/Home/Alberto/Proyecto Fin de Carrera Ingeniería Técnica de Telecomunicaciones.

INSTRUMENTACIÓN MULTIFUNCIÓN DE BAJO COSTE

1.1  Objetivos del proyecto.

El objetivo de este Proyecto es la creación de un sistema capaz de reemplazar a los instrumentos de medida de un laboratorio electrónico básico con un coste mínimo. Sus posibles funciones (a las que llamaremos procesos) son:

  1. Osciloscopio.
  2. Analizador lógico.
  3. Generador de señales.
  4. Generador de patrones.

Todos estos procesos se podrán realizar con un solo sistema aprovechando dispositivos programables (FPGA´s), lo que permite reducir el presupuesto necesario para la realización del sistema. Además, el sistema será controlado desde un PC, lo que permite disponer de un interface de usuario amigable y de fácil manejo.

1.2  Bloques del sistema:

El sistema se puede dividir en cuatro partes:

  1. Sistema de control.
  2. Memoria.
  3. Controlador de procesos.
  4. Sistema de comunicaciones.

A continuación se describe la funcionalidad de cada módulo.

a) Sistema de control:

Sus misiones son:
-  Controlar el sistema de comunicaciones (indica la posible transmisión de datos entre el ordenador personal y el sistema multifunción).
- Controlar la memoria del sistema y la comunicación entre los diferentes bloques del mismo.
-  Configurar el dispositivo programable que se utiliza como controlador de procesos.

Para implementar el sistema de control utilizaremos un dispositivo programable capaz de contener gran número de funciones lógicas como es la FPGA.

b) Memoria:

La memoria estará formada por una memoria EPROM y una RAM.
- La memoria EPROM almacenará todos los datos necesarios para configurar la FPGA donde se implementará el sistema de control y el sistema de comunicaciones (FPGA Maestra).
- La memoria RAM tiene dos misiones importantes:
· Almacenar todos los datos recibidos del “circuito a analizar” o las señales que, desde el ordenador personal, el usuario quiere enviar al “circuito a analizar”.
· Almacenar todos los datos que recibe del ordenador personal para configurar la FPGA donde se implementará el controlador de procesos (FPGA esclava).

c) Controlador de procesos:

La misión del controlador de procesos es:
- Tomar datos de la memoria y transmitirlos al “circuito a analizar”. Estos datos son señales que el usuario, desde el ordenador desea enviar al exterior.
- Recoger datos del “circuito a analizar” y guardarlos en la memoria para despues poder enviarlos al PC y mostrarlos en forma de señales al usuario.

El controlador de procesos permitirá la generación o el análisis de dos señales al mismo tiempo (2 canales) y podrá reprogramarse con el objetivo de cambiar el proceso (generar dos señales, analizar dos señales, generar una señal y analizar otra). Es muy importante que el controlador de procesos puedan trabajar en paralelo; es decir, se puedan recibir o enviar señales por los dos canales del controlador de procesos al mismo tiempo.Por ejemplo: Un canal del controlador funciona como generador de señales enviando una señal senoidal, mientras que el otro canal del controlador de procesos funciona como osciloscopio recibiendo la respuesta del sistema.

d) Sistema de comunicaciones.

El sistema de comunicaciones se encargará de recibir o enviar datos por el puerto paralelo de un ordenador personal. Entre el PC y el sistema de comunicaciones existirá unas señales de handshake para sincronizar la transmisión de los datos. En la implementación hardware del sistema de comunicaciones emplearemos el mismo dispositivo que utilizamos para la implementación del sistema de control (un dispositivo programable FPGA). Con ello conseguimos abaratar los costes del diseño y simplificar la estructura hardware.

Un posible esquema del sistema multifunción de bajo coste que se pretende realizar podría ser el siguiente:

                           
         

 

1.3  Funcionamiento general.

El sistema multifunción de bajo coste permite utilizar los mismos dispositivos para realizar diferentes procesos (Analizadores, generadores, osciloscopios, etc). Se conecta con el ordenador atraves del puerto paralelo. El ordenador envía datos hacia el sistema. Entre los datos se encuentran ordenes y comandos para indicar al sistema de control cuál es su misión:
      
       · Leer de la memoria RAM datos y transmitirlos hacia el ordenador.
       · Escribir en la memoria RAM todos los datos enviados por el PC.
       · Configurar el controlador de procesos segun el proceso a realizar.
       · Realizar el analisis y/o generación de señales en el laboratorio.

Para explicar el funcionamiento, mostraremos un ejemplo: Queremos generar una señal senoidal “x” almacenada en un fichero y analizar una señal “y” proporcionada por un circuito de laboratorio. La señal “y” se almacenará en otro fichero. Los pasos a seguir son:

1. Conectar el sistema a alimentación de 5Vol.
La FPGA, donde se encuentran implementados los sistemas de control y comunicaciones, se configura con los datos almacenados en la memoria EPROM. Dicha configuración se carga en la FPGA al conectar la alimentación.

2. Enviar por el puerto paralelo los datos para configurar la FPGA donde se encuentra implementado el controlador de procesos. Estos datos se almacenan en memoria RAM para su posterior uso. En nuestro caso, el controlador de procesos debe generar una señal y analizar otra al mismo tiempo.

3. El ordenador envía una orden al sistema de control para que este configure la FPGA de procesos.

4. Transmitir el contenido del fichero donde se encuentra la señal “x” hacia la memoria del sistema multifunción de bajo coste.

5. Conectar el circuito que se desea analizar a los canales del sistema propuesto.

6. Permitir al sistema de control y controlador de procesos el análisis y generación de señales en el circuito del laboratorio. La señal analizada “y” se almacenará en memoria RAM.

7. Para finalizar, el PC ordena al sistema de control el envío de la señal “y” para almacenarla en un fichero del ordenador. Del fichero se pueden obtener los datos necesarios para representar gráficamente la señal “y”.

 

Copyright © 2010 Alberto Cobo Cora

Resolución óptima 800x600