta. ¿Por qué entonces es
deseable un empleo de la FM de banda angosta más que la AM.? Una razón es que en la
FM de banda angosta (así como también en la FM de banda ancha) el contenido de potencia
en la frecuencia portadora disminuye conforme se incrementa la modulación, con lo que se
logra la condición deseable de poner la potencia donde esta la información.
El proceso de modulación se selecciona tratando de minimizar los errores. Así por
ejemplo existen varias técnicas de modulación por pulsos entre las que se encuentran ASK
(Modulación Por Cambio de Amplitud), FSK (Modulación Por Cambio de Frecuencia),
PSK (Modulación por cambios de fase), entre otras.
PSK es más efectiva en términos de ahorro de potencia o minimización de errores,
pero tiene desventajas al ser utilizada con canales con desvanecimiento y también se debe
considerar que su uso produce serios problemas de control de fase.
FSK por lo general requiere de anchos de banda mayores y es muy eficaz en los
canales con desvanecimiento.
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41
Transmisores de F.M.
El diagrama a bloques de un transmisor de FM es similar al de un transmisor de AM
como se nota en la siguiente figura.La red de preacentuación como se esperaba a partir del
análisis de los receptores de FM y un cuadro denominado MODULADOR.
OSCILADOR
DE R.F
.
MODULADOR
AMPLIFICADOR
DE POTENCIA
RED DE
PREACENTUA C I ~ N
AMPLIFICADOR
L
Hay dos tipos de técnicas para la generación de una señal de FM. Una es conocida
como el método directo y otra como el método indirecto.
El método indirecto de modulación de F.M.
Una de las dificultades que se han encontrado en los transmisores de FM que
dependen del método directo de modulación en frecuencia, es que por la naturaleza
variable de la sintonía del circuito tanque no se pueden emplear osciladores controlados a
cristal, razón por la cual no es posible lograr la estabilidad inherente a tales unidades
controladas a cristal.
Una técnica alterna para la generación de una señal modulada en fiecuencia que
permite el empleo del control a cristal es conocida como método indirecto. En esta técnica
se hace variar la fase mientras se mantiene constante la frecuencia. Lo que en realidad se
genera con esta técnica es io que se conoce como señal modulada en fase. Con una ligera
alteración, esta seflal modulada en fase puede ser considerada como una señal de FM:
Es de vital importancia que el transmisor este operando a su frecuencia designada,
para lograr máxima estabilidad en fiecuencia, el oscilador debe operar a relativa baja
frecuencia, ya que a menor frecuencia la estabilidad del oscilador es menor.
Para elevar la señal de FM a su valor de fiecuencia correcto, esta se hace pasar a
través de una serie de multiplicadores de frecuencia. Cuando la entrada al multiplicador de
frecuencia es una señal de FM, el multiplicador produce un aumento en la desviación de
frecuencia.
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42
Multiplicadores de Frecuencia.
En los transmisores de FM, la multiplicación de frecuencia de la señal de FM,
realiza dos funciones:
0
o
Aumenta la frecuencia de la señal, al valor deseado para su transmisión.
Aumenta la desviación de frecuencia efectiva de la señal de FM
La señal de FM de la sección del oscilador modulador tiene una frecuencia central
fc y una desviación de frecuencia Af causada por la señal moduladora, por lo tanto la señal
se desplazará de un máximo de ( fc + A f ) y a un mínimo de ( fc A f ).
-
La descripción matemática de una señal modulada en fkcuencia es:
V = A sen [2n: (fc + Af sen (2nfmt))t)
La frecuencia es:
f = fc + Af sen 2 d d
Cualquier medio que multiplique la frecuencia de la señal de FM por S producirá
una nueva señal que tendrá una desviación de frecuencia de S Af. La cantidad de
multiplicación empleada depende de la frecuencia a la cual debe elevarse la señal y la
cantidad de desviación deseada.
Sf = S(fc f Af sen 2nfmt)
Sf = Sfc + SAf sen 2xfmt
Af nueva = Af anterior
Con una nueva frecuencia central de Sfc anterior.
Esencialmente, los multiplicadores de frecuencia son generadores de armónicas, es
decir, la frecuencia de salida es algún múltiplo de la frecuencia de entrada. EL circuito de
salida debe contener no solamente la frecuencia de entrada original, sino también las
frecuencias armónicas de esta y se hace selectivo a la armónica deseada, rechazando las
además frecuencias. Para lograr este efecto, se utiliza un amplificador clase ‘c’ con su
terminal de salida sintonizada a la armónica deseada, las armónicas son señales con una
frecuencia múltiplo entero de la frecuencia fundamental. En la figura siguiente se muestra
un circuito simple de un doblador de frecuencia que utiliza un transistor operando en clase
“C”.
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43
MULTIPLICADOR
ENTRADA
3 I l I I,,
La señal de entrada proveniente del circuito entonado LlCl, cuya frecuencia
resonante es la kcuencia fundamental del sistema, y como el transistor opera en clase “c”,
la corriente del colector es no lineal conteniendo una gran cantidad de armónicas. El
circuito tanque formado por L2C2 , que va conectado al colector, se sintoniza a la
frecuencia de la armónica deseada, en este caso a la segunda armónica, teniendo entonces
un doblador.
Para lograr que el transistor trabaje en clase “c“. Esté se polariza después del punto
de corte, con lo cual la IC circula únicamente durante una parte del ciclo positivo de la
señal en forma de pequeños pulsos, cuando la base queda polarizada antes del punto de
corte. Esto hace que la salida no sea lineal y de esta forma produce una respuesta a la
fiecuencia de la armónica deseada, si la forma de onda de la señal de salida es una
reproducción exacta de la señal de entrada no se está trabajando al transistor de una manera
“no lineal”. Las frecuencias dependen de la duración del pulso y que tan rápido se repiten
los pulsos. Entre mas corto, más rápido se repite este, como consecuencia habrá mayor
cantidad de amionicas en la salida.
Los multiplicadores de frecuencia están en general limitados por consideraciones
prácticas a multiplicaciones por 2, 3 o 4. Se pueden obtener factores de multiplicación
mayores agrupando en cascada estos multiplicadores en pequeño, pero entre más grande sea
el factor de multiplicación menor será el nivel de salida de la etapa, por lo que es más
conveniente obtener la multiplicación a través de varias etapas.
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44
Heterodinación.
En ocasiones resulta necesario estar en posibilidad de ajustar la fiecuencia de la
señal modulada sin afectar la desviación de frecuencia. Esto se puede lograr por mezcla,
batido o heterodinación; estas tres expresiones significan lo mismo. Es el mismo proceso
que se emplea en el receptor superheterodino para generar la frecuencia intermedia
heterodinando la señal del oscilador local con la señal recibida.
La diferencia entre la heterodinación y la multiplicación reside en que en la primera
el ángulo senoidal se suma o se resta mientras que en el multiplicador el ángulo senoidal se
multiplica por algún factor. No es raro encontrar multiplicadores de frecuencia seguidos de
un heterodinador en un transmisor de FM.
El método directo de modulación de FM
En el método directo se emplea un circuito sintonizado que contiene un dispositivo
cuya capacitancia se puede hacer variar en forma directa con la amplitud de la señal
moduladora. Se pone en derivación con un circuito tanque RCL en paralelo. Los
dispositivos que más se emplean en esta forma incluyen el modulador de reactancia a
transistor y los diodos varactores.
En el caso del transmisor del sistema, se utilizó este método, a través de un
oscilador
controlado por voltaje y un amplificador de potencia como se muestra en la figura
OSCILADOR
AMPLIFICADOR
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45
Osciladores.
Las fuentes de excitación senoidal son piezas fundamentales de muchos sistemas. Se
utilizan de manera extensa en sistemas de comunicación, así como en casi toda la aplicación
de la electrónica. Un sistema retroalimentado oscilara si la función de transferencia de lazo
alcanzara la unidad de O db cuando el desplazamiento de fase es de -180 grados. Este
sistema produce una salida sin entradas. En cierto sentido la seflal circula constantemente y
se regenera a si misma.
Existen dos técnicas equivalentes para determinar si un circuito retroalimentado
oscilara. Una es ver la ganancia de lazo de un sistema con retro negativa. Si se presenta el
desplazamiento de fase de -180 grados cuando la ganancia de lazo es O db, el circuito es
inestable oscilara. La segunda técnica es observar que los polos de la Eunción de
transferencia total se encuentren en el eje imaginario.
El concepto de inestabilidad y retroalimentación positiva es común a todos los
osciladores, aun cuando existen algunas variaciones del diseño básico. Entre los osciladores
comunes se incluyen los osciladores con puente de Wien, de desplazamiento de fase,
Colpitts y Hartley.
La configuración del oscilador Hartley, tiene dos desventajas en comparación con el
oscilador Colpitts. Cuando dos osciladores están próximos, se presenta un acoplamiento
mutuo y un inductor afecta al otro, lo que provoca que la frecuencia de salida difiera de la
calculada. Otro inconveniente es que los inductores no se pueden hacer variar fácilmente en
un intervalo amplio de valores. Esto no sucede con los capacitores, por lo que puede hacer
que la frecuencia del oscilador Colpitts varíe con relativa frecuencia sobre un intervalo
amplio. El oscilador Colpitts se utiliza en varias aplicaciones y se modifican los valores de
los capacitores para cambiar la Erecuencia. Una excepción a esto se halla en el receptor
tradicional de TV (no electrónico), donde se utiliza un oscilador Colpitts con inductor
variable, los capacitores se encuentran fijos y el inductor esta conectado al sintonizador, que
cambia para cada frecuencia de estación. Se utilizan barras de sintonía en el inductor para
lograr la sintonización fina de la frecuencia portadora de la estación.
Se requieren inductores de baja resistencia en los osciladores. Esto aumenta el costo
de utilizar osciladores del tipo LC, como el Hartley y el Colpitts, con hcuencia se utilizan
otros osciladores que no emplean inductores en circuitos con amplificadores operacionales.
El oscilador con desplazamiento de fase consiste en tres redes RC idénticas cada una de las
cuales proporciona un desplazamiento de fase de -60 grados, lo que da los -180 grados de
desplazamiento total requeridos. Este oscilador constituye una forma simple de oscilador
con amplificador operacional, y es relativamente barata. Si se escribe la función de
transferencia de la red de retroalimentación, se encuentra que su cuigulo es de -1 80 grados
cuando la frecuencia es:
Fo = 142 6
Rc]
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46
Lo cual representa por tanto la fiecuencia de oscilación. En la práctica, se requieren más de
tres redes RC debido a que cada sección carga a la anterior y en consecuencia cambia sus
características. Una alternativa a utilizar mas de tres redes es aiiadir una etapa de compuerta
de potencia (bufler)entre cada par de redes RC con el fin de reducir los efectos de la carga.
Un oscilador muy simple se puede construir utilizando un cristal piezoelectrico,
mejor conocido como cristal de cuarzo y un amplificador. Como el modelo eléctrico del
cristal es un circuito resonante, se utiliza junto con circuitos discretos o integrados. Se
puede conseguir un control muy preciso de la fiecuencia con los osciladores a cristal, así
como estabilidades en el intervalo de varias partes por millón en la variación de la
frecuencia sobre intervalos normales de temperatura. Se pueden obtener cristales con otros
intervalos de fiecuencia, pero en lo general no son artículos del mercado.
A continuación se muestra el circuito del oscilador controlado por voltaje, que se
utilizara en el sistema de comunicación.
OSCILADOR CONTROLADO POR VOLTAJE
R3B
R3A
A i AMPLIFICADOR
R1
R2
.defineRl le+6
.define R2 4.7k
.define R3A 5k
.define R3B 5k
.define R4 1Ok
SEmL MODULADORA
=Cl
.defnecl 1Ouf
.define c 2 1ouf
Este oscilador consta de un transistor RET de canal N, el cual presenta una alta
impedancia de entrada además de tener un rango de oscilación de 88 Mhz a 108 Mhz. La
variación en la fiecuencia se logra al ir variando el punto de operación del transistor, el cual
se determina por la señal de entrada que va cambiando.
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47
Diseño de amplificadores en alta frecuencia
Es dificil lograr la frecuencia de corte utilizando un transistor particular, los
pariunetros del circuito y la configuración, cuando se construye el amplificador, se
alcanzara un punto de corte basado en esos parámetros. A continuación se da una lista de
opciones para obtener una frecuencia alta.
1.-Reducir la ganancia por etapa para reducir el efecto Miller.
2.-Reducir la impedancia de la fuente de la señal de entrada RI.
3 .-Seleccionar un transistor de más alta frecuencia.
4.-Utilizar una configuración que no sea sensible a la frecuencia, cómo
la base-colector o la cascode.
El amplificador propuesto es el que se muestra en la figura siguiente, el cual esta
basado en el transistor 123-A npn, en emisor común, con una potencia de 0.5 W.
AMPLIFICADOR DE POTENCIA
.define C3 .O1 uf
.define C4 l O u f
.define C5 IOpf
.define C6 1Opf
.define C8 .Oluf
.define R6 300
.define R5 4.7k
.define L l 300n
I
1_
-
1
-
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48
A continuación se muestra el circuito del transmisor terminado donde las
resistencias R3A y R3B es un potenciometro de 10k con el cual se producirá una buena
modulación. El capacitor C5 es un capacitor variable (varicap) de 1Opf-7.5pf y sirve para
sintonizar la frecuencia central del transmisor en este caso 90 Mhz.
CIRCUITOTRANSMISOR
2N5245
123 A
.define cl
.define R1
.define c3
.defnec4
.define c 5
.defineC6
.defineC8
.defin, R3A 5k
.define R3B 5k
.define R4
.define R5 4.7k
.define R6 300
R1:
== c 1
R5
<
1-
.define L1
.MODEL Q2 NJF (W0=-2WA=5E-005)
.MOOEL MODUIA sin (F=lOO A=.OOl
Etapa de Recepción
El receptor de FM es similar en muchos aspectos al receptor de AM. Ambos son por
lo general receptores superheterodinos. El receptor de FM comercial tiene por lo general
una frecuencia intermedia de 10.7 Mhz. Como se muestra en la siguiente figura:
Q
Amplificador
de ñf y
preselector
-
Amplificador
de FI
(10.7 MHz)
_
I
L
I
Oscilador
LOCd
- Limitador
-
r
Detector
-
Red de
desacentuación
-
0-ri4Amplificador
Por supuesto que el circuito de demodulación de los receptores de FM será por
completo diferente al que se emplea en los receptores de AM. Otras diferencias entre los
Unlversidad Autdnoma
Metropolitana
49
receptores de AM y FM consisten en la inclusión de una sección conocida como el
limitador y otra denominada red de desacentuación en el receptor de FM.
Amplificador de RF.
Esta etapa de sintonización, básicamente se encarga de seleccionar y amplificar la
portadora de FM; cuyo componente frnalmente entrega a la sección del mezclador. La etapa
amplificadora de R.F. generalmente emplea como punto central de operaciones un transistor
pnp ó npn de frecuencia de corte apropiada para operar en alta frecuencia.
COnVerSOr (Mezclador y Amplificador de Frecuencia Intetmedia)
Esta etapa básicamente se encarga de cambiar la frecuencia portadora, de la señal de
FM seleccionada, a un valor de FI,cuyo valor usualmente es 10.7 Mhz. La conversión de
fiecuencia se logra heterodinando, la señal seleccionada, con una oscilación generada
localmente; Así por ejemplo: si la señal seleccionada es de 95 Mhz, la oscilación local
tomara un valor que es igual a la suma de la señal seleccionada mas el valor de frecuencia
intermedia esto es: 95 + 10.7; donde sus componentes mezclados darán como resultado una
heterodinacion por diferencia igual a 105.7 Mhz - 95 Mhz = 10.7 Mhz.
El Limitador
El propósito del circuito limitador es recortar todas las variaciones de amplitud que
pueden existir en la señal a medida que llega a esta parte del sistema. Este recorte remueve
cualquier ruido de AM que pudiera haber llegado a ser parte de la señal. Con ello el
limitador elimina el ruido pero no afecta al contenido de información de la señal ya que la
información esta contenida en las variaciones de frecuencia y no en las variaciones de
amplitud.
Detector
Esta etapa se encarga de la función de demodular; es decir se encarga de extraer el
envolvente de modulación que en forma de variaciones de frecuencia contiene la FI,
entregando en su circuito de salida, la señal moduladora con un nivel bajo. Para lograr este
objetivo, el detector tiene cero volts en su circuito de salida, cuando en su circuito de
entrada está presente la FI sin modular. En cambio, cuando se presentan las bandas
laterales ya sea la superior o la inferior desarrolla un potencial de moduladora negativa o
positiva.
La Red de Desacentuación.
La red de precentuación origina que el contenido de información de alta frecuencia
de la señal de ruido en el transmisor se amplifique más que la información de baja
frecuencia. La red de desacentuación compensa esto reduciendo la ganancia de la señal de
audio de alta íi-ecuencia. La razón para la inclusión de tal sistema es reducir el ruido
modulado en frecuencia que entra a la señal transmitida al viajar del transmisor al receptor,
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50
así como cualquier ruido que pudiera entrar a la sección de RF del receptor. El ruido que se
incorpora a la señal como una modulación en frecuencia se da con una gran probabilidad y
desorden en las altas .frecuencias de audio; así; el sistema de preacentuacióndesacentuación, fiinciona para reducir el ruido modulado en frecuencia.
XR-2212
Aprovechando el alto grado de integración de los C.I.,que existe en la actualidad
seleccionamos el XR-2212, que tiene un sistema completo con buffers en entradas y
salidas, con una referencia interna, y varios amplificadores operacionales. Dos pines de
salida tiene VCO;una fuente de corriente, y otra fuente de voltaje. Esta operación permite
ser usada como un sintetizador de frecuencia con un divisor externo programable.
La sección de amplificadores operacionales puede ser usada como un
preamplificador de audio para la detección de FM o como un comparador para
demodulación FSK. El rango de la fiecuencia central para banda ancha y ajuste de rango de
el amarrador de fase (PLL) son controlados independientemente por componentes externos.
La salida del PLL es directamente compatible con CMMOS,HCMOS, y TTL así como con
periféricos de sistemas con microprocesadores. La precisión de los sistemas PLL operan
con un rango en el suministro de voltaje de 4.5 Volts a 20 Volts, a un rango de frecuencia
de 0.01 Hz hasta 300 KHz y aceptar una señal de entrada en el rango de 2mV hasta 3Vrms.
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51
Demoúulacíón FM (XR 2272)
El XR-2212 puede ser usado como un demodulador lineal de FM para señales de
banda angosta y banda ancha de FM. La conexión del circuito general para esta aplicación
es mostrado en la siguiente figura:
I
SALIDA MMODULADA DE FM
Donde el VCO de salida (pin5) es conectado directamente a la entrada del detector de fase
(pin 16). La señal demodulada es obtenida a la salida del detector de fase (pin lo), también
en esta conexión del circuito, la sección de amplificación del XR-2212 es usada como un
pre-amplificador para proporcionar a ambos la suma del voltaje de amplificación así como
la capacidad del manejo de corriente.
En el circuito, RoCo, fijan la frecuencia central en VCO,R1 fija la banda ancha
ajustada, C1 fija la constante de tiempo del filtro pasabajas, la resistencia de
retroalimentacion de los amplificadores operacionales M y Rc fijan la ganancia de voltaje
de la sección de amplificación.
El circuito s h e , para cualquier aplicación de demodulación de FM, por una
selección de los componentes Ro, R1, Rc, Rf, Co y C1, se tiene una frecuencia central de
FM y una desviación de eecuencia, la selección de estos componentes pueden ser
calculados por las siguientes, ecuaciones designadas y las defuiiciones dadas:
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52
a) Se escoge la frecuencia central fo,de VCO.Esta es la misma que la frecuencia de
portadora de FM.
b) Se escogen valores temporales para el resistor Ro,estos están en el rango de 10 K
a 100 k. Esta selección es arbitraria. El valor recomendado es Ro = 20 K.
El valor de Ro es normalmente bueno si se usa un potenciometro en serie, Rx
siendo este un fine-tuned.
c) Para calcular el valor de Co se utiliza la siguiente ecuación:
Co =1 / Ro Fo.....................................
(1)
d) Se calcula R1 para determinar el ajuste de banda ancha, Af (ver la ecuación 5).
El ajuste de banda ancha tiene que estar significativamente fijo, para que haya
máxima desviación de la señal de FM, Afsm, de entrada. Asumiendo que el ajuste
de banda ancha, esta "N" tiempos más Afsm. Puede reescribirse la ecuación como:
£/fo= RoR1 = N Afsdfo ............................
(5)
La lista de la siguiente tabla 1 recomienda valores de N, para varios valores de la
máxima desviación de la señal de entrada de FM. Los valores recomendados de proporción
de banda ancha, N, para varios valores de la desviación de frecuencia de la señal FM. (
Nota: N es el radio de ajuste de banda ancha Af para la máxima señal de desviación de
frecuencia, Afsm).
TABLA 1
Porcentaje de desviación
Recomendación del valor de de la señal de FM
radio
1% o menos
1% a 3%
3% a 5%
5% a 10%
10%a 30%
300?a 50%
10
5
4
3
2
1.5
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53
e) Calcula Cl seleccionando nuevamente (ver la ecuación 4).Normalmente, 5= 1í2
es lo recomendado. Entonces C1 = co/4 para 5=1/2. Sin embargo 6 es calculada
por:
6 = 1 / 2 * (KD* KO* 2 * n * C * 1 x e 3 ) sechec
se
f) Para calcular Rc y Rf, y así poder optener la amplitud pico de la señal de sa lida,
utiliza la siguiente formula:
Vout =
Afsm
fo
R1
x
Rc
+ Rf
X
VR
RO
Rc
En la mayoría de aplicaciones Rf = 1 OOk entonces Rc es calculada
de la ecuación anterior para dar la salida deseada.
El amplificador de salida puede también usar el voltaje como
unidad de ganancia, para abrir el circuito RC (y entonces Rc = infinito).
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54
Ruido en los Sistemas Electrónicos.
En prácticamente todo sistema electrónico, es necesario medir señales pequeñas. Por
lo general, esta tarea se halla limitada en precisión y posibilidad de detección debido al
ruido.
El termino ruido implica tensiones o corrientes que acompañan a la señal deseada y
tienden a contaminarla. Existen muchos tipos diferentes de fuentes de ruido en los sistemas
electrónicos. En ocasiones, el ruido se genera internamente, como en los resistores, diodos y
amplificadores, otras veces, el ruido se produce externamente, como sucede en el
alambrado de interconexión, o es provocado por circuitos.
La seíial sufre degradación entre el transmisor y el receptor, esta degradación es
consecuencia del ruido, de otras señales indeseables o de interferencias pero puede también
incluir otros efectos de distorsión, como el desvanecimiento del nivel de la señal, las rutas
múltiples de transmisión y la filtración.
Algunos canales producen distorsión en la señal, otros canales producen
desvanecimiento, en los cuales la amplitud de la señal recibida fluctúa aleatoriamente, lo
que se denomina también efectos de multitrayectoria que consiste en la energía radiada por
el transmisor sigue varias trayectorias para llegar al receptor.
El problema del ruido ambiental se puede reducir bastante siguiendo la practica del
sentido común en la ingeniería. Esto incluye los procedimientos de conexión a tierra y
blindaje adecuados. Se pueden lograr mejoras considerando el ruido electrónico (térmico y
de amplificador), sus características y sus efectos.
Fuentes de ruido
Entre las fuentes de ruido que deben considerarse incluyen las siguientes:
1.-Ruido térmico que aparece en la resistencia de la fuente.
2.-Ruido producido en la instrumentación a la entrada del amplificador.
3.-Ruido generado en el ambiente, como interferencia de frecuencias de
alta potencia, radio y televisión, iluminación, y vibración estructural.
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55
Ruido de resistores
El ruido generado en un resistor se denomina ruido térmico o “ruido de Johnson” y
se produce por el movimiento aleatorio de electrones debido a agitación térmica. Este ruido
esta función de la temperatura y tiene un valor cuadrático medio, esta dado por la ecuación:
2
en = 4 K R T ( f 2 - f l )
donde:
-23
K = Constante de boltnian (1.38*10
w.S).
T = Temperatura del resistor en grados kelvin.
R = Resistencia en ohms.
f2 fl = Ancho de banda del ruido en hertz.
-
Este ruido térmico o del resistor se conoce como ruido blanco, ya que su valor RMS
por unidad de ancho de banda es constante hasta altas fiecuencias.
El circuito equivalente de un resistor sin ruido en serie con una fuente de tensión de
ruido se muestra en la figura siguiente. La tensión de ruido es una función aleatoria con
valor R M S (raízcuadrática media) constante de tensión por unidad de ancho de banda. La
potencia del ruido es proporcional al ancho de banda.
Otros tipos de ruido
El ruido resistivo es el mínimo ruido que acompaña a la señal. Pueden existir otros
tipos de ruido, pero el de la resistencia siempre está presente. Otras fuentes de ruido que se
presentan en los sistemas electrónicos contribuyen al ruido total. Dos de estos tipos, que se
consideran aquí son el ruido de disparo y el ruido de baja frecuencia.
El ruido de disparo es el resultado de fluctuaciones aleatorias en el número de
portadores al fundirse a través de una unión semiconductora. El valor RMS de la corriente
del mido de disparo esta dado por la siguiente ecuación.
Donde:
-
Idisparo ~ s = qZ IDC (f2 fl ) A
-19
q = Magnitud de la carga del electrón (1.6 * 10 c)
IDC = Corriente promedio en la unión en amperes
f2 - fl = Ancho de banda del ruido en hertz
El ruido de disparo, al igual que el resistivo, tiene un espectro de potencia que es
aproximadamente constante a lo largo de la banda de frecuencia. Por tanto, este es otro
ejemplo de ruido blanco.
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56
El ruido de baja frecuencia, o ruido l/f, se detecta en materiales en los que está
presente la conducción electrónica. Este ruido se debe a imperfecciones en la superficie
resultantes del proceso de fabricación. Como este tipo de ruido tiene un espectro de
potencia que disminuye al aumentar la frecuencia, es más importante en bajas frecuencias
(de O a cerca de 100 Hz). Como resultado, las mediciones de pequeña señal se deben
realizar en alta frecuencia, de manera que se envían mediciones de CD.
La desviación a largo plazo de los amplificadores con transistores es resultado del ruido de
baja frecuencia. La potencia del ruido de baja frecuencia se puede expresar por la ecuación:
Ruido en amplificadores operacionales
Al aplicar las fuentes de ruido analizadas anteriormente a un sistema con
amplificador operacional. Un amplificador ruidoso se representa como un amplificador sin
ruido con un generador de tensión de ruido mas un generador de corriente de ruido
conectados a la entrada, como se muestra en la siguiente figura donde las variables son las
siguientes:
2
Es = Señal cuadrática media de la fuente de tensión
2
es = 4 K T R s ( f Z - M )
Rs = Resistencia de fuente sin ruido
2
eN = Generador de tensión
equivalente.
a ruido cuadrático medio del amplificador
2
in = Generador de corriente de ruido cuadrático medio del amplificador
equivalente
El filtro RC pasa-bajas ubicado en la salida del amplificador se utiliza para reducir
el ruido blanco por arriba de la frecuencia de paso. El resistor R no es ruidoso. Las
dimensiones de los generadores de ruido son las siguientes:
1R
en
esta en volts (RMS)/hertz
1/2
in
esta en amperes (RMS)/hertz
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57
Se supone nuevamente que las fuentes de ruido no están correlacionadas, de modo
que se pueden sumar las tensiones cuadráticas medias individuales. Por tanto la tensión de
ruido R M S total es la raíz cuadrada de la suma de los cuadrados de las salidas para cada
fuente de ruido.
Se desea encontrar la salida de tensión al ruido total para el amplificador de la figura
anterior. Se suman todas las fuentes de ruido y el resultado se multiplica por la ganancia Av
obteniéndose:
2
2
Vos={[4kTRi+en +(hRi) (f2-fi)
1l2
Avm
Las dimensiones de la ecuación anterior son volts(rms) y Avm es la ganancia a
frecuencias medias del amplificador.
Razón señal a ruido
La calidad de un amplificador se puede medir por la razón de la seiial de tensión de
salida a la tensión de ruido de salida. La razón de señal a ruido en la salida se representa
con el símbolo (SNR), se encuentra calculando la señal de tensión en la salida, la cual esta
dada por la ecuación:
VM= es Avm
por lo tanto, la razón señal a ruido en la tensión de salida, de las dos ecuaciones anteriores
da como resultado:
2
2
1/2
(SNR)o= eS/{[4kTRr+en +(hRi) ( f 2 - f i )
Avm
A mayor (SNR)o, mejor será la calidad del amplificador. La tensión de ruido
equivalente, referida a la entrada del amplificador, no es posible encontrarla midiendo esta
tensión en la entrada del amplificador.
Es posible aumentar la (SNR)o si se puede eliminar cualquier termino del
denominador de la ecuación anterior, por ejemplo, haciendo maxima la (SNR)o y
alimentando al amplificador con una fuente de resistencia cero, es decir, RI=O. Se puede
aumentar aun más la (SNR)o limitando el ancho de banda del amplificador. Se selecciona la
constante de tiempo Rc de un filtro pasa-bajas, para que elimine cualquier frecuencia
innecesaria, y de esta forma se aumenta la (SNR)o, la (SNR)o del amplificador se puede
incrementando todavía mas utilizando un filtro de mayor orden.
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58
Cifra de ruido
La cifra de ruido se utiliza para clasificar el desempeño del amplificador con el
ruido y se expresa en decibeles. La cifra de ruido se define como:
2
2
NF = 10 LOG [1 + en +(in Ri) MkTRi]
2
2
Un amplificador sin ruido, con en = ii = O, tiene una cifh de ruido O Db. Para FU
fija, el amplificador menos ruidoso tiene la menor cifra de ruido. Conforme la resistencia de
entrada se aproxima a cero, la cifra de ruido aumenta sin limite.
Consideraciones para la reducción del ruido
La mínima cifh de ruido se encuentra en la relación:
NF = 10 LOG 10 [1 + b in / 4 k TI
La resistencia de entrada optima, que es la relación de en, a in, provoca una cifra de
ruido mínima, como se muestra en la ecuación anterior. Se puede conseguir una mejora
significativa en la relación señal a ruido igualando la resistencia de la fuente, Ri a la Riop
de la ecuación. Esto se puede lograr con un transformador de acoplamiento.
Filtros Activos.
La palabrafiltro se refiere a la eliminación de porciones no deseadas del espectro de
frecuencia. En principio se aplicaba a sistemas que eliminaban componentes de frecuencia
no deseados de una señal en el tiempo. La palabra se utiliza en la forma más general para
incluir sistemas que simplemente ponderan los distintos componentes de frecuencia de una
función en forma predeterminada. Cuatro de las clases más comunes de filtros que se
encuentran son pasa-bajas, pasa altas, pasabanda y rechazabanda.
Los filtros ideales pasa-bajas permiten el paso de frecuencia hasta un limite dado y
atenúan las frecuencias por arriba de ese limite. Los filtros ideales pasa-altas son
exactamente lo contrario, los filtros ideales pasa-banda solo permiten el paso de frecuencias
en una banda particular y atenúan las frecuencias restantes.
Los filtros activos producen ganancia y por lo general consisten solo en resistores y
capacitores junto con circuitos integrados. El amplificador operacional cuando se combina
con capacitores y resistores, puede simular desempeño de filtros pasivos inductivocapacitivos. Para filtros de orden elevado, las configuraciones activas son más simples que
las pasivas.
~
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59
Cuando se diseña un circuito o sistema, es usual que se pongan restricciones. Entre
las especificaciones deseadas como fundamento del diseño se pueden incluir: el
decaimiento (la razón de atenuación de la señal en frecuencias fuera de la banda de paso), la
frecuencia de corte y la ganancia producida a la frecuencia de resonancia del circuito. Estos
son requerimientos en el dominio de la frecuencia. Los requerimientos en el dominio del
tiempo son también importantes, ya que determinan la respuesta transitoria. En general se
expresan en términos de tiempo de rampa, sobredisparo y tiempo de estabilización para
entradas preestablecidas (por lo general funciones escalón).
Con frecuencia una restricción se puede cumplir solo a expensas de otra, en estos
casos, el Ingeniero de diseño esta forzado a considerar tanto el parámetro deseado como su
contraparte indeseada.
A menudo, las conversiones de los filtros pasivos no son deseables porque requieren
el uso de inductores, por ejemplo: si se esta diseñando un filtro para una aplicación en un
aerotransporte o en un satélite, resulta muy inconveniente el peso y tamaño relativamente
grandes de los inductores comparado con la de otros componentes. otra desventaja es que
los inductores, en general, tiene un intervalo de señales muy pequeño sobre el que presentan
un comportamiento lineal que en el caso de los capacitores y resistores. Por ultimo no es
posible construir inductores por medio de las 4 técnicas de fabricación empleadas en la
manufactura de circuitos integrados, por consiguiente, las conversiones de redes que
requieren inductores no pueden en general, convertirse en forma integrada.
Efectos de carga8 capacitivas
A función de transferencia del amplificador operacional incluye la capacitancia de
salida y los efectos de la capacitancia del chip. Una carga capacitiva disminuye la
frecuencia de corte (es decir, una constante de tiempo mayor conduce a una frecuencia
menor) y es algo problemática para valores de capacitores (cl) de mas de lOOPf en una
configuración circuital típica. El efecto se puede reducir afiadiendo una resistencia en serie,
esto añade atenuación y modifica la característica ganacia-fase.
La impedancia de entrada con frecuencia se modela como un capacitor CI, en
paralelo con un resistor RI. Esta red RICI, conduce a desplazamientos de fase en altas
frecuencias. Las capacitancias externas adicionales a través de la entrada son algo
problemáticas cuando la RF es grande, porque la frecuencia de corte disminuye. La
compensación adicional con un capacitor Cf , en paralelo con Rf, se puede utilizar como
solución. Esto se conoce como compensación por efecto de miiler, y coloca un cero
congruente con el polo para los efectos de cancelación. Los valores típicos de Cf se hallan
entre 3 y 10 Pf.
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60
Circuito de Control
Este circuito se encarga de controlar el sentido de la transmisión del sistema. Consta
principalmente de un circuito temporizador integrado, LM555, además de un relevador a
5V y un transistor 2112222.
Esencialmente, cuando la PC (DTE) esta lista para transmitir, enciende la línea de
RTS, y el circuito de control responde con una señal de CTS, con esto se indica al DTE,
que el sistema de comunicación esta listo para transmitir. Inicialmente el sistema de
comunicación esta siempre con la función de receptor, estando conectada la antena al
demodulador, por medio del interruptor “3-2”del relevador y la alimentación por medio del
interruptor “6-7”de este mismo.
Cuando se hace una petición de transmisión, por medio de RTS, esta señal conmuta
al transistor 2n2222, que a su vez polariza al relevador produciendo un cambio en los
interruptores, con lo cual la antena quedará conectada al transmisor, por medio del
interruptor “3-4”, y el transmisor será polarizado por el interruptor “7-5”, con esto el
sistema se convierte en un transmisor y puede transmitir.
La señal de CTS debe tener un retardo lo suficientemente grande, para permitir que
el relevador realize el cambio de interruptores, para este evento, se utiliza el integrado
LM555.
Cuando la señal de RTS es activada, el voltaje del capacitor será inicialmente cero.
En consecuencia, la terminal 2 y 6 estarán arriba de sus umbrales respectivos y la salida
permanecerá baja. Conforme el capacitor se va cargando, las terminales pasaran por abajo
del nivel de sus umbrales, de tal manera que, el 555 se conmute a un estado donde la salida
sea alta. El resultado es que la salida de la terminal 3 del 555 se retarda por un intervalo de
tiempo T después de ser activada la señal de RTS.
Universidad Autdnoma
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61
El retardo de tiempo se encuentra por:
T=IuxC
En el caso del sistema de comunicación, el relevador tarda 50 ms en hacer el cambio
de los interruptores, con lo que, utilizando un capacitor de 4.7uf y un tiempo de retardo de
300ms se podrá calcular el valor de la resistencia, utilizando la formula anterior, de tal
manera que su valor será de:
Despejando RA.
T
RA=
1.1 c
300ms
RA-
1.1 x 4.7 uf
= 68k IR
Así se asegura que cuando la señal de CTS llegue a la PC, el sistema este
verdaderamente listo para transmitir y no provocar conflictos en la comunicación. A
continuación se muestra el circuito controlador del sistema de comunicación.
ANTENA
DE RTS
2N2222
I"
4.7uf
J " 1
SUMINISTRO PARA EL DEMODUIADOR
SUMINISTRO DE 12V PARA EL TRANSMISOR
AL CIRCUITO DEMOWiAüOR
I
AL CIRCUITO TRANSMISOR
$=
i
Esta manera de funcionar del sistema de comunicación para transmitir, se mantendrá
hasta que la señal de RTS sea interrumpida, en ese momento el transistor conmutara,
dejando de polarizar al relevador, Provocando que los interruptores de este, vuelvan a su
estado anterior, con lo que elsistema de comunicación será ahora un receptor.
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62
La activación de la señal de RTS será hecha mediante sohare, así como también la
desactivación.
Antenas.
Un patrón de irradiación describe la eficacia de una antena para irradiar energía en
varias direcciones. Una antena Marconi tiene un patrón circular de radiación, como se
muestra en la siguiente figura:
O
Antena
Patrón horizontal de radiaciones de una antena Marconi
Una antena Marconi consiste en un conductor vertical de ?4de la longitud de onda.
Esta longitud de onda se podrá de terminar a partir de la formula:
fh=kC
En donde:
f = frecuencia
h
= longituddeonda
k = factor de velocidad'
C = velocidad de las ondas electromagnéticas en el espacio
'
El factor de velocidad k es un numero decimal que cuando se multiplica por la velocidad de las ondas
electromagnéticas en el espacio libre,& la velocidad de esas ondas en un medio físico.
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Elección de una línea de transición apropiada para una antena
El interés primordial al escoger una antena es que la impedancia característica de la
línea de transmisión sea igual a la resistencia a la radiación de la antena. Esto es así para
minimizar el desarrollo de ondas estacionarias en la línea y la perdida concomitante de
potencia en la línea de transmisión.
Otras consideraciones incluyen si la línea de transmisión debe estar balanceada o no
y si se requiere blindaje. Este ultimo es importante en la línea de transmisión, sobre todo al
ocuparse de un sistema receptor en el que la recepción es margina1 y que se encuentra en un
ambiente eléctricamente ruidoso.
El uso de un cable blindado se hace también importante cuando la línea de
transmisión para una instalación de transmisor pasa cerca de instrumentos delicados que se
pueden ver afectados por la radiación que procede del cable.
Determinación de la resistencia de radiación y uso requisitos de carga
fantasma
La resistencia de radiación es intangible y constituye la medida de radiación real de
energía al espacio. Se define como la razón de la potencia irradiada al cuadro del valor
efectivo de la corriente máxima en el sistema de radiación. Para una antena de media onda,
esta resistencia es de aproximadamente 73 ohms e igual a la resistencia de entrada del
centro de la antena. Sin embargo, en general, la resistencia de entrada se puede determinar a
partir de:
Rrad = P/12
Cuando se ajusta un transmisor, se desconecta la antena de modo que no se produce
radiación. Si no se usa nada para reemplazar la antena, se producirá un desacoplamiento y
se dafiara la etapa de salida del transmisor. En lugar de la antena se emplea un resistor con
una resistencia igual a la resistencia de radiación de la antena y con una capacidad de
manejo de potencia que le permita disipar con seguridad la potencia que tomaría la antena.
Calculo de la ganancia de la antena
La ganancia de la antena es una comparación de la salida en una dirección dada de la
antena en cuestión y una antena de referencia. A menos que se especifique otra cosa, la
antena de referencia puede ser omnidireccional (irradia por igual en todas direcciones) o un
dipolo. La mayor potencia irradiada en una dirección determinada se obtiene a expensas de
otras direcciones. La antena no produce potencial adicional
De acuerdo a las características del sistema de comunicación, se utilizara una antena
del tipo Marconi, ya que irradia y recibe igualmente en todas direcciones.
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64
Tomando un factor de velocidad de 0.8 y una fkecuencia de radiación y recepción de
90 Mhz. La longitud de la antena será:
fh=kC
8
6
( 9 0 x l O ) h = (0.8)(3~10)
h = (2.4 x 10 ')
/( 90 x 10 ')
h = 2.66m
El Largo de una antena Marconi es % de la longitud de onda por lo tanto:
h
2.66 m
-- 4
4
= 66.6cm
Con él calculo de la antena queda terminado el circuito eléctrico del sistema de
comunicación, el cual se muestra en la siguiente pagina.
_
...........
A
__ .....
................
1'
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..........
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1 1.1.3
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I
I
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I
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II
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....
.: 1 1 1 1
-1 I .P.I
....
I
Universidad Autónoma
Metropolitana
65
Software
B
ásicamente para transmitir una cadena de caracteres a través del aire como canal de
transmisión se tienen que configurar las interrupciones de la PC como si se tratara
de un módem común y corriente.
Al arranque del programa las PC's estarán en modo de recepción (es necesario
informar que el mismo programa existirá en la PC transmisora y la receptora) por opción de
menú (y a elección de usuario) alguna de las dos PC's será la transmisión y la que
permanezca sin habilitar la transmisión será la parte receptora.
El software de operación buscará ser lo más profesional posible, contando con
menús desplegables, opciones de configuración, etc.
También se proyecta que cada terminal cuente dentro de su propio software un
pequeflo editor de textos de capacidad de datos limitada para que se pueda transmitir
información útil. Con la mejora del editor y el desarrollo de la velocidad de transmisión y
recepción en el hardware, así como la administración de recursos por parte del software, el
intercambio de información puede ser mucho más eficiente y por lo tanto más aplicable a la
resolución de problemas de comunicación.
Es necesario, como primer paso habilitar las interrupciones mediante los registros
del UART de la PC y su controlador de interrupciones 8259.
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Metropolitana
66
Realizar los procedimientos y funciones necesarias para que un archivo de texto
presentado en pantalla sea puesto bit a bit en el puerto serial de donde el hardware se hará
cargo de la información.
Mediante procedimientos inversos, recolectar la información bit a bit de llegada al
receptor y transformarla en información legible para presentarla en pantalla.
Como opción viable darle la capacidad al software de salvar la información en disco
para su posterior uso (en un formato *.txt).
Darle habilidad al editor de textos que elija la porción de información a transmitirse
(a que se tiene un buffer configurado por software de 1024 caractéres).
Controlador Programable de Interrupciones 8259
El Controlador Programable de Interrupciones 8259 (PIC: Programmable Interrupt
Controller) se usa en la gestión directa de las interrupciones de hasta 8 dispositivos
distintos, y de hasta 64 dispositivos si se conectan 8 chips juntos.
El PIC 8259 actúa a modo de "recepcionista" en un sistema en el cual cada
dispositivo es alguien que comunicarase con el CPU. El PIC se encarga de que en cada
momento, solo una llamada llegue al CPU respetando ciertas prioridades.
Cada dispositivo tiene una línea de interrupción, que es una de las ocho líneas de
interrupción del PIC. El 8259 puede programarse para que se ignore o controle cualquier
combinación de estas líneas. Esta selección se determina a través de interrupciones
mascarables con un byte que envía al PIC. El 8259 puede programarse para que se ignore o
controle cualquier combinación de estas líneas. Esta selección se determina a través de un
puerto situado en el control. Los ocho bits mascarables corresponden a los 8 dispositivos.
Si quieren ignorar las interrupciones de un dispositivo determinado, basta con poner a 1 el
bit de las interrupciones mascarables asociados a dicho dispositivo. Si al PIC le llegan
señales de dos o más dispositivos a la vez, el PIC determina a quién debe atenderse primero
de acuerdo a ciertos esquemas, defmibles por el usuario. Dichos esquemas incluyen una
prioridad fija y una prioridad rotatoria. El dispositivo al que no se atiende espera turno en
un área de recepción gestionada por el propio PIC. Cuando el CPU recibe una petición por
esta línea, envía una señal de "enterado" por la línea de INTA.
El UART
Uno de los primero, y hasta ahora el dispositivo más popular de recepcióntransmisión Asíncrona es el Receptor Transmisor Asíncrono Universal ( Universal
Asynchronous Receiver and Transmitter ). Este ingenio combina un receptor y un
transmisor independientes, cada uno con su propio bus de datos, puerto serie y reloj.
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Metropolitana
67
La lógica de control que determina el número de bits de datos y si la paridad es
impar o par (o si no hay paridad), es común a ambas, receptor y transmisor. Esta
arquitectura permite operar en dúplex con velocidades de transmisión diferentes. La lógica
que controla el número de bits de detención afecta únicamente al transmisor, esto se debe a
que el receptor solo busca un bit de detención. Es el transmisor el que necesita conocer el
número mínimo de bits de detención que debe insertar.
Básicamente las tareas del UART se pueden definir de la siguiente manera:
Convertir señales paralelas provenientes del CPU a señales seriales para
transmitirlas al exterior, y convertir señales seriales de entrada a la computadora a formato
paralelo para el procesamiento del CPU.
Agregar los bits de comienzo, parada, y paridad a cada carácter a transmitirse y
quitar esos bits de los caracteres recibidos.
Asegurar que los bits individuales se transmiten en el Baud Rate apropiado, calcular
el bit de paridad en caracteres transmitidos y recibidos, y reportar cualquier error detectado.
Colocar las señales de control de hardware apropiadas y reportar sobre el estado de
circuitos de control de entrada.
La mayoría de los UART pueden ser programados para transmitir una señal especial
conocida como interrupción. La computadora debe programarse para reconocer la
interrupción y darle el servicio requerido.
Las interrupciones típicamente se generan cuando un carácter ha sido recibido,
transmitido o cuando las señales de control cambian. Pueden ser diferentes interrupciones
para diferentes eventos, o solo un tipo de interrupción.
Registros del UART
El chip 8250A de National contiene algunos registros, los cuales son:
1.- Registros de control, que reciben comandos desde el CPU.
2.-Registros de estado, que usan para informar a la CPU de que esta sucediendo en el
UART
3.-Registros buffer, que retienen caracteres pendientes de transmisión o proceso.
Los registros de control son:
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0
68
Registro control de linea
El registro de control de línea se usa para colocar los parámetros de comunicación.
El significado de cada bit se muestra en la tabla:
bit
significado
Longitud de la palabra de datos
Longitud de la palabra de datos
Bit de Parada
Habilitación de paridad
Selección de paridad
Elección de lógica de paridad
Interrupción ( break )
Bit de acceso al latch divisor ( DLAB )
La longitud de la palabra de los datos va dada por los dos primeros bits:
bit O
bit 1
O
O
O
1
O
1
1
Longitud de Palabra
1
El bit 2 de parada se conforma de la siguiente manera:
O
1
Se usa 1 bit de parada
Se usan 2 bits de parada
El bit 7 se llama bit de acceso al latch divisor @LAB). Si se coloca a uno, una
operación de lectura o escritura accesa a los latch divisores del generador de baut rate. Si se
coloca a cero, operaciones de lectura o escritura accesan a los de buffer de recepción y
transmisión o al registro de habilitación de interrupción.
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69
Registro control de módem
Administra las señales de control transmitidas desde el UART. Cada bit se muestra
en la siguiente tabla:
Bit
O
1
2
3
4
Abreviación
DTR
RTS
OUT1
OUT2
LOOP
Nombre
Terminal de Datos Lista
Solicitud para Transmitir
Salida 1definida por usuario
Salida 2 definida por usuario
Prueba Modo de Regreso
El bit O se usa para colocar la salida terminal de datos lista a lógica cero (Habilita un
dispositivo remoto a transmitirlos). Si el bit O es cero, el DTR se coloca a lógica uno
(solicita a un dispositivo remoto a no transmitirlos).
El bit 2 y 3 son el control auxiliar de salidas defrnidas por usuario conocidas como
OUT1 y OUT2.
Registro de habilitación de interrupción
Se utiliza para comunicarle al UART que evento deberá causar una interrupción.
Los bits correspondientes a cada interrupción se muestran en la tabla siguiente:
Bit
Coloca Interrupción
O
Datos disponibles
Registro de retención del transmisor vacío
Estado línea receptor
Estado del módem
Siempre son cero.
1
2
3
4-7
Latch divisor de baud rate
El baud rate se coloca grabando en dos registros un numero por el cual el reloj de
entrada debe ser dividido. La frecuencia resultante es de 16 veces el baud rate.
Los dos registros son el byte menos significativo latch divisor (DLL) y el byte más
significativo latch divisor (DLM). Los divisores usados para generar diferentes baud rate se
muestran en la siguiente tabla:
Universidad Autbnoma Metropolitana
Bit
Abreviación
Nombre
DR
OE
PE
FE
BI
THRE
TSRE
lSPARE1
Datos Listos
Error de Overrun
Error de Paridad
Error de Elaboración
Interrupción break
Registro de Retención del Transmisor
Registro de Retención del Transmisor
Bit siempre a cero.
70
Datos listos significa que un carácter se recibió del exterior. Este bit permanece
colocado hasta que el carácter se lee desde el registro buffer receptor.
Registro de retención del transmisor, significa que el UART esta listo para recibir un
carácter de transmisión.
Registro de retención del transmisor significa que el UART no esta en proceso de
transmitir un carácter. Este registro se usa en el proceso de conversión paralelo a serial, y su
estado normalmente no se prueba por comunicaciones software.
0
Registro estado de módem
Proporciona la información acerca del estado del módem.
0
Registro identificación de interrupción
Proporciona información acerca del estado actual de la interrupción pendiente. Bit O
se coloca a 1 si no hay interrupción pendiente. Si se coloca a cero, bits 1 y 2 indican que
interrupción esta esperando de acuerdo al esquema de la siguiente tabla.
Bit 2
Bit 1
Interrupción Pendiente
1
1
1
O
O
O
O
Estado de línea
Datos recibidos disponibles
Registro de retención del transmisor
Estado del módem
1
Los bits 3 al 7 son siempre cero.
Universidad Autónoma Metropolitana
71
Registros bufíer
La tercera categoría de registros son los buffer en el UART. Existen dos: el de
recepción y el de transmisión.
Registro buffer receptor
Este registro retiene el ultimo carácter recibido. Una vez que ha sido leído, el
registro estado de línea indica que el buffer receptor esta vacío hasta que otro carácter se
recibe. Si el segundo carácter se recibe antes que el primer carácter se lea, un error de
sobreflujo se reporta.
0
Registro de retención del transmisor
Este registro retiene el próximo carácter a transmitirse. El carácter se coloca ahí por
el programa. El registro estado de línea indica cuando el carácter ha sido transmitido.
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Listado del Software de Operación
program RecibComl;
uses
crt,
Dos,
Ptools;
Const
PuertoDatos = $03F8; (* Contiene 8 bits para Rx o Tx
Var
Opcion
Salida
: Char;
: Boolean;
Procedure Recib ( Var Car : Char );
Var
AsciiRecib : Integer;
begin
Asm
MOV DX, PuertoDatos
IN AX,DX
MOV ASCIIRECIB, AX
end;
Car := Char ( AsciiRecib );
end;
Procedure AbrirEntorno;
begin
ClrScr;
PTWSet ( 1 , 1 , 1,80,24,2, O, 2, 'Transmision', false );
PTWSet ( 2,2,2,79,23, 1 , 1,2, 'Inalambrica', false );
PTWOpen ( 1 );
PTWOpen ( 2 );
end;
procedure CerrarEntorno;
begin
PTWClose;
*)
72
Universidad Autónoma Metropolitana
PTWClose;
ClrScr;
end;
Procedure Mensaje ( X : Integer; Y : Integer; Mens : String );
begin
GotoXY ( X, Y );
write ( Mens );
end;
Procedure Menu ( Var Opc : Char );
begin
PTWSet(3,24,7,55,17,2,0,2,'Menu',True);
PTWOpen ( 3 );
TextColor ( 12 );
Mensaje ( 5,3,'R' );
Mensaje ( 5,5, 'S');
Mensaje ( 5,7, 'A' );
TextColor ( 2 );
Mensaje ( 7,3, 'e c i b i r' );
Mensaje ( 7,5, 'a 1 i r a D O S ' );
Mensaje ( 7,7, 'c e r c a d e . . .' );
Opc := UpCase ( ReadKey );
PTWClose;
end;
Procedure Recibir;
Const
Retardo = 200;
Var
Caracter : Char;
Tecla : Char;
begin
PTWSet ( 4,24,7,55, 17,2, O, 2,' Recepci@n', True );
PTWOpen ( 4 );
Textcolor ( 12 + Blink );
Mensaje ( 5 , 3 , 'Recibiendo Caracter ' );
Textcolor ( 2 );
Mensaje ( 2,9, 'Presione para interrupir' );
TextColor ( 14 );
Mensaje ( 11,9, 'ESC');
73
Universidad Autónoma
Metropolitana
While Tecla 0 #27 do
begin
If Keypressed Then
Tecla := ReadKey
Else
begin
Delay ( Retardo );
Recib ( Caracter );
Mensaje ( 14, 5, Caracter );
end;
end;
PTWClose;
end;
Procedure AcercaDe;
Var
Cualqtecla : Char;
begin
PTWSet ( 5,7,5,70,20,2,
O, 2, ' Acerca De... ', True );
PTWOpen ( 5 );
Mensaje ( 13,2, 'Software de Transmision Inalambrica' );
Mensaje ( 13,4, 'Proyecto de Ingenieria Electrica IT ' );
Mensaje ( 13,6, 'Presentado por:' );
Mensaje ( 13,7, ' Bautista Butrón Joel Luís' );
Mensaje ( 13,8, ' De la Cruz Velazquez Veronica' );
Mensaje ( 13,9, ' Djaz Mejia Francisco Javier' );
Mensaje ( 13, 11, 'Asesor de Proyecto:' );
Mensaje ( 13, 12, ' Ing. Donaciano Jimenez Vázquez' );
Mensaje ( 13,14, 'Universidad Autónoma Metropolitana' );
repeat
CualqTecla := UpCase ( ReadKey );
Until ( CualqTecla = #27) Or ( CualqTecla = #13 );
PTWClose;
end;
begin
Salida := False;
AbrirEntorno;
repeat
Menu ( Opcion );
Case Opcion Of
'R : Recibir;
'A' : AcercaDe;
'S': Salida := True;
end;
74
Universidad Autónoma
Until Salida;
CerrarEntorno;
end.
Metropolitana
75
Universidad Autónoma
Metropolitmna
76
Conclusiones
D
urante la presente investigación se desarrolló el proyecto en base a la estrategia de
subdividir el sistema en subsistemas más simples y de solución menos compleja,
para finalmente ensamblar las soluciones particulares obteniendo fialmente la
solución al problema original. Esta técnica facilita grandemente el desarrollo de sistemas de
cualquier tamail0 lograndose ademas la multidiscipliia y el desarrollo del trabajo en
equipos (ya que en la iniciativa privada dicho sea de paso, es la manera más común de
trabajar).
El problema de comunicar dos computadoras a través del puerto serial sin usar
conexión fisica entre ellas requirió del diseño de dos transmisores-receptores coordinados a
través de un relevador. Asi tambien se trabajó en el sistema de heterodinación y detección
de la señal portadora. Cabe señalar que la transmisión se realizó en frecuencia modulada a
través de un canal libre de estaciones comerciales. Una parte integrante del sistema fue
tambien el desarroilo de software que %era cap& de capturar información y enviarla al
puerto serial a través del UART.
Finalmente queremos señalar que la presente investigación aunque corta en su
contextopuede servir como guia en posteriores proyectos de mayor envergadura como el
desarrollo de redes LAN inalambricas, oficinas móviles, videoconferencias,
radiocomputación (transmisión de señales comerciales de datos) y teleínformatica.
Es menester aclarar tambien que debido a la bastedad del proyecto y a la escases de
tiempo no se desarrollaron partes importantes como es la seguridad de los datos al viajar en
el espacio, criptografia, códigos de error, etc. Confiamos en que dichas materias serán
analizadas por compafieros que cursaran esta misma materia y esten interesados en nuestro
trabajo.
Universidad Autbnoma Metropolitana
Bibliografía
E
n la presente obra se utilizó la siguiente bibliografia:
0
VOICE / DATA TELECOMMUNICATIONSSYSTEMS
Michael L. Gurrie / Patrick J. O’Connor
Prentice Hall, Inc,Englewood Cliffs, New Jersey
0
INTERCONEXION DE PERIFERICOS A MICROPROCESADORES
Serie: Mundo Electronico (Varios)
Publicaciones Marcombo
DATA AND COMPUTER COMMUNICATIONS
William Stallings
Mac. Millan Publishing Company
COMMUNICATION CIRCUITS ANALISYS AND DESIGNG
Clarke-hess
Addison-Wesley
USER’S GUIDE
Installation Guide S VGA Utility Guide
77
Universidad Autónoma Metropolitana
o
DISER0 ELECTRONIC0
Savad,Roden,Carpenter
Addison-Wesley Iberoamericana
o
CIRCUITOS INTEGRADOS LINEALES
Y AMPLIFICADORES OPERACIONALES
Robert F. Coughiln / Frederick F.
Prentice Hall Hispanoamericana
o
AMPLIFICADORES OPERACIONALES
Arthur B.Williams
McGraw-Hill
o
FAST AND TTL DATA
Motorola
0
SEMICONDUCTORS NET
6th edition
78