UNIVERSIDAD AUTÓNOMA METROPOLITANA /ING. EN ELECTR~NTCA PROYECTO TERMINAL I1 / MÓDEM FSK I ASESOR: ING. DONACIANO JIMÉNEZ V. Jf ALUMNOS : / JUÁREZ CASTRO CANDID0 PREZA MARIN ARIEL RAMíREz GUTIÉRREZHUGO MAYO DE 1995 - AGRADECIMIENTOS Expresamos nuestro agradecimiento al profesor Ing. Donaciano Jiménez por su apoyo mostrado en la elaboración de este trabajo. Quien sin su apoyo y comprensión no habrla sido posible la realización del mismo. ESTE TRABAJO, SOLO ES LA CONCLUSIÓN DE UN SUENO, DE UNA ILUSIÓN. DESEO AGRADECER A QUIENES ME AYUDARON A CONVERTIR ESTE SUENO EN UNA REALIDAD. AMIPAPA ; . POR LA PACIENCIA Y CONFIANZA A MI MAMA ; POR COMPARTIR SU FUERZA A MI HERMANA ; POR SUS PALABRAS DE ALIENTO GRACIAS POR CUIDAR DE ESTE SUENO C . J. C . A MI MAMA, MANUELA GUTIERREZ PÉREZ POR TODO EL AMOR, APOYO Y PACIENCIA, QUE TU50 SIEMPRE CONMIGO, PARA PODER FORMARME Y SALIR ADELANTE EN ESTA CARRERA Y EN LA VIDA TAMBIÉN. A MI PAPA, SERGIO RAMíREZ CARLOCK, POR SU APOYO Y CARIÑO. A MIS HERMANOS ; FERNANDO, ROGELIO, MARTA EUGENIA, CARLOS Y REBECA, POR SU AMOR Y APOYO HACIA MI. A MIS DEMAS FAMILIARESY AMlGOS POR ESTAR CONMIGO. H. R.G. 1.- INTRODUCCI~N 2.- SISTEMAS DE COMUNTICACIÓN 3.- EL UART 4.- SOFTWARE DE TRANSMISIÓN 5.- DISENO DEL MÓDEM 6.- CONCLUSIONES 7.- BIBLIOGRAFÍA INTRODUCCIÓN En este proyecto ( MOdulador-DEModulador ), trabajamos con modulación digital ( FSK ), en este tipo de modulación la portadora conmuta entre dos frecuencias predeteminadas, ya sea para modular una onda senoidal o por conmutar entre dos osciladores en fase. Este tipo de modulación es la que se usa para las módem, en la transmisión de datos, por lo general a 1200 bitskeg. Por lo cual optamos por tomar este valor para la elaboración del presente módem. La f’unción del módem se complementa, con t 1 demodulador FSK que convierte la portadora en niveles lógicos en función de la fr xuencia. A continuación presentarnos teoría sobre los sistemas de comunicacrón, el diseno de un módem para I200 bitdseg. Así como el software utilizado para la transmisión de información vía el módem. 2.- SISTEMAS DE COMUNICACIÓN 2.1 SISTEMA DE COMUNICACIÓN 2.2 MODULACI~NANAL~GICA 2.3 MODULACIÓN DIGITAL ( F S K ) 2.4 TRANSMISIÓN DE DATOS 2.5 ESPECIFICACIÓN DE LAS CAPAS DEL PROTOCOLO PC/CP EN RELACIÓN A OS1 ISTEMAS DE COMUNICACIÓN Los sistemas de comunicación se encuentran en donde quiera que se transmita información de un punto a otro, en tanto que en dichos sistemas de comunicación se desea transmitir una secuencia arbitraria de slmbotos, con el mínimo numero posible de errores. Precisamente es aquí en donde reside el problema principal, ya que los errores se presentan debido a que el ruido aparece siempre en cualquier sistema. Es por ello que el diseno del 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 1. Setial ____.__.__._________.......__________.... Transmisor + i MediodeTransmisión j ......._.... ......................... de Entrada ., de Salida FIGURA 1 El propósito del transmisor es acopiar el mensaje ai 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 fuente 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 setíal ya modulada al canal. El canal puede tener diferentes formas, ya sea que se trate de cables o alambres de comunicaciones telefónicas, dicho canal introduce distorsión, ruido: desvanecimientos y muititrayectorias a la setíal que sale del transmisor. La función principal del receptor es demodular la señal recibida, es decir separar la modulación de la onda senoidal de aita 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 radiales, 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 serial a la entrada del modulador. El receptor consta de un filtro, este sirve para eliminar parte del ruido, a expensas de una distorsión más fuerte de la señal recuperada. La amplia variedad de posibles fuentes de información, hace necesario en algunos casos incluir en el sistema un transductor de entrada y uno de salida. El transductor de entrada convierte el mensaje que se produce en la fuente a una portadora apropiada al tipo particular del sistema de comunicación que se empleé. El transductor de salida convierte la seiial eléctrica que da el receptor, a la forma que desee el usuario del sistema. El mensaje digital binario es el más usual en la transmisión de señales, ya que este se encuentra en forma digital (Como es el caso de las computadoras). El proceso de modulación es necesario para permitir que las señales sean efectivamente radiadas al espacio 6 por cualquier otro medio, así como también sirve para reducir el ruido y la interferencia, para la asignacibn de canales, para la transmisión de varios mensajes por un solo canal (Multíplexaje) y para superar las limitaciones del equipo. 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(Modulaci6n Por Cambios de Fase), entre otras. El proceso de modulación se selecciona tratando de minimizar los errores. Así por ejemplo 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 problemas serios de control de fase. FSK por lo general requiere de anchos de banda mayores y es muy eficaz en los canales con desvanecimiento. La seiial sufre degradación entre el transmisor y el receptor. Aunque esta degradación puede presentarse en cualquier punto pero se acostumbra asociarla con el canal. frecuencia 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 (La línea telefónica por ejemplo), 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 que la energía radiada por el transmisor sigue varias trayectorias para llegar al receptor. INCERTIDUMBRE Una característica del sistema de comunicación es la presencia de la incertidumbre, esta incertidumbre se debe al ruido, así como también en parte se debe ala naturaleza imprescindible de la propia información. El análisis de los sistemas en la presencia de tal incertidumbre requiere el uso de técnicas probabílisticas. NECESIDADES DE LA MODULACIÓN Existen dos alternativas para el uso de la modulación de portadora en la transmisión de mensajes considerando distancias grandes en el canal de radio , la primera podría tratar de enviar la señal ,portadora modulada, la segunda seria usar una portadora no modulada. La imposibilidad de transmitir una señal por sí misma se explicara mas adelante. Esta involucradas diversas dificultades en la propagación de ondas electromagnéticas a frecuencias comprendidas en el espectro de audio inferiores a 20 khz. El gran problema es que para la eficiencia de radiación y recepción, las antenas transmisoras y receptoras tienen que ser como mínimo de un cuarto de longitud de onda de la frecuencia en uso. Por ejemplo , si ta frecuencia de operación es de Imhz la antena tiene que ser de 75 m de longitud en la banda de radiodifusibn , pero a I 5 khz, esta se incrementa a 5000 m. Una antena vertical de estas dimensiones no es posible construirla. Sin embargo, un argumento más importante justifica la modulación: todos los sonidos esta comprendidos en el rango de frecuencia de 20 hz a 20 khz, así es que si transmitimos alas frecuencias originales de las fuentes, en el receptor no habrá manera de separarlos, ya que tienen las mismas Frecuencias Para separar la gran cantidad de señales transmitidas, es necesario trasladar estas a diferentes porciones del espectro electromagnético. a cada una cele debe asignar una porcidn especifica en el espectro. Esto también supera la dificultad de baja potencia de radiación a frecuencias bajas. En el receptor se utiliza un circuito sintonizador el cual sintoniza la frecuencia o el rango de frecuencias de operación. También se hace necesaria la modulacidn para poder cambiar de bandas de frecuencia y así poder evtar ruido e interferencia. INFLUENCIA DEL RUIDO La función de densidad espectral de potencia describe la distribución de la potencia en función de la frecuencia, siendo válida también para señales aleatorias. La densidad espectral de potencia de una señal sólo retiene información sobre la magnitud, omitiendo la referencia de fase. El ruido blanco tiene un tipo de densidad espectral de potencia que tiende a ser constante para todas las frecuencias con igual proporción de potencia, sin embargo, solo es de interés tomarlo en cuenta en el ancho de banda especifico de un sistema de comunicaciones. Un oscilograma típico trazado de voltaje de ruido n(t) puede ser semejante al de la fig. 2 . FIGURA 2 Aunque se supone que el ruido es aleatorio, es decir, no es posible conocer valores específicos de voltaje en función del tiempo, supongamos que se conoce la estadística del ruido. Inicialmente supondremos que el ruido tiene una función de probabilidad gaussiana con E(n)=O ¡ que indica el valor promedio. Si el ,ruido se muestra en un momento arbitrario t , la probabilidad de que la muestra n(t) caiga dentro del intervalo n a n+dn está dada por f(n)dn : FIGURA 3 SI se tiene una densidad espectral de potencia constante n en watts por hz (Medido sobre las frecuencias positivas), y si f(n) tiene valor medio igual a cero, el espectro de potencia de ruido blanco es: f ( n ) = Noí2 El modelo estadístico más comúnmente utilizado para el ruido aditivo en las comunicaciones es la función de densidad espectral de potencia. Supondremos qüe la varianza de ruido es conocida. La función de densidad espectral se muestra esquemáticamente en la figura 3. Esta figura tiene la forma típica de una campana, con un valor máximo en n=O , el ,valor mas probable de la variable aleatona. El ancho de la curva se mide por la desviación estandard sigma. Es igualmente probable que el ruido tenga valores positivos y negativos. RELACIÓN SEÑAL A RUIDO Una importante medida del comportamiento de los sistemas, en particular los que amplifican señales de bajo nivel, es cuanto ruido se introduce en un sistema. Como el ruido varia en forma inpredecible de un instante al siguiente, es preferible analizar esto cobre la base de una potencia media de ruido. La razón entre la potencia de la señal y la potencia de ruido se llama relación señal a ruido, en el mismo punto. Así que: 2 2 2 S / N = Xr/xn= V s R I V n R = (VsiVn) Ecuación... . 1 La ecuación 1 es una simplifcación que se aplica siempre que la resistencia a través de la cual se mide el ruido es igual a la resistencia en donde se mide la señal. Lo que se busca de esta relación es tener una relación señal a ruido atta, de acuerdo a ciertas condiciones. La Ecuación de ruido F se define como ; F = ( si n ) Entrada / (s/ n ) Salida Ecuación... .2 En donde: (sh) Entrada Es la relación potencia de señal a potencia de ruido ala entrada del receptor. (s/n) Salida es la relación potencia de la señal a potencia de ruido a la salida del receptor. La experiencia nos dice que un receptor práctico genera ruido, siendo la relación s/n en la salida menor que la relacidn s/n en la entrada, de esta forma, la figura de ruido será Sin embargo, la figura de ruido será igual a 1 para un receptor ideal, el cual mayor que I. no introduce ruido en sí mismo. RADIO DIGITAL La propiedad que distingue un sistema radio digital de un audio convencional FM, o un sistema de radio PM, es que un sistema de radio digital las señales moduladas y demoduladas son rangos de pulsos digitales de formas de onda analógica. La radio digital usa portadoras analógicos justamente como un sistema convencional. Esencialmente, son tres técnicas de modulación digital que son comúnmente utilizadas .en los sistemas de radio digital: frecuency shift keying (FSK),phase shifl keying (PSK),y modulación de anipiitud cuadrada (QAM). CONMUTACI~NPOR DESPLAZAMIENTOEN FRECUENCIA (FSK) La FSK es relativamente simple, FSK es una envoltura constante para la modulación angular similar a la modulación de frecuencia convencional excepto que la señal modulada es un pulso de corriente binaria que varia entre dos discretos rangos de nivel de voltaje . TRANSMISOR FSK Con un FSK binario, el centro o frecuencia de portadora es conmutada (desviada) por el dato binario de entrada. Consecuentemente, la salida de un modulador FSK es una función de peso de la frecuencia dominante. Como la señal binaria de entrada conmuta para una idgica O hacia una iógica 1, y viceversa, los desplazamientos de salida entre dos frecuencias: Una marca o frecuencia lógica 1 y un espacio o frecuencia lógica O Con FSK, esta conmuta en la frecuencia de salida en cada tiempo de la condición lógica de la señal binaria de entrada cargada. consecuentemente, el rango de salida conmutado es igual para el rango de entrada conmutado. En modulación digital, el rango de carga a la entrada de el modulador es llamado el bit de rango y tiene un bit unitario por segundo (bsp). El rango de carga a la salida de el modulador se llama baudio o rango de baudio y es igual para el reciproco de el tiempo de un elemento señalado de salida En FSK, los rangos de entrada y de salida de la carga son iguales, de este modo, el rango de bit y el rango del baudio son iguales. Un simple transmisor binario FSK es mostrado en la fig. 4. ~-____ ____ _- - .- . - - - .. ; o -- . Entrada binaria ( bPS 1 figura 4 .. 1 .-.. ___ -.- _.._- 0 - - .1 ..- 0 1- ..... .. TRANSMISORBINACUO FSK Donde; Fm ; Frecuencia marca Fs; frecuencia espacial CONSIDERACIONES DE ANCHO DE BANDA FSK Como todos los sistemas electrónicos de comunicaciones, el ancho de banda es una de las consideraciones primarias cuando diseñamos un transmisor FSK. Un FSK es similar a la frecuencia modulada convencional y también puede ser descrito de manera similar. Un modulador FSK es un tipo de transmisor FM y es a menudo un oscilador de controlado por voitaje (VCO) el desfasamknto del rango de entrada ocurre cuando el binario de entrada es una serie de 1’s y O’s alternados: Es decir una onda cuadrada. Como FSK es una forma de frecuencia modulada, la formula para índice modulado usado en FM es también válido para FSK. El índice de modulación esta dado por ’ ___- - -. MI = índice de modulación F = Desviación de fr (Hz) Fa = fr de modulación (Hz) La frecuencia fundamental de la entrada binaria la cual bajo la condición caso-worst (alternando 1’s y O’s) es igual para uno-alto del bit de rango. Consecuentemente para FSK tendremos : MI= 1 (Fm-Fs/2)( / FbQ= I Frn-fs 1 /Fb Ecuación.. 3 Donde: MI = índice de modulacidn I ( Fm-Fs ) I/ 2 = Frecuencia pico de la señal binaria de entrada Fb / 2 = Frecuencia fundamental de la señal binaria de entrada Con FM convencionai, la ancho de banda ancha es directamente proporcional al índice de modulación. consecuentemente, en FSK el índice de modulación esta generalmente en 1.o. De este modo se produce una banda angosta de F M relativa en el espectro de salida El mínimo ancho de banda requiere para propagarse una señal llamada el mínimo ancho de banda Nyquist (Fn). Cuando la modulacibn se usa y un espectro de salida de doble-)ado se genera , el mínimo ancho de banda se llama el ancho de banda de Nyquist o el mínimo IF ancho de banda. ejemplo: Para un modulador FSK con frecuencia de marca de 60, 70 y 80 MHz respectivamente, y un rango de bit de entrada de 20 Mbps, determinar el baudio de entrada y e\ mínimo ancho de banda requerido : Solución: Sustituyendo en la MI = I ecuación... 3 80 mhz - 60 mhz Para la gráfica Bessei (ver tabla), un índice de modulación de 100 produce 3 conjuntos de lados de frecuencias significativas. Cada lado de frecuencia es separado desde el centro de la frecuencia o en un lado de frecuencia adjunto por un valor igual para la modulación de frecuencia, el cual en este ejempio es 1O MHz (Fblz). Porque FSK es una forma de modulación de frecuencia de banda angosta, el mínimo ancho de banda depende del índice de modulación. Para un índice de modulación entre 0.5 y 1.0, se genera alguno de los dos o tres conjuntos de lados de frecuencias significativas. De este modo el ancho de banda mínimo esta en dos o tres tiempos del rango del bit de entrada. Tabla de ia función de Bessel MI j0 jl j2 j3 j4 0.0 1.0 0.25 0.98 0.12 0.5 0.94 0.24 0.03 1.0 0.77 0.44 0.11 0.02 1.5 0.51 0.56 0.23 0.06 0.01 2.0 0.22 0.50 0.35 0.13 0.03 RECEPTOR FSK El circuito más común usado para demodular sellales FSK es el phase-loked-loop (PLL). Un modulador PLL-FSK trabaja en forma parecida un demodulador PLL-FM. Como la entrada para el PLL esta entre la marca y las frecuencias especiales, el voltaje de error y salida del compárador de fase sigue la frecuencia de desplazamiento. Porque estas son algunas de las frecuencias de entrada ( Marca y espacio), esas son también algunos de los dos voltajes de error de salida. Uno representa un 1 lógico y el otro un cero lógico. De este modo la salida esta en una representación de dos niveles ( binario) de la salida FSK. Generalmente la frecuencia natural del PLL está igual a la frecuencia central del modulador FSK.Como resultado los cambios en el voltaje de error sigue los cambios en la frecuencia analógica de entrada y son de una simetría de alrededor de 0.Ov DC. FSK tiene un bajo nivel de error comparado con el PSK y Q A M y, consecuentemente , es usado pocas veces para sistemas de radio digital de alto desempeño. Su uso es restringido para bajo desempeño, bajo costo, en módem de datos asincronos que son usados para comunicaciones de datos sobre líneas telefónicas (analógicas). FSK MíNlMO Es una forma de fase continua de conmutación por despiazamiento en frecuencia (CPFSK). Esencialmente, MSK es FSK binario excepto que la marca y las frecuencias especiales son sincronizadas con el rango de bit binario de entrada. Mediante sincronización simple que es una relación de tiempo preciso entre los dos; sin esto no son iguales. Con MSK,la frecuencia marca y espacio son seleccionadas de tal forma que estas son separadas desde la frecuencia central por una multiplicación exacta de uno-alto de rango de bit[ Fm y Fs = n (Fb/2), donde n= entero] . De este modo aseguramos que es una transición de fase uniforme en la señal de salida analógica cuando hay cambios desde la frecuencia de marca hacia la frecuencia espacial, o viceversa . Consecuentemente, un error puede ocurrir. I TRANSMISIÓN DE DATOS ____ La transmisidn de datos involucra la transferencia de información digital de un DTE a otro. Antes de construir líneas especiales para este propósito, es más conveniente usar la cadena de teléfono publico (PTN). Desafortunadamente, la basta mayoría de los PTN fueron instalados mucho antes que el advenimiento de las comunicaciones de datos de escala larga y fueron diseñados para análoga es restringida al información análoga en naturaleza En suma la inform& rango de frecuencia de 300 a 3000 hz La función primaria del aparato de dato MÓDEM ai final de la transmisión es convertir los pulsos digitales a señale análogas para poder transmitir en el PTN y el receptor final de análoga a informacidn digital Los MÓDEM son categorizados dentro de uno y otro como sincronos o asincronos. Si un enlace de comunicaciones de datas usa mMem sincronos , los registros internos del transmisor y de los módem receptores deben ser sincronizados. Estos registros son usados para controlar la tasa a la cual fluyen los datos digitales. El tipo de modulación usado con módem sincronos es tal que el módem receptor puede para mantener la extraer informacidn registrada de la señal recibida y usada sincronizacidn con el transmisor módem. En suma la sincronizacidn de los cargadores de frecuencia entre el transmisor y el módem receptor debe ser establecida y mantenida en orden para demodular la señal correctamente en el receptor final. Los d d e m asincronos no tienen estas restricciones Tres propiedades de una setial análoga pueden ser varias : Amplitud. frecuencia y fase. Variando solamente la amplitud de la señal análoga a una tasa digital es llamada función ASK tiene desventaps inherentes, poca unidad de sonido de cambio de amptitud (ASK). como la más predominante; consecuentemente ésta es de vez en cuando usada en la práctica. La funcidn de cambio de frecuencia(FSK) varia fa frecuencia para transmitir datos digitales y es usada para la transmisibn de datos a baja velocidad. Los módem usados FSK son generalmente asincronos y pueden ser usados a una tasa máxima de transmisión de 1800 bps (Velocidad baja). Los módem de velocidad media son generalmente sincronos, operados a velocidades de 4800 bps y usan la función de cambio de fase (PSK) Los modem de velocidad alta 9600 bps , modulación de cuadratura amplia (QAM), en la cual la amplitud y la fase del cargador análogo son variadas por la setial digital de modulación estos hechos pueden ser acertados. FUNCIÓN DE CAMBIO DE FRECUENCIA FSK es e¡ promedio de cambio de modulación en ta frecuencia de un corredor análogo a una tasa digital. FSK se asemeja ala modulación estándar de frecuencia . MÓDEM 1200 BPS El sistema es un transductor asincrono que utiliza modulación FSK . Este emplea un cargador de 1700 hz, que puede ser cambiado a una tasa máxima de 1200 bps . Cuando un uno lógico es aplicado al modulador, el, cargador es cambiado bajado de 500 hz a 1200 hz . Cuando un cero Iógico es aplicado al cargador es cambiado subiendo de 500 hz a 2200 hz Consecuentemente , como la señal digital alterna entre 1, O , el cargador es cambiado hacia adelante y hacia atrás entre 1200 y 2200 hz. Este proceso es análogo al sistema convencional FM , la diferencia entre las frecuencias de marca y espacio (1200 a 2200 hz)relaciona punto apunto, la desviación de frecuencia, y la tasa digital de cambio relaciona ala frecuencia de la señal modulada de salida. Por lo tanto, podemos decir que el cargador de 1700 k es frecuencia modulada por una señal de onda cuadrada de salida. Una figura de mérito usada para expresar los grados de modulacibn achicado en un modulador FSK es el factor h , el cual se define corno : Donde fm :frecuencia de marca fs : frecuencia de espacio bps : tasa de entrada de espacio. Para el módem 202T / 1200 - 2200 / 1O0 h = _-___-________________ - _______ = 0.83 1200 1200 Como una regla general para una mejor representacióncomo, el factor h es limitado a un valor menor que 1. Nota : La similitud de la expresión para h y la expresión para el índice de modulación (MI) en FM convencional. El análisis de fourier demuestra que cualquier onda periódica, esta hecha por la suma de una serie de ondas de senoides armónicamente relacionadas. Una onda cuadrada es una onda periódica hecha de la frecuencia fundamental y un numero infinito de armónicos dispares. La frecuencia fundamental es igual a l/m(tt = tiempo de un espacio). Con el FM el numero de frecuencias de lado generadas es directamente al índice de modulación. La separación entre frecuencias adyacentes es igual ala frecuencias de la señal, modulada. Cualquier frecuencia de lado adicional más allá del segundo conjunto se extendería más allá d la banda de paso de la banda de voz de un canal básico de telefono y sería una perdida en la transmisión. Consecuentemente, es deseable concentrarlo como energía en la banda de paso de 300 hz a3000 hz. Una carta abreviada de función de bessel , ilustra la frecuencia de lado significativa y sus amplitudes relativas, para un índice de demodulación dado. Nota si el índice de demodulación es menor que 1 , la frecuencias de lado no significativas más allá del segundo del conjunto son producidas por I tanto, la energía no es desgastada en componentes de frecuencia más allá de la banda de paso de el canal de teléfono. En el análisis previo, el espectro de frecuencia de salida de un módem fue derivada para una tasa de entrada de espacio (bit) de 1200 bps. Que pasaría si la tasa de entrada es menor que 1200 bps. WEMPLO : ______ - MI= f / frnod=500/250= 2 f = tasa de entrada de espacio = 500 bps La desviación de la irecuencia de punta ( 9 es 500 hz permanentes porque esta es una función de la amplitud y está permanece sin cambio. f mod es una onda seno igual a una medida de la tasa del espacio (bit) , como previamente se explico. De la carta de la Función de bessel, un índice de modulación de 2.0 crea 4 pares de frecuencias de lado significativas. Estas frecuencias de lado separadas por 250 hz ( frecuencia de señal modulada). CARTA DE FUNCIÓN DE BESSEL De esto podemos concluir como decrementos de frecuencia modulada, los decrementos de la amplitud de banda. Hay mas frecuencias que se presentan en una señal modulada pero están junto a un obturador espaciado. El peor de los casos (amplitud de banda más ancha) ocurre con la frecuencia modulada más alta (Fmod=GOO Hz, Fb=l200 bps). El peor caso de índice de modulación es llamado radio de desviación y en numéricamente igual a : F (máx) radio de desviación = Fmod (máx) ¿Qué sucede con los componentes de las ondas seno que presentan en la onda cuadrada de salida que hay en los armónicos dispares de la frecuencia fundamental? El análisis fourier. De una onda cuadrada indica que las amplitudes de los armbnicos nth decrecen rápidamente como n incrementos. Consecuentemente, cualquier desviación de frecuencia causada por ellos es insignificante y no necesita se acelerada. Más de las frecuencias de lado generadas por estos armónicos altos produce componentes de frecuencia que se extienden más allá de la banda de paso del canal de teléfono y son pérdidas de cualquier forma. El módem 202T son cuatro alambres, el mbdem asincrónico diseñado para ser usado con cuatro alambres, dedicado para circuitos de línea privada. Porque el transmisor y el receptor de las trayectorias de señales análogas son físicamente separadas y localizadas una de otra, la operación totalmente duplicada es posible con no interferencia entre las dos senales. La transmisión DTE inicia la transferencia del mensaje por aplicación de una señal ON de el requisito para transmitir (pin 4) de la interface RS 2326.AI mismo tiempo, VCO inicia la transmisión de la frecuencia de marca (1200 Hz).Después de un tiempo predeterminado de retraso, el módem responde aplicando una señal ON listo para transmitir (PIN 5 de la interface. A este tiempo, el VCO comienza transmitiendo la frecuencia de (1200 Hz). TRANSMISOR FSK DE INDICE BAJO Después de un tiempo de retraso predeterminado, el módem responde aplicando una señal ON listo, al envío (pin 5) del interface. A este tiempo, la información transmitida (pin 2) es habilitada, la información del D E es admitida para modular el VCO. El amplificador y el filtro de la banda de paso provee suficiente amplificación y limitación de banda limitada para asegurar que el poder máximo de señal admisible (Od bm) sea aplicada a la línea Telco sin la banda de amplitud de 300 a 3000 Hz. Los diseños del receptor varía con el fabricante. Hay un número de métodos aceptables corrientemente que vienen a ser usados para producir demodulación FSK satisfactoria. Estas técnicas incluye el uso del PLL (phase loeked loops), convertidores de frecuencia a voltaje, y detectores de tono. En la sección recibida , el filtro de la banda de paso limitada la salida de la señal modulada de FSK a la banda de paso de 300 a 3000 Hz. Los ecualizadores de retraso y declive proveen ecualizacion posterior para compensar a las variaciones de periodos largos en tos parámetros de las líneas de transmisión Telco. Los ecualizadores pueden ser ajustados manualmente o automáticamente. El limitador es un amplificador sobredirijido que provee una onda cuadrada de satida ya sea como la marca o frecuencia de espacio. El diferenciador, rectificador de onda total, y monopulsador (multivibrador) convierte la onda cuadrada dentro de una onda rectangular como dos veces más que la marca o el espacio de frecuencia. El filtro de bajo paso convierte los pulsos rectangulares en un voltaje dc y aplica este voltaje a un rebanador, donde la condición iógica (1,O) se determina. El circuito cargador para detectar indica al receptor DTE cuando el módem está recibiendo un cargador análogo en RLSD (pin 8) de la interface. Este circuito también habilita al conductor RA (pin 3) y permite que la información recibida sea transferida al DTE. ESPECIFICACIÓN DE LAS CAPAS DEL PROTOCOLO PC/CP EN RELACIÓN A OS1 CAPA FíSlCA ____ El estándar de comunicaciones RS-232 se diseño antes que las microcornputadoras. Proyectado para facilitar las comunicaciones entre las computadoras y las terminales a grandes distancias (por ejemplo, módem usados en líneas telefónicas). Debido a que las conexiones por medio del puerto paralelo son mucho más caras, el RS-232 fue e¡ método más usado para conectar una computadora a un Host, a un periférico y a otras computadoras. i I Actualmente la conexión se realiza a través del conector db 9 SISTEMA DE COMUNICACIÓN FíSICA El principio la conexión entre dos computadoras parece simple, sin embargo, la conexión entre dispositivos seriales es el aspecto que tiene más problemas, y el menos utilizado por los usuarios de las microcornputadoras. Además la comunicación entre dispositivos que operan a diferentes velocidades requieren una regulación del flujo de información. Como se mencionó anteriormente el RS232 fue disenado para intermnectar una computadora o terminal a un módem (MOdulador/DEModulador). 1 El conector estándar es de 25 pines (DB-25)y más recientemente un conector de 9 pines (D8-9) apareció en el mercado. Las computadoras P.T (computadoras con un procesador 286 o mayor) y las Laptop, usan el conector de 9 pnes, mientras que las XT (máquinas con procesador 8088 y 8086),utilizan el conector de 25 (pines). DTE Equipo Terminal de Datos (Macho) DCE Equipo de Comunicación de Datos (Hembra) Cuando dos dispositivos son conectados entre si, se les denomina “Equipo Terminal de Datos” (ETD)o “Equipo de Comunicación de Datos (ECD). Por ejemplo cuando una computadora o terminal se conecta a un módem, se llama ET0 y el módem como ECD. Las funciones incluidas dentro de esta capa se encargan de activar, mantener y desactivar un circuito físico entre un ETD y un ECD. El proyecto PC/CP tiene como objetivo comunicar dos microcomputadras (ETD). Como ninguna de las dos computadoras actuará como un equipo de comunicación de datos (ECD) es necesario diseñar un elemento que cumpla con esas funciones. ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE TRANSMISIÓN DE DATOS Este elemento se denomina MÓDEM NULO (Pag. Posterior ); que en realidad es un cable que se utiliza para engañar a los ETD,por medio de señales que deberían ser emitidas por un módem, de esta manera cada una de las computadoras obtendrá una señal de “interrupción”, siempre que se entable una comunicación. A continuación se describe el diseño de un módem nulo. 1. Determinar la compatibilidad. Debido a que se intenta comunicar dos computadoras que trabajan bajo el sistema operativo MS-DOS deben ser capaces de conectarse una con otra por medio del cable serial, ya que ambas ofrecen conector db9, y soportan el direccionamiento lógico COM?, COM2, etc. para puertos seriales. 2. Determinar el tipo y genero de conectores La PC-XT ofrece un conector macho tipo 0825 (25 pines) y la PC-AT OFRECE UN CONECTOR DB9 (9 pines macho). Estos dos proporcionan niveles de señal compatibles con la especificación RS-232C. Las máquinas utilizadas para realizar las pruebas tienen conectores de 9 y 25 pines. Por tal motivo, se presentan los casos: a) 2 5 a 2 5 b) 25 a 9 c) 9 a 9 Se describe el último tipo de conector (c) : ____ .- . --__ - I a O 6 TABLA DE CONEXIÓN DB9 - DB9 Función Conector OB9 ( Pin ) Señal de tierra 5 Transmisión de Datos 2 Recepción de Datos 3 Solicitud de Transmisión 1 Detección de Portadora 7 Terminal de Datos Preparado 6 Equipo de Datos Preparados 4 3. Determinación de las funciones de cada pin dependiendo del tipo de conector ( ver figura anterior ). 4. I' Diseño del cable Reglas generales para el diseño del cable" : A) Conectar las categorías similares de pines. B) Conectar siempre una salida a una entrada y una entrada a una salida. C) Un pin que es de entrada quizá sea conectado a otro pin de entrada únicamente si ambos son conectados a un pin de salida. D) En las conexiones sincrónicas, Únicamente se usa una fuente para el reloj, ya que la conexión entre computadoras personales es asíncrona, este punto no es aplicable." 5. Organización de los pines o de las señales de ambos puertos,las diferentes categorías en Funciones de cada PIN Tierra de referencia: tierra común a todos los circuitos. Establece la referencia del potencial de masa para el resto de las líneas. En realidad nada tiene que ver con una tierra o masa verdadera; sólo es un circuito de referencia común. Transmisión de datos: señales de datos que se transmiten desde un equipo ETD hasta un equipo ETCO. Estas son las señales que representan los datos de usuario propiamente dichos. Petición de transmisión (Request to send): señal dirigida desde el ETD hasta el ETCD. Este circuito notifica al ETCD que el ET0 dispone de datos para transmitir. El circuito RTS se emplea también en líneas semidúplex para controlar el sentido de las transmisiones de datos. La transición de esta línea desde el estado desconectado (OFF) al estado conectado (ON)notifica el ETCD que debe tomar las acciones necesarias para permitir la transmisión. Recepción de datos: señales de datos de usu-rio que se transmiten desde el equipo ETCD hasta el ETD. Preparado para transmitir (Clear To Send): señal procedente del ETCD, con la que se indica ai ETD que ya puede transmitir sus datos. La sena1 CTS puede activarse (ON) al recibir una sefial portadora en línea procedente del equipo remoto Equipo de datos preparado (Data Set Ready): señal procedente del ETCD, con la que se indica que el ETCD está en modo de transmisión de datos. Detector de recepción de señal en línea: señal procedente del ETCD , con la que se indica que éste ha detectado la señal portadora generada por el módem remoto. También se conoce como Detección de portadora en línea (DCD Data Carrier Detect). Terminal de datos preparado (Data Terminal Ready): señal procedente del ETD, con la que se indica que el terminal u ordenador están encendidos, que no se detecta ningún indicio de mal funcionamiento y que no se encuentra en modo de pruebas. Por io general, la línea CD permanecerá activada siempre que el equipo este listo para transmitir o para recibir datos. Indicador de llamada (Ring Indicador): señal procedente del ETCD, con la que se indica que se está recibiendo una señal de timbre a través de un canal conmutado. Ambos puertos tienen las mismas señales, con las mismas direcciones. El puerto OB 25 Y db ) (Fig. ) tienen el mismo control de salida y funcionan como un equipo terminal de datos. Esto implica que los puertos están esperando ser conectados a un ECD como un módem. Los puertos además esperan alguna señal de entrada como una pieza del ETD, las señales normalmente son provistas por un dispositivo ECD. _______-_._ _____-_____ - En el caso del módem nulo, sólo se utiliza la categoría de señal de tierra de referencia y no se utilizan señales de tierra de protección; el diseño permitirá conectar únicamente estos 2 pines juntos. Por ejemplo, conectar el pin 7 del DB 25, por medio del cable al pin 5 del DB 9. La siguiente categorla es el pin de datos. Esta categoría conecta el pin de datos de salida de una computadora, al pin de entrada de datos de la otra, y viceversa. Un elemento importante en una conexión de computadora a computadora es el control del flujo, para satisfacer los pines de control de entrada, el cual es soportado por un software, por ejemplo XonMoff. Esto implica que los pines de datos manejarán el mecanismo del pin de control de flujo. En este caso los puertos esperan ser conectados a un ECD, como un módem nulo. Como se conectarán juntos; se deben suministrar las señales que normalmente proporciona un módem común. Específicamente, los pines de control -Clear to Send, Data Set Ready, y Data Carrier Detect- deben proveerse. Las dos microcomputadoras están esperando la señal en estos pines antes de transmitir o recibir datos. Estos pines de entrada son iguales en ambos puertos, precisamente utilizando sus pines correspondientes. Se usarán las setiales de salida para satisfacer las señales de entrada. Para la descripción de la capa física es necesario la definición del formato, considerando la siguiente clasificación: Definición del formato lógico Establece la codificación de la información binaria, es decir, el formado de la trama en base a las necesidades de transmisión y al medio físico. Definición del formato eléctrico. Especificación de los niveles eléctricos de la señal a transmitir, RS-232C utiliza emisores y receptores no balanceados, la señal 1 es una tensión e=-3 volts y la señal O es >=+3 volts. (los emisores y receptores de línea son componentes que realizan la conversión de una señal compatible con circuitos integrados, por ejemplo TTL, es una señal adecuada para el manejo de líneas de acuerdo con algún estándar: en este caso RS-232C. Realizan también la función inversa, conversión de una sena1 de línea en un compatible con los niveles de los circuitos integrados). RS-232C transmite los datos que lo atraviesan mediante cambios en los niveles de tensión. Un O binario se representa como un nivel de tensión comprendido entre +3 y + I 2 voltios, mientras que un 1 binario se expresa como un nivel comprendido entre -3 y +I voltios. Además es posible tener velocidades de datos de hasta 20 kbps, así como longitudes de cables de hasta 15 metros. RS-232C está clasificado como interfaz no equilibrado, ya que los niveles de tensión se detectan en el receptor comprobando la diferencia de tensión existente entre el circuito de señal y una tierra de referencia. Sin embargo, las estaciones emisora y receptora suelen poseer tierras lógicas distintas, debido a las diferentes características prácticas de sus componentes. Como consecuencia de esto, a lo largo del circuito AB puede circular alguna corriente de tierra. El hilo presentará una cierta resistencia eléctrica, lo cual originará una caída de tensión entre ambos extremos del mismo. El voltaje que detectará el receptor no será, pues, el mismo que puso el emisor en la línea. Si esta diferencia de potencial es pequeña, no originará ningún error. Sin embargo, una señal de +5 voltios que sufra una caída de tensión de +3 voltios aparecerá en el receptor como un nivel de +12 voltios, lo cual entra dentro de una región indefinida de transición. Si la caída de tensión fuese de -10 voltios, el receptor verja un 1 donde debería detectar un O. CONFIGURACIÓN M¡NlMA ( Cabieado ) La capacidad efectiva de los conductores en el cable de interface es del orden de 160 pf . De ahí la limitación a 15 m ., en longitud de dicho cable. Un incremento de CI supone un aumento del tiempo de tránsito de -3v a +3v. DEFINICIÓN DEL FORMATO TEMPORAL Establece la duración de estos niveles para transferir los datos a una velocidad determinada. El cable se construye con estas especificaciones tratando de ser lo más flexible posible , ya que para conectarse con otro tipo de conectores sólo necesita un adaptador. El nivel físico se utiliza para conectar dispositivos al circuito de comunicaciones. En las especificaciones relativas a interfaces de nivel físico se describen tres atributos del I Los atributos procedurales describen lo que devén hacer los conectores, y la secuencia de eventos necesaria para llevar a cabo la transferencia efectiva de datos a través del interfaz. La especificación del procedimiento es el protocolo; es decir, el establecimiento legal de eventos. El protocolo está basado en la definicibn de pares acción-reacción Cuando en una máquina se propone por ejemplo, el "requisito para transmitir", el módem nulo contesta con un "listo para transmitir", si tiene capacidad para aceptar la infomacibn. 3.- ELUART 3.1 CONEXIONES DEL UART 3.2 INTERRUPCIONES 3.3 iNTERRUPClONES DEL ADAPTADOR SERIAL 3.4 DIRECCIONES ENTRADA /SALIDA DE ADAPTADORES SERIALES 3.5 REGiSTROS DEL UART 3.5.1REGISTROS DE CONTROL 3.5.2REGISTROS DE ESTADO 3.5.3 REGISTROS BUFFER EL UART Un UART (Universal Asynchronous Receiker and Transmitter) es un dispositivo especialmente disefiado para manejar comunicaciones asincronas. Las tareas de UART son: 1.- Convertir señales paralelas de entrada de la unidad de procesamiento central a señales seriales para transmitirtas fuera de la computadora, y convertir señales seriales de entrada a la computadora a forma paralela para procesamiento p o r la computadora. 2.- Agregar los bits de comienzo, parada, y paridad a cada carácter a transmitirse, y quitar esos bits de los caracteres recibidos. 3.- Asegurar que los bits individuales se transmiten en el h u t rate apropiado, calcular el bit de paridad en caracteres transmitidos y recibidos, y reportar cualquier error detectado. 4.- Colocar las señales de control de hardware apropiadas y reportar sobre el estado de circuitos de controlde entrada. CONEXIONES DEL UART Las conexiones del UART tfpicamente son las siguientes: - 8 pines para transferir datos paralelos. - 2 pines para recibir y transmitir datos. - Selial de refoj desde la cual el baut rate se calcula. - Lfneas de control de transmisión y recepción. - Circuitos de control a través de los cuales el UART puf de recibir instrucciones y reportar estado. - L¡nea(s) de interrupción a través de la cual el UART puede alertar a la CPU de un cambio de estado. - Un pin de selección de dispositivo que le indica cuando actuar El UART no esta directamente conectado a el conector serial en la computadora, ya que los niveles de voltaje usados dentro de la computadora son mas bajos que los usados en la transmisión serial. Circuitos apropiados se agregan para modificar los niveles de voltaje. El UART y los circuitos asociados a menudo se incorporan en una tarjeta conocida corno tarjeta de interface serial. (Verdiagrama lbgico de interface serial ). INTERRUPCIONES La mayorla de los UART pueden ser programados para transmitir una señal especial conocida como interrupción . La computadora debe programarse para reconocer la interrupcidn y actuar acorde a la interrupción. 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 sola una interrupción. En el ultimo caso es necesario para la computadora examinar un registro especial para averiguar que causo la interrupción. Algunas veces el UART puede ser programado para generar interrupciones a ciertos eventos y no a otros. Una computadora tiene mas de una línea de interrupción, pero solo una se asigna a un dispositivo particular. Esto significa que aunque el UART puede programarse para generar una interrupción cuando uno de varios eventos ocurre, la CPU sdo sabe que el UART genero la interrupción, no que evento dentro del UART la genero. Es importante recordar que una interrupción puede ser recibida en cualquier tiempo durante el ciclo de procesamiento. La computadora y cualquier software funcionado en esta debe diseñarse de modo que cualquier tarea pueda suspenderse cuando una interrupción Ocurre y reasumir la tarea, después de que el evento que causo la interrupción se atiende. La computadora puede manejar interrupciones de dos puertos seriales, teciado, reloj, mouse, y disco duro. Las cuales pueden llegar en cualquier tiempo. Las interrupciones se generan elevando el nivel de voltaje sobre un circuito apropiado (8250) y manteniendo ese nivel hasta que la interrupción se reconoce. Hay 8 líneas IRQ( solicitud de interrupción ) en la IBM F C y 16 en la IBM Pc-AT, de la primera se muestran en la tabia siguiente. línea IRQ NMI O 1 2 3 4 5 6 7 Dispositivo Interrupción no mascarable Timer Teclado Reservado Puerto serial 2 Puerto serial 1 Disco duro Floppy disk Puerto paralelo 1 a S -l B H IY w cn oa kw I- Z I H O O H u O A a r: a tY u a H a Las lfneas IRQ no van directamente a la CPU, van a un chip controlador de intempciones. Este chip es el 8259A controlador de interrupción programable(PiC). La IBM PC-ATtiene dos de estos controladores. El PIC da prioridad a las interrupciones y previene el caos que sucederia si las interrupciones pudieran llegar en cualquier tiempo y en cualquier orden. La prioridad mas alta en la I8M PC se asigna a iRQO y la mas baja a IRQ7. Si dispositivos diferentes al mismo tiempo están demandando atención, el controlador tendrá varias entradas ( llneas IRQ ) en alto. Este las pasara a la CPU en el orden de sus prioridades. El PIC tiene un registro( interno )donde las interrupciones de los diferentes dispositivos se habilitan. Por default, 1RQ3 y IRQ4 no están habilitadas. Por lo tanto, se tiene que programar el PIC para habilitar la línea de interrupción apropiada. El PIC tiene la dirección de puerto 21H, por lo tanto las instrucciones de lectura y escritura se tienen que realizar a esta dirección. Cuando et PIC recibe una interrupción, coloca un voltaje positivo sobre la línea 1NT a la CPU. La CPU entonces reconoce la interrupción por medio de una señal al PIC, y solicita a el PIC indicar que interrupción ocurrió. El PIC transmite un numero( por medio del bus de datos) a la CPU( este numero es 8 mas el numero IRQ). La CPU ejecutad la sección apropiada de código salvando la dirección del programa actual en la pila y ejecutando una llamada lejana a la localidad de memoria apuntada por el vector de interrupción para esa interrupción. Si se desea que la CPU no atienda interrupciones por un tiempo por que esta involucrada en alguna tarea critica que no puede ser interrumpida, puede instruirse para que ignore interrupciones usando un comando CLl(limptar bandera de interrupción). Las interrupciones se rehabilitan por medio del comando STI (colocar bandera de interrupción). El resultado de esos comandos es cambiar el estado de la bandera de interrupción( IF ) dentro de la CPU. INTERRUPCIONES DEL ADAPTADOR SERIAL Las prioridades internas dentro del INS 8250 están fijas y son: Estado de línea recepción tiene la prioridad mas alta, seguido por datos recibidos disponibles, registro de retención del transmisor vacío y finalmente el estado del módem. Otra interrupción no se genera hasta que la pr¡mera se recoloca. Es decir, la interrupción estado línea recepción se recoloca al leer el registro de estado línea. La interrupción datos recibidos disponibles se recoloca al leer el registro buffer receptor. La interrupción registro de retención del transmisor vacío se recoloca al leer el registro identificación de interrupción( si esa fue la fuente de interrupción ) o escribir dentro del registro de retención del transmisor. La interrupcibn estado del módem se recoloca al leer el registro estado del módem. En la pagina posterior se muestra un diagrama, con el titulo ESTRUCTURA DE INTERRUPCIÓN IBM FC,que ayudara a comprender mas este tema. DIRECCIONES ENTRADNSALIDA DE ADAPTADORES SERIALES Los puertos entraddsalida para comunicacidn serial en la IBM PC consiste de series que empiezan en 3F8H para el primer adaptador y 2F8H para el segundo adaptador. Para direccionar un registro individual dentro del UART,suma un offset a esas direcciones base. Las direcciones base y offset para CONI1 Y COM2 se muestran en el siguiente esquema. offset COMI O O O 3F8 3F8 3F8 1 1 3F9 2 3FA 3 4 5 3FB 3FC 3FD 6 3FE 3F9 COM2 Registro seieccionado 2F8 Buffer TX Buffer RX 2F8 Latch divisor LSB 2F8 Latch divisor MSB 2F9 Registro habilitación 2F9 interrupción 2FA Registro identificación interrupción 2FB Registro control línea 2FC Registro control módem 2FD Registro estado línea 2FE Registro estado módem REGISTROS DEL UART De aquí en adelante se hablara mas detalladamente del chip INS 8250, el UART mas usado en la IBM PC para comunicaci6n serial asincrona. Como el chip CPU, el UART contiene registros ( localidades de memoria interna ). Hay tres tipos de registros: 1. - Registros de control, que reciben comandos desde la CPU. 2.- Registros de estado, que se usan para informar a ¡a CPU de que esta sucediendo en el UART. 3.- Registros buffer,que retienen caracteres pendientes de transmisión o proceso. Los valores a colocarse en los registros se transmiten a una dirección entraddsalida apropiada por medio de instrucciones, estas instrucciones dependerán del lenguaje de o a xa H Z O H o a. 3 141 E W I- Z H TI ! E 1 M U U O O W 2 W 111 I W c-s tr3 t- O 3 141 t- co W programación usado. Los registros a leerse se accesan por medio de una instrucción acompaEada de la dirección apropiada. REGISTROS DE CONTROL Hay 4 registros de control que se usan para recibir comandos desde la CPU REOlSfRO CONTROL DE LhEA El regrstro de control de línea se usa para colocar los parámetros de comunicación. El Significétdo de cada bit se muestra en la tabla. significado bit O 1 2 3 4 5 6 7 Tamaño de palabra: bit m e m significativo Tamaño de palabra: bit mas significativo Bits de parada Habilitación de paridad Selección de paridad Elección de iógica de paridad interrupción (break) Bit de acceso al latch divisor(DLAE3) bCt0 bit1 largode palabra O O O 1 5 6 1 O 1 1 7 8 - El bit 2 registra el numero de bits de parada. Si bit 2 es cero, un bit de parada se usa Si bit 2 es uno dos bits de parada se usan. - El bit 7 se llama bit de acceso al latch dMsor(DLAB). Si se coloca a uno, una operación lectura o escntura accesa los latch divisores del generador de baut rate. Si se coloca a cero, operaciones de lectura o escntura accesan a los buffer de recepción y transmisión o al registro de habilitación de interrupción. REGISTRO CONTROL DE MÓDEM Controla las señales de control transmitidas desde el UART.Cada bit del registro se muestra en la siguiente tabla. Bit Abreviación O 1 2 3 4 DTR RTS Out1 out2 LOOP Nombre Terminal de datos lista Solicitud para transmitir Salida 1 definida por usuario Salida 2 definida por usuario Prueba modo lazo 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 no transmitirlos). - Bit 2 y 3 control auxiliar de salidas definidas por usuario conocidas como OUT1 y OUT2. Sobre la IBM PC debe colocarse para habiiitar manejo de interrupcidn entraddsalida. REGISTRO HABILITACIÓN DE INTERRUPCIÓN Se usa para decir ai 8250 que evento deberá causa una interrupción. Los bits correspondientes a cada interrupción se muestra en la tabla siguiente. Bit Coloca interrupción O 1 Datos disponibles Registra de retención del transmisor vacío Estado línea receptor Estado módem Siempre son cero 2 3 4-7 LATCH DlViSORES DE 8AUT RATE El baud rate se coloca grabando en doc registros un numero por el cual el reloj de entrada debe ser dividido. La frecuencia resultante es 16 veces el baud rate. Los dos registros son el byte menos significativo latch divisor(DLL) y el byte mas significativo latch divisor(DLM). Los divisores usados para generar diferentes baud rate se muestran en la tabla. Baudrate 300 1200 2400 4800 9600 LSB MSB Hex 180 60 30 18 oc 1 O O O o 80 60 30 18 oc REGISTROS DE ESTADO Hay tres registros estado, que reportan a la GPU que esta sucediendo en diferentes partes del UART. REGISTRO ESTADO DE LÍNEA Se usa para obtener información concerniente a la transmisión y recepción de datos Bit Abreviación 2 3 4 5 DR OE PE FE BI THRE 6 TSRE 7 [SPARE] O 1 Nombre Datos listos Error de overrun Error de paridad Error de elaboración I nterrupción break Registro de retención del transmisor. Registro de retención del transmisor Bit siempre a cero - Datos iistos 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 para transmisión. - Registro de retención del transmisor, significaque el UART no esta en proceso de transmitir un carácter. Este registro se usa en el proceso de conversibn paralelo serial, y su estado normalmente no se prueba por comunicaciones software. a REO~STROESTADO DE MÓDEM Da información acerca del estado de las líneas de control. REGISTRO IDENTIFICACIÓN DE INTERRUPCIÓN Proporciona informaci6n acerca del estado actual de interrupción pendiente. B it O se coloca a uno si no hay interrupción pendiente. Si se coloca a cero, bits Iy 2 indican que intemipción esta esperando de acuerdo al esquema en la siguiente tabla. Bit 2 1 1 O O Bit 1 interrupción pendiente 1 O -I O Estado de línea Datos recibidos disponibles Registro de retenci6n del transmisor Estado de módem Los bits del 3 al 7 son siempre cero. REGISTROS BUFFER La t&cera categoría de registros buffer en el UART son los registros buffer. Hay 2 registros buffer: recepción y transmisidn REGISTRO BUFFER RECEPTOR El registro buffer receptor 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 sobrecorrimiento se reporta. REGISTRO DE RETENCIÓN DEL TRANSMISOR Este registro retiene el próximo carácter a transmitirse. El carácter se coloca ahí por el programa. El registro estado línea indica cuando el carácter ha sido transmitido. COMUNICACIÓN SERIAL Colocar el disco que contiene el archivo modem.exe en cualquier unidad, los pasos que deberá seguirse para empezar la comunicación serial son: 1.- Ejecutar programa modem.exe en la primera computadora. 2.- Ejecutar el programa modem.exe en la segunda computadora. 3.- Para comenzar la comunicación serial, en ambas computadoras opción empezar comunicación serial. 4.- Cualquier tecla oprimida, se transmite y se muestra en deberá elegirse la ambas pantallas 5- Para terminar la comunicación serial, en ambas cpmputadoras >>Est<c . presionar la tecla MANEJO DEL PROGRAMA MOUEM.EXE AI comenzar la ejecución aparece una ventana con la presentación, para continuar la ejecución debe presionarse la tecla >>enter<<. enseguida aparecerá otra ventana con un menú principal(opciones a elegir) deberá elegirse una de las opciones usando las teclas >>flecha arriba-, >>flecha abajo- hasta que la opcdn deseada quede resaltada, en ese momento presionar >>enter<<. Descripción de opciones: Opción empezar comunicación serial. En esta opcdn es donde pueden transmitirse las teclas de una computadora a otra. Para que esto se realice ambas computadoras deberán estar ejecutando el programa modem.exe con la opcibn empezar comunicación serial. Una vez que esto se realiza, la transmisión de una computadora a otra es en ambos sentidos. Para abandonar esta opción, deberá oprimirse la tecla >>Esc<c. La cual llevara ai programa de vuelta al menú principal. Opción salir del programa. Esta opción abandona la ejecución del programa modem.exe . Por ultimo aparece letreros que concluyen el programa. para abandonar esta ultima parte del programa presionar cualquier tecla. Con lo que se devuelve el control al sistema operativo. NOTA. Si por alguna razón, el programa no reaiiza la comunicación serial correctamente en la primera ejecución. Abandonar la opción empezar comunicación serial en ambas computadoras( por medio de la tecla >>Ese<< ) y voiver a elegir la opción empezar comunicación serial en ambas computadoras. Con esto se espera eliminar el problema. UNIVERSIDAD ALJTONOMA MmOPOLITANA UNIDAD IZTAPALAPA PROYECTO TERMINAL DE INGENlERiA ELECTRONICA II TRANSMiStON VIA MODEM FSK ASESOR DE PROYECTO: ING. DONACIANO JIMENEZ VAZQEZ AUTORES: JUAREZ CASTRO CANDlDO PREZA MARIN ARIEL RAMIREZ GUTIERREZ HUGO MEXICO, D.F.MAYO DE 1995 #include <doc.h> #include <conio.hs #include <stdio.h> #include <ctype.h> #include <alioc.h> #include <stting.h> MefmeNUMV 4 MefineNUMM 1 #define NMOPC 2 #include eventanas.h> #include cmenus.h> librerias de turbo C que deben estar presentes cuando se Compile este programa Las siguientes son direcciones en la tabla de interrupciones Mefine INT-BASE ##define INT-COM1 Mefine #define COMI PUERTO Numero de interrupcion,tomado como base A partir de la INT-BASE, esta es el nu mero de internipcion para COMl INT-BASE+INT-COMl es el numero de intemrpcion que identifica al puerto serial COMl 8 4 WF8 Direccion en memoria donde se encuentran COMl los registros de puerto seid COMl (UART) Las siguientes son direcciones para acceder a los registros del COMA ##define BAL PUERTO+O Ox3F8 Latch del divisor, byte menos significativo PUERTO+l Ox3F9 Latch del divisor, byte mas significativo PUERTO+l M F 9 Registro de habilitacion de interrupciones PUERT0+2 M F A Registro identificacion de interrupcion PUERT0+3 Ox3FB Registro de control de linea PUERT0+4 Ox3FC Registro de control de moden PUERTO+S Ox3FD Registro de estado de linea Mefine BAH #define IER #define IIR Mefine #define #define LCR MCR LSR #define REG-ENMASC #define ##define TAM ESC Ox21 Direccion del PIC (controtador de interrupcionesprogramable) 10 0x1B typedef ctruct { char InforAM]; int Frente,Post; }Cola; Cola Cola-Trans, Cola-Recep; typedef void interrupt (1nterrupcion)O; lnterrupcion VectorAux; int Bandera = 1; void Presentacion(void); void Menu-Opc (void); void Programar-8250(void); void Coloca-lnterrupcion(void); void interrupt Interrup_8250(void); void Transmite(void); void Recibe(void); void Regresa(void); void Ini-Colas(void); main0 { int opc; textmode(2); textcolor(WH1TE); textbackground(7); clrscro; PresentacionO; Menu-OpcO; opc=o; do{ crear-v(2); opc=crea_opcvnt(O,2); switch(opc){ case O: cierra-v(2); Serial(); break; case 1: ow=?; break; 1 )wh iie(opc!=1); cierra-v(2); textmode(1); window(l,1,80,25); textcolor(l5); textbackground(0); clrscro; gotoxv(~, 12); printf(PR0GRAMA CONCLUIDO.......); gotoxy(45,22); printf(UNIVERS1DADAUTONOMA METROPOLITANA); gOtOXy(50,23); printí(UN1DAD IZTAPALAPA); getcho; clrscro; void Precentacion 0 { char e; iniclzvent(O,l0,5,60,15,1 ,'L'); caractvent(O,2,14,14,15,üC,PROYECTO TERMINAL 11); crear-v(0) ; activa-v(O); gotoxy(82); printf( UNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANA ); SOtOV(6,3); printf( I Z T A P A L A P A ); gotoxY(l9,5); printf(PR0YECTO TERMINAL II); sotoxv(l2,6); printf( 1; gotoxy(l1,8): printf(COMüNICAC1ON DE 2 PC'S POR); gotoxy(1 printf(EL PUERTO SERIALh); do E e=getchO; }while (e!=13); cierra-v(O); void Menu-OpcO inicizvent(2,15,6,60,16,1 ,'L'); caractvent(2,2,74,14,15,üC,MENU PRINCIPAL); iniclzrnenu(0,2,0,15); llenarnenu (0,0,8,3, EMPEZAR COMUNICACION SERIAL llenamenu (0,1,8,5, SALIR DEL PROGRAMA 1; 1 ); SerialO { char Car; textrnode(2); textcolor(l5); textbackground(7); clrscro; gotoxy(30,l O); printf(PARA SALIR OPRIMA ESC\n); gotoxY(l,15); In¡-Colaso; Programa-2500 ; Coloca-lnterrupciono; Se entra en un ciclo en espera de interrupciones, para salir oprimir Esc do{ Se muestra en pantalla el caracter que este en la cola de recepcion if (Cola-Recep. Frente != Cola-Recep. Post) { putchar(Co1a-Recep. lnfo[Cola-Recep. Frente]); Cola-Recep. Frente=(?ola-Recep. Frente+1)%TAM; } Si se oprime una tecla, se guarda en la cola de transrnision y se Ila ma a la funcion Transmite0 if (kbhito) { Car = getcho; putchar(Car); if ( ((Cola-Trans.Post + 1) % (TAM) != Cola-Trans.Frente) { Cola-Trans.lnfo[Coia-Trans. Post] = Car; Cola-Trans. Post = (Cola-Trans. Post+l)%TAM; Trancmiteo; 1 1 }while (Car != ESC); Regresao; clrscro; } VOID PROGRAMAR_8250(VOID) FUNCION : EN ESTA FUNCION SE PROGRAMA EL PUERTO SE RIE PARA LA TRANSMISON Y RECEPCION DE INFORMACION. DESCRIPCION : void Programa-2500 { disable(); outportb (LCR, 0x80); Se habilita el DLAB (Bit de Acceso al latch divisor) para habilitar el acceso a LSB y MSB outportb (BAL, 0x60); outportb (BAH, (h<oo); El latch divisor se coloca para trabajar a La velocidad de 1200 bitssegundo. outportb (LCR, Oxoo); outportb (LCR, 0x07); Salida de la velocidad de transmision Se establece 8 bits por caracter y 2 bits de stop Se habilita el bit OR (datos listos), el bit THRE (Registro de retencion del transmi cor Vacio), y el bit TSRE (Registro de cambio del transmisor vacio outportb (LSR, 0x61); outportb (IER, 0x03); outportb (MCR, OxOb); enable(); Habilita las fuentes de interrupcion debidas a DR y a THRE Habilita la operacion del modem FUNClON : VOID COLOCA~iNTERRUPCiON(vOID) DESCRIPCION : ESTA FUNCION CAMBIA LA TABLA DE VECTORES DE INTERRUPCION void Coloca-lnterrupciono { disable(); Se optine el vector de interrupcion de COMI VectorAux = getvect(1NT-BASE + INT-COM1); Se coloca la nueva direccion del manejador de interrupcion setvect(lNT-BASE + IM-COM1 , lnterrup-8250); Se habilita la linea de interrupcion en el PIC (8259) que corresponde a COMl outportb(REG-ENMASC, inportb(REG-ENMASC) 8 -(1-4)); 1 enable(); VOID INTERRUP8259(VOID) FUNCION: DESCRIPCION: FUNCION QUE MANEJA LA INTERRUPCIONDEBIDA AL PUERTO SERIAL. void interrupt lnterrup_8250(void) { int InterrupPendiente; Se entra al ciclo siempre que hay una interrupcion pendiente while (((InterrupPendiente= inportb(llR)) & 1) == O) { Identifica la causa que causo la interrupciondel puerto serial COW. switch ((InterrupPendiente& 0x7) >> 1) { Causa: Registro de retencion deltransmisorvacio case 1 : Transmite(); break: 1 Causa: Datos Listos (DR) en el registro buffer de recepcion case 2 : Recibeo; break; outportb{0>00,0>a0); FUNCION: VOID TRANSMITE0 DESCRIPCION: MANDA UN CARACTER POR MEDIO DEL PUERTO SERIAL void Transmite0 { if (Cola-TransFrente != Cola-Trans. Post) { I disable(); outportb(PUERT0,Cola-Trans. Inío [Cola-Trans.Frente]); Cola-Trans. Frente = (Cola-Trans. Frente+l ) % TAM; enableo; 1 FUNCION: VOID RECIBE0 DESCRIPCION: RECIBE UN CARACER POR MEDIO DEL PUERTO SERIAL void Recibe() { if (Cola-Recep.Frente != ((Cola-Recep.post + 1) % TAM)) 1 1 disable(); Cola-Recep.lnfo [Cola-Recep.Post] = inportb(PUERT0); Cola-Recep. Post = (Cola-Recep. Post+l)%TAM; enable(); FUNCION: VOID REGRESA0 DESCRIPCION: REGRESA EL SISTEMA A SUS CONDICIONES INICIALES void Regresa0 { disabieo; Deshabilita la interrupcion debida al puerto serial en el PIC outportb(REGENMASC,inportb(REG-ENMASC) I (1cc4)); Deshabilita las interrupciones en el puerto serial outportb(lER,OxOO); Coloca el vector de interrupcion original en la tabla setvect(1NT-BASE+ INT-COM 1,VectorAux); enable(); 1 FUNCION: VOID INI-COLAS0 DESCRIPCION: INICIALIZA LA ESTRUCTURA DE DATOS void In¡-Colas0 { Cola-Trans. Frente=Cola-Trans. Post=Cola-Recep. Frente=Cola-rece p. Post=O; 1 5.- DISEÑO DEL MÓDEM 5.1 MÓDEM ESTABLE FSK, CARACTERíSTlCAS DEL XR-2206 y XR-2211 5.2 DISEÑO DEL MÓDEM 5.3 PROCEDlMiENTO DE AJUSTE 5.3.1 XR-2206 5.3.2 XR-221 I CAFWCTERíSTlCAS DE LOS MÓDEM ESTABLES FSK La conmutación por desplazamiento en frecuencia FSK ( Frecuency Shift Keying ), es el método que mas se usa para ta transmisión de datos digitales, en enlaces de telecomunicaciones. Para poder usar un FSK se necesita un módem. Modulador-Demodulador para trasladar los 1’s y O’s digitales dentro de sus respectivas frecuencias en la trctnsmisión y recepción. A continuación se describe el diseño de un módem usando la conmutación de los estados con dispositivos exar, los cuales fueron específicamente diseñados para aplicaciones de módem. Dentro de los moduladores FSK tenemos al XR-2206 y al XR-2207. Para los demoduladores esta el FSK XR-2211, con capacidad de detección de portadora. La estabilidad en frecuencias aitas ( Típicamente 20 ppmPc), de estos dispositivos, es una de sus propiedades disetiadas. Usando estos módem, estos no dependerán de la temperatura y de los problemas de la intensidad dependiente de los voltajes asociados con muchos otros disenos. En resumen el funcionamiento del demodulador es independiente de la intensidad de las variaciones de las señales de entrada sobre un rango de 60 dB. Como el voltaje de bias se genera internamente, ei conteo de las partes externas es mucho mas bajo que en muchos otros diseños. El diseno del módem mostrado a continuación se puede usar con señal y en un rango de frecuencia de O Hz a 1O0 KHz. EL XR-2206 FSK ( MODULADOR ) Características; o Estabilidad típica en temperatura 20 ppmPc o Elección de salida de 0.5 O h de THO para las ondas senoidal, cuadrada y triangular. o Salida continua de fase del FSK o Entrada compatible lTL y ClMOS o Baja sensibilidad a la fuente de energía de (0.01%/v) o Split u operación con una sola fuente o Bajo conteo d e partes externas. OPERACI~N El XR-2206es idea! para aplicaciones de FSK que requieran una pureza del espectro para una forma de onda de salida senoidal. Es compatible con TTL y C/MOS, ofreciendo una excelente estabilidad en frecuencia para cada aplicación. El XR-2206 puede proveer típicamente una salida de onda senoidal de 3 wit p-p. La distorsidn armónica total se puede ajustar a 0.5 YO. La conexión del circuito generador FSK para el XR-2206 se muestra en la figura A. La entrada de datos se aplica al pin 9. Para M a l e s con niveles altos seleccionamos la frecuencia mediante ; ( 1 / R6C3 ) Hz. Mientras que para señales con niveles bajos será; ( 1 / R7C3 ) iiz. Nota : ( Resistencias en ohms y Capacitores en faradios ). Para máxima estabilidad, R6 y R7 deberán estar en el rango de 10 kohms a 100 kohms . El voltaje aplicado al pin 9 deberá ser seleccionado entre el voitaje úe V+ y tierra. Observación: Para voltajes mayores o mas bajos que los especificados danaran al dispositivo. Los potenciometros R8 y R9 se deben ajustar para una mínima distorsión armónica. En aplicaciones donde no se necesite la mínima distorsión, los pines 15 at 16 podrán estar en circuito abierto, y R8 se podrá a rernplazar por una resistencia de 200 ohms. En aplicaciones donde la forma de onda de salida triangular es satisfactoria, et pin 13 hasta el 16 podrán estar en circuito abierto. La impedancia de salida en el pin 2 es alrededor de 600 ohms. En la mayoría de las aplicaciones, se recomienda un acoplamiento en AC a la salida. n 2 4e DISENO DEL MÓDEM La siguiente tabla muestra los valores de los componentes recomendados para la banda de 1200 baud rate. BANDA FSK XR-2207 BAUD RATE RIA R3A fH fL I 1200 1200 2200 20 II R2A RIB R3B R4A R2B R46 36 30 XR-2206 R6A R6B 10 16 R7A R7B c3 20 30 .o22 XR-2211 I R4A R4B R5 c1 c2 CF 10 18 30 ,027 .o1 .o022 - CD .o1 - - UNIDADES :Frecuencia Hz; Resistencias Kohrns ;Capacitores Uf A continuación se presentan algunas recomendaciones para el frecuencias no-estandars: calculo de Para el baud rate mas alto, elegir la frecuencia mas grande, la cual debe ser consistente con el ancho de banda de sistema. e Para la frecuencia mas baja, esta deberá estar en al menos un 55 % de la frecuencia mas alta. ( menor que un radio de 2 : l ). e Para un mínimo ancho de pulsos demodulados, seleccionar una banda FSK en la cual la señal y el espacio de frecuencias sean ambos altos, comparados con el baud rate. Para cualquier par dado de señales en un intervalo de frecuencia, este estará limitado a el baud rate en el cual pueda ser recibido. Para un máximo entre la señal y el espacio de frecuencia se debe usar Cuando el intervalo señal de 2 : l ) la relación ; radio es una Diferencia entre el espacio de frecuencia y la señal ( Hz ) _---------------------------------------------------------------Datos máximos en el baud rate = 83% DISEÑO DEL MÓDEM PARA UN BAUD RATE DE t 200 Tomamos de la tabla los valores para: fl y t H fl= 1200 Hz fH=2200 Hz Para el XR-2206,tomamos R7 igual a R1 y C3 igual a Co. Determinamos R6: 2200 = 1/R6C3 C3 = .O22 uf R6 = 20 k ohms Para R7 tendremos 1200 = 1/C3R7 C3 = .O22 uf R7 = 37 K ohms Para el demodulador XR-2211, primero determinamos R4 y C1 Primeramente ; fo = ( f l + W ) / 2 = 1700 Hz Calculando el valor e R4 ; 1700 = l/ClRL C1 = .O27 uf R4 = 21 K ohms Para calcular R5, n necesitamos calcular delta f ( f ), la cual resulta; f = R1-fl = 1000 Hz Por lo que R5 resuita ; R5 = ( R4fo)/ 1000 Hz = 37 K ohms Para determinar C2 usamos C2 = C1 / 4 = .O1 uf Seleccionamos Cr, utilizando f = [ 0.3 í ( fl ) 3 segundos f = 250 useg con Rf = 51 k ohms por io tanto cf = .o022 uf El circuito completo se muestra en la figura B PROCEDIMIENTO DE AJUSTE XR-2206 Los ajustes para la frecuencia aita y baja son independientes, asf que la secuencia no importa. O En el pin 7 se ajusta la frecuencia de la setial alta, por medio del preset. En el pin 8 ajustamos correspondiente. la frecuencia de la señal baja, a través del preset XR-2211 Con la entrada en circuito abierto, la fase del ciclo detector del voltaje de salida es esencialmente indefinido y la frecuencia del oscilador controlado por voltaje ( VCO ) podría ser cualquiera del rango especificado. Se tienen varios métodos para los cuales se puede monitorear fo; 1.- Cortocircuitar el pin 2 y I O , medir fo en el pin 3, con Cd desconectado; 2.- Abrir R5 y monitorear el pin 13 o 14 con un probador de alta impedancia 3.- Quitar el resistor de entre los pines 7 y 8 y encontrar la frecuencia de salida, a la cual el FSK cambia de estado. NOTA : La señal de entrada al XR-2206 debe ser igual a la de la salida en el XR2211. Una vez aplicada la señal no debe moverse ningún componente. n VI FI B B J P I= o 4t- X W L a r r i r n i i 6.- CONCLUSIONES Del presente trabajo, recomendamos, para su correcto funcionamiento implementar el módem en wire-rap o en circuito impreso, para obtener buenos resultados, así como se deberá probar el software por separado, como se explica en el presente informe. A continuación, será necesario ajustar el módem a las frecuencias correctas ( fl,fh,fo), utilizando los componentes de precisión ( ya que los valores resultantes del calculo no serán comerciales en la mayoría de los casos ). Las frecuencias fl,fh,deberán ser un poco menores que los valores recomendados (1200-2200), con el fin de minimizar el problema de sincronía, ya que el punto de ajuste será inferior a la frecuencia fo, calculada. Finalmente hacemos notar que el problema principal en la transmisión de datos asincrona, es la falta de sincronía en el receptor. Este problema io tenemos presente en el XR-2211 ( ver figura módem FSK ), y se soluciona con un correcto ajuste del elemento variable localizado en el pin 12 del XR-2211. Interfacing to the IBM Personal Computer Lewis C. Eggebrecht Edit. SAMs IBMlPC Guia del IBMíPC (DOS 2.0) y XT L.J. Graham T. Field Mc Graw Hill Mastering Serial Communications Peder W. Gaffon smx Turbo UC++ The Complete Reference Herbert Schildt Osborne Mc Graw Hill