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UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA
SEDE QUITO – CAMPUS SUR
CARRERA DE INGENIERIA ELECTRONICA
MENCION TELECOMUNICACIONES
DISEÑO E IMPLEMENTACION DE UN MODULO DE
LABORATORIO PARA LOS CODIGOS DE LINEA, EMPLEANDO
MICROCONTROLADORES CON UNA INTERFAZ USB DE
CONEXIÓN A LABIEW PARA DISEÑO, CONTROL Y PRUEBAS
DE CODIFICACION Y DECODIFICACION DE DATOS.
TESIS PREVIA A LA OBTENCIÓN DEL TITULO DE INGENIERO EN
ELECTRÓNICA MENCION TELECOMUNICACIONES
CRISTIAN FERNANDO ZAPATA YUGSI
cris_zapata131011@hotmail.com FRANCISCO XAVIER JURADO PRUNA franciscojuradop@gmail.com DIRECTOR: Ing. José Antonio Pazmiño jpazmino@ups.edu.ec Quito, Marzo 2012
DECLARACIÓN
Nosotros, Cristian Fernando Zapata Yugsi y Francisco Xavier Jurado Pruna, declaramos bajo juramento que el trabajo aquí descrito es de nuestra autoría, que no ha sido previamente presentada para ningún grado o calificación profesional; y, que hemos consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento.
A través de la presente declaración cedemos nuestros derechos de propiedad intelectual correspondientes a este trabajo, a la Universidad Politécnica Salesiana, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normatividad institucional vigente.
Cristian Fernando Zapata Yugsi Francisco Xavier Jurado Pruna 171886130-0 171549437-
AGRADECIMIENTO
Primero y antes que nada, doy gracias a Dios, por darme la vida y haberme dado salud para lograr mis objetivos propuestos, además de siempre darme su infinito amor.
A mi madre Marlene Yugsi por su amor y apoyo incondicional y por brindarme su ayuda cuando más la necesitaba y enseñarme que todo esfuerzo a la final es recompensado.
A mi esposa ser mi compañera inseparable en los momentos malos como buenos y seguir a mi lado, y a todos aquellos que participaron directa o indirectamente en la elaboración de esta tesis.
A mi hermana Andrea por su cariño y seguir el ejemplo brindado.
A toda mi familia por ser el respaldo incondicional en mi, qué gracias a sus consejos y palabras de aliento crecí como persona, un agradecimiento especial a mi abuelita Elvia que fue mi apoyo incondicional y haberme brindado todos sus concejos sabios.
A mis grandes amigos por estar siempre conmigo apoyándome en todo las circunstancias posibles, también son parte de esta alegría.
A todas aquellas personas que de una u otra forma, colaboraron o participaron en la realización de este proyecto, mis más sinceros agradecimientos.
¡Gracias a ustedes!
Cristian Fernando Zapata Yugsi
DEDICATORIA
Primero doy gracias a Dios por permitirme llegar a este momento tan especial en mi vida, por estar en los momentos malos como en los momentos buenos como este.
A mi madre, a mi familia por haberme educado y enseñarse su tenacidad, lucha y perseverancia , que a sido el pilar fundamental en mi vida ya que gracias a ellos soy lo que soy hoy en día; a mi hermana por el cariño que me brinda y a mi esposa que me a dado los ánimos para seguir luchando por un futuro mejor.
Cristian Fernando Zapata Yugsi
DEDICATORIA
Dedico este trabajo a mi madre quien siempre me apoyo en cada paso que he dado, me ha cuidado y me ha enseñado a buscar la solución a cada problema me ha impulsado en los momentos difíciles durante el transcurso de mi carrera y que gracias a ella hoy puedo llegar a culminar una etapa muy importante de mi vida.
Francisco Xavier Jurado Pruna
UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA
SEDE QUITO – CAMPUS SUR
CARRERA DE INGENIERIA ELECTRONICA
MENCION TELECOMUNICACIONES
ABSTRACT
CRISTIAN FERNANDO ZAPATA YUGSI
cris_zapata131011@hotmail.com FRANCISCO XAVIER JURADO PRUNA franciscojuradop@gmail.com
Quito, Marzo 2012
El modulo tiene una salida de conexión para el osciloscopio con el objetivo de poder visualizar las codificación de los datos.
Básicamente este equipo consta de un PIC para realizar el proceso de codificación de los datos un teclado para el ingreso de los mismos, una pantalla LCD en la cual se visualizaran los diferentes parámetros que se van ingresando para el proceso de codificación y la respectiva conexión USB para poder interactuar con el software respectivo.
EL diagrama de bloques reducido por motivos de la presentación correspondiente al microcontralador del módulo codificador posee el inicio del programa, el proceso de codificación en donde se realizan las declaraciones de variables y las diferentes funciones que realizan la codificación de linea, y en el programa principal se realizan las llamadas a estas funciones dependiendo de cómo se realice el ingreso de los datos que puede vía usb por la interfaz gráfica o por el teclado.
El módulo codificador del presente trabajo se lo ensamblo en base al diagrama esquemático mostrado, donde se puede observar el circuito correspondiente a la fuente de energía que sirve de alimentación del circuito y proporciona los niveles de voltaje positivos y negativos necesarios para realizar la codificación de línea, además de las conexiones de los puertos del PIC18F4550 para el manejo del LCD, teclado y conexión USB.
Modulo Decodificador
Permite al usuario seleccionar el código de línea de acuerdo al utilizado en el codificador. El modulo tiene conexión una conexión mediante el puerto usb para visualizar los datos decodificados en el software de Lab View.
La forma en que los datos que se presentan al usuario a través del LCD es en formato hexadecimal. Este equipo consta de un PIC para realizar el proceso de decodificación de los datos recibidos desde el modulo codificador,
EL diagrama de bloques reducido por motivos de la presentación correspondiente al microcontralador del módulo decodificador posee el inicio del programa, el proceso de decodificación en donde se realizan las declaraciones de variables, las diferentes funciones que cumplen con los algoritmos de decodificación de linea y en el programa principal se realizan las llamadas a estas funciones para poder visualizar los datos recibidos en el LCD.
El Software del presente proyecto el cual permitirá desde la computadora el manejo del módulo codificador y decodificador de códigos de línea se lo hizo con el software de LabView en su versión 8.5 debido a que este permite la creación de SubVIs los cuales so subprogramas que formaran parte del programa principal facilitando el desarrollo del mismo, esta característica se la utilizo principalmente para la creación del programa de codificador.
En el programa correspondiente al codificador se ingresan los datos correspondientes a la frecuencia , la selección del código a ser utilizado y la trama de datos a ser enviados los cuales pueden ser desde 1 byte hasta 8 bytes, en este programa se realiza la simulación de la codificación de los datos, mostrando los resultados en tres graficas:
La primera grafica que se muestra nos indica la forma de los bits que se enviaran, la segunda grafica corresponde a la señal codificada en función del tiempo y la tercera es la señal codificada en función de la frecuencia.
En el programa correspondiente al módulo decodificador se presentan los datos recibidos en el equipo, permitiendo realizar la selección del código a ser utilizado por el decodificador también desde el software.
Para comprobar el funcionamiento correcto del equipo se hizo una prueba con cada uno de los códigos de línea implementados verificando que las gráficas obtenidas mediante la visualización en el osciloscopio y la de la señal simulada sean similares.
INDICE
Resumen
3.4.5 Desarrollo SubVI para el Código de Línea AMI RZ ........................... 83 3.4.6 Desarrollo SubVI para el Código de Línea AMI NRZ ………..…….. 87 3.4.7 Desarrollo Sub VI para el Código de Línea Manchester L ….…….... 92 3.4.8 Desarrollo SubVI para el Código de Línea Manchester Diferencial ... 96 3.4.9 Desarrollo del Programa Principal ……...…………………………. 100 3.4.10 Desarrollo del Programa del Decodificador …………...……..……. 105 3.5 Implementación de los Módulos Codificador y Decodificador ………….. 106 3.5.1 Implementación del Módulo Codificador ………………………….. 106 3.5.2 Implementación del Módulo Decodificador …………..………….... 110
Capitulo 4: Análisis de Resultados
4.1 Introducción ……………………………………………………………… 115 4.2 Requerimientos para el funcionamiento del equipo …………….…...…… 115 4.3 Pruebas de Funcionamiento …………………………………………….... 115 4.3.1 Conexión de los equipos ………………………………………….... 115 4.3.2 Resultado Obtenidos …………...…………………………………... 117
Conclusiones Referencias Bibliográficas Anexos
Índice de Figuras
FIGURA 1.1: EQUITO DE LABORATORIO LUCAS-NÜLLE ............................. 14 FIGURA 1.2: EQUIPO DE LABORATORIO EDIBON ......................................... 15 FIGURA 1.3: EQUIPO DE LABORATORIO DE NUEVOS RECURSOS ............. 16
FIGURA 3.1: GENERAL INSTRUMENT PIC1650 ............................................... 25 FIGURA 3.2: ARQUITECTURA HARVARD. ...................................................... 26 FIGURA 3.3: DISTRIBUCIÓN DE PINES PIC 18F4550 ....................................... 29 FIGURA 3.4: ENTORNO GRÁFICO LABVIEW .................................................. 30 FIGURA 3.5: PANEL FRONTAL COMUNICACIÓN PC-PIC-PC POR MEDIO DEL PUERTO USB........................................................................................ 31 FIGURA 3.6: DIAGRAMA DE BLOQUES COMUNICACIÓN PC-PIC-PC POR MEDIO DEL PUERTO USB .......................................................................... 32 FIGURA 3.7: EJEMPLO DE CÓDIGO UNIPOLAR .............................................. 33 FIGURA 3 8: EJEMPLO DE CÓDIGO BIPOLAR ................................................. 33 FIGURA 3.9: EJEMPLO DE CÓDIGO MULTINIVEL.......................................... 34 FIGURA 3.10: SEÑAL POLAR CON RETORNO A CERO CON LÓGICA DIRECTA. ...................................................................................................... 34 FIGURA 3.11: VELOCIDAD DE TRANSMISIÓN ............................................... 37 FIGURA 3.12: VELOCIDAD DE SEÑALIZACIÓN.............................................. 37 FIGURA 3.13: REPRESENTACIÓN DE BITS USANDO EL CÓDIGO NRZU LÓGICA POSITIVA....................................................................................... 41 FIGURA 3.14: REPRESENTACIÓN DE BITS UTILIZANDO EL CÓDIGO NRZP. ........................................................................................................................ 41 FIGURA 3.15: REPRESENTACIÓN DE BITS UTILIZANDO EL CÓDIGO AMI NORMAL NRZ .............................................................................................. 43 FIGURA 3.16: REPRESENTACIÓN DE BITS UTILIZANDO EL CÓDIGO AMI NORMAL RZ ................................................................................................. 44 FIGURA 3.17: REPRESENTACIÓN DE BITS UTILIZANDO EL CÓDIGO AMI INVERSO NRZ .............................................................................................. 45 FIGURA 3.18: REPRESENTACIÓN DE BITS UTILIZANDO EL CÓDIGO AMI INVERSO RZ ................................................................................................. 45
FIGURA 3.43: VISUALIZACIÓN DEL DIAGRAMA DE CONSTELACIÓN. ..... 71
FIGURA 3.44: PANEL FRONTAL SUBVI DEL CÓDIGO NRZP ........................ 72
FIGURA 3.45: DIAGRAMA DE BLOQUES SUBVI DEL CÓDIGO NRZP. ......... 72
FIGURA 3.46: DEFINICIÓN DE LOS PARÁMETROS DE ENTRADA CÓDIGO
DIFERENCIAL TIPO ESPACIO .................................................................... 73
FIGURA 3.47: CONVERSIÓN DE LOS DATOS DE ENTRADA ......................... 73
FIGURA 3.48: CODIFICACIÓN DIFERENCIAL ESPACIO................................. 74
FIGURA 3.49: OBTENCIÓN NÚMERO DE TRANSICIONES PARA LA
CODIFICACIÓN DIFERENCIAL ESPACIO ................................................. 74
FIGURA 3.50: VISUALIZACIÓN DE LA SEÑAL DE ENTADA EN BITS.......... 75
FIGURA 3.51: VISUALIZACIÓN DE LA SEÑAL CODIFICADA EN FUNCIÓN
DEL TIEMPO. ................................................................................................ 75
FIGURA 3.52: VISUALIZACIÓN DE LA SEÑAL CODIFICADA EN FUNCIÓN
DE LA FRECUENCIA. .................................................................................. 76
FIGURA 3.53: DIAGRAMA DE CONSTELACIÓN.............................................. 76
FIGURA 3.54: PANEL FRONTAL SUBVI CÓDIGO DIFERENCIAL ESPACIO. 77
FIGURA 3.55: DIAGRAMA DE BLOQUES SUBVI CÓDIGO DIFERENCIAL
ESPACIO........................................................................................................ 77
FIGURA 3.56: DEFINICIÓN DE LOS PARÁMETROS INICIALES. ................... 78
FIGURA 3.57: CONVERSIÓN DE LOS PARÁMETROS DE ENTRADA. ........... 79
FIGURA 3.58: CODIFICACIÓN DIFERENCIAL MARCA. ................................. 79
FIGURA 3.59: VISUALIZACIÓN DE LA SEÑAL D ENTRADA EN BITS- ........ 80
FIGURA 3.60: VISUALIZACIÓN DE LA SEÑAL CODIFICADA EN FUNCIÓN
DEL TIEMPO. ................................................................................................ 80
FIGURA 3.61: VISUALIZACIÓN DE LA SEÑAL CODIFICADA EN FUNCIÓN
DE LA FRECUENCIA. .................................................................................. 81
FIGURA 3.62: DIAGRAMA DE CONSTELACIÓN.............................................. 81
FIGURA 3.63: PANEL FRONTAL SUBVI CÓDIGO DIFERENCIAL MARCA .. 82
FIGURA 3.64: DIAGRAMA DE BLOQUES SUBVI CÓDIGO DIFERENCIAL
MARCA. ........................................................................................................ 82
FIGURA 3.65: DEFINICIÓN DE LOS PARÁMETROS DE ENTRADA ............... 83
FIGURA 3.66: CONVERSIÓN DE LOS DATOS DE ENTRADA. ........................ 83
FIGURA 3.67: CODIFICACIÓN AMI RZ NIVELES POSITIVOS PARA EL
SÍMBOLO 0. .................................................................................................. 84
- 1.1 Introducción …………………......…………………………………...….… Capítulo 1: Estudio del Problema
- 1.2 Situación Actual…………………………..........…………………….….....
- 1.3 Objetivo Principal ………………………………………………………….
- 1.4 Objetivos Específicos …………..…………………………………..………
- 2.1 Introducción………………………………….…………………………….. Capítulo 2: Viabilidad del Proyecto
- 2.2 Factibilidad Comercial ……………………….…………………………….
- 2.2.1 Estudio de Mercado …………………………………………………..
- 2.2.2 Análisis de Resultados ………………………………………………..
- 2.3 Factibilidad Financiera ....……………….………………………………….
- 2.4 Factibilidad Técnica …….………………………………………………….
- 2.4.1 Requerimientos de Hardware .…………..….…………………......…
- 2.4.2 Requerimientos de Software …………...…………………………….
- 2.4.3 Costos de elaboración ...……………….………………………………
- 3.1 Introducción .....................……………………………………………….… Capítulo 3: Desarrollo de la Solución del Problema.
- 3.2 Marco Teórico …...……………..………………………………………….
- 3.2.1 Microcontroladores PIC …….……………..………………......………
- 3.2.1.1 Arquitectura Microcontrolador PIC 18FXXX …...……...….......
- 3.2.1.2 El Procesador ……………........…..………….………….……....
- 3.2.1.3 Microcontrolador PIC 18F4550 ….…..……………………..…..
- 3.2.2 Software LabView ........................................................................…….
- 3.2.2.1 Principales Características ……...……………...…...………….
- 3.2.2.2 Panel Frontal ……………………………………......................
- 3.2.2.3 Diagrama de Bloques ..………………………………………...
- 3.2.3 Códigos de Línea ...………………...………………………………
- 3.2.3.1 Terminología Básica ………...…………………...……………...
- 3.2.3.2 Criterios para la codificación de datos ……...………..................
- 3.2.3.3 Tipos de Códigos de Línea ……………………………..………..3
- 3.2.3.3.1 Código de línea NRZ ........................................................….
- 3.2.3.3.1.1 Código de Línea NRZ Unipolar ……………………
- 3.2.3.3.1.2 Código de Línea NRZ Polar …………………..…....
- 3.2.3.3.2 Código de Línea AMI ………………………………………
- 3.2.3.3.2.1 Código AMI Normal …………………………..……
- 3.2.3.3.2.1.1 AMI Normal NRZ …………...……………...…...
- 3.2.3.3.2.1.2 AMI Normal RZ ……………………………..….
- 3.2.3.3.2.2 Código AMI Inverso …………………………..........
- 3.2.3.3.2.2.1 AMI Inverso NRZ …………………………..…....4
- 3.2.3.3.2.2.2 AMI Inverso RZ ………………………..........…..
- 3.2.3.3.3 Código de Línea Diferencial NRZ ………………….……...
- 3.2.3.3.3.1 Código Diferencial NRZ Marca ……………………
- 3.2.3.3.3.2 Código Diferencial NRZ Espacio …………………..
- 3.2.3.3.4 Código de Línea Manchester ……………………….………
- 3.2.3.3.4.1 Código Manchester tipo L ……….………...…….....
- 3.2.3.3.4.2 Código Manchester Diferencial …………………....
- 3.3 Diseño de la Hardware del Módulo …………………………………….….
- 3.3.1 Diseño del módulo Codificador …….…………………………………
- 3.3.1.1 Diagrama Esquemático …………………………...……………..
- 3.3.1.2 Desarrollo del Programa para el Microcontrolador ……….…….
- 3.3.1.3 Simulación ……………………………...……………………….
- 3.3.2 Diseño del Módulo decodificador …………….….……………………
- 3.3.2.1 Diagrama Esquemático ………………….……………………....
- 3.3.2.2 Desarrollo del programa para el Microcontrolador ……………..
- 3.3.2.3 Simulación ……….…………………...…………………………
- 3.4 Elaboración del Software del Módulo …………………………………..…
- 3.4.1 Desarrollo SubVI para el Código de Línea NRZu ..….…….…….....…
- 3.4.2 Desarrollo SubVI para el Código de Línea NRZp ..…….................…..
- 3.4.3 Desarrollo SubVI para el Código de Línea Dif. Espacio ………….......
- 3.4.4 Desarrollo SubVI para el Código de Línea Dif. Marca …………….....
- SÍMBOLO 0. FIGURA 3.68: CODIFICACIÓN AMI RZ NIVELES NEGATIVOS PARA EL
- FIGURA 3.69: CODIFICACIÓN AMI RZ PARA EL SÍMBOLO 1.
- FIGURA 3 70: VISUALIZACIÓN DE LA SEÑAL DE ENTRADA EN BITS.
- DEL TIEMPO Y LA FRECUENCIA. FIGURA 3.71: VISUALIZACIÓN DE LA SEÑAL CODIFICADA EN FUNCIÓN
- FIGURA 3.72: DIAGRAMA DE CONSTELACIÓN..............................................
- FIGURA 3.73: PANEL FRONTAL SUBVI CÓDIGO AMI RZ
- FIGURA 3.74: DIAGRAMA DE BLOQUES SUBVI CÓDIGO AMI RZ...............
- FIGURA 3.75: DEFINICIÓN DE LOS PARÁMETROS INICIALES.
- FIGURA 3.76: CONVERSIÓN DE LOS DATOS DE ENTRADA
- FIGURA 3.77: CODIFICACIÓN DE LÍNEA PARA EL SÍMBOLO 0-
- FIGURA 3.78: CODIFICACIÓN DE LÍNEA PARA EL SÍMBOLO 1.
- FIGURA 3.79: VISUALIZACIÓN PARA LA SEÑAL DE ENTRADA EN BITS.
- DEL TIEMPO Y FRECUENCIA. FIGURA 3.80: VISUALIZACIÓN DE LA SEÑAL CODIFICADA EN FUNCIÓN
- FIGURA 3.81: VISUALIZACIÓN DEL DIAGRAMA DE CONSTELACIÓN
- FIGURA 3.82: PANEL FRONTAL SUBVI CÓDIGO AMI NRZ
- FIGURA 3.83: DIAGRAMA DE BLOQUES SUBVI CÓDIGO AMI NRZ
- FIGURA 3.84: DEFINICIÓN DE LOS PARÁMETROS DE ENTRADA.
- FIGURA 3.85: CONVERSIÓN DE LOS PARÁMETROS DE ENTRADA
- FIGURA 3.86: CODIFICACIÓN MANCHESTER TIPO L.
- FIGURA 3.87: VISUALIZACIÓN DE LA SEÑAL D ENTRADA EN BITS.
- FRECUENCIA. FIGURA 3.88: VISUALIZACIÓN DE LA SEÑAL CODIFICADA EN TIEMPO Y
- FIGURA 3.89: VISUALIZACIÓN DEL DIAGRAMA DE CONSTELACIÓN.
- FIGURA 3.90: PANEL FRONTAL SUBVI CÓDIGO MANCHESTER TIPO L.
- TIPO L. FIGURA 3.91: DIAGRAMA DE BLOQUES SUBVI CÓDIGO MANCHESTER
- FIGURA 3.92: DEFINICIÓN DE LOS PARÁMETROS DE ENTRADA.
- FIGURA 3.93: CONVERSIÓN DE LOS PARÁMETROS DE ENTRADA.
- FIGURA 3.94: CODIFICACIÓN MANCHESTER DIFERENCIAL
- FIGURA 3.95: VISUALIZACIÓN DE LA SEÑAL DE ENTRADA EN BITS.
FIGURA 3.119: CIRCUITO ARMADO E INSTALADO EN LA CAJA. ............. 112
FIGURA 3.120: MÓDULO DECODIFICADOR TERMINADO .......................... 113
Índice de Tablas
TABLA 2.1: COSTO APROXIMADO DEL EQUIPO DE LABORATORIO ......... 23
RESUMEN
En Las Telecomunicaciones, los códigos de línea o también conocidos como modulación en banda base son códigos utilizados en un sistema de comunicación para propósitos de transmisión.
Los códigos de línea son frecuentemente usados para el transporte digital de datos, estos códigos consisten en representar una señal digital transportada respecto a su amplitud respecto al tiempo. Esta señal se encuentra perfectamente sincronizada debido a las propiedades específicas que posee la capa física. La representación de la onda se la suele realizar mediante un número determinados impulsos. Estos impulsos representan los 1s y los 0s digitales. Los tipos más comunes de codificación en línea son el unipolar, polar, bipolar y Manchester.
Después de la codificación en línea, la señal es enviada a través de la capa física. A veces las características de dos canales aparentemente muy diferentes son lo suficientemente parecidos para que el mismo código sea usado por ellos.
