Familiarização e Interface com Modem

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1 Loop-back Full-duplex EPUSP PCS 3645 Laboratório Digital II RESUMO O objetivo desta experiência é a familiarização e p projeto de um circuito de comunicação com MODEMs. Nesta experiência será analisado o funcionamento do circuito integrado Am7910, uma pastilha fabricada pela AMD (Advanced Micro Devices). O circuito de interface deve implementar a comunicação da placa Altera DE2 com os sinais de controle do modem para a transferência de dados em modo full-duplex. OBJETIVOS Após a conclusão desta experiência, os seguintes tópicos devem ser conhecidos pelos alunos: Familiarização e Interface com Modem Versão 2016 Modulação de sinais; Modem; Protocolo de comunicação serial; Interface em FPGA. 1. PARTE EXPERIMENTAL Na parte experimental será analisado primeiro o funcionamento do circuito integrado Am7910. Para isso será utilizado, além do painel de montagens experimentais, uma placa que contém este circuito integrado e outros componentes necessários para o seu funcionamento. Antes de iniciar as montagens, é importante que todos os alunos da equipe tenham lido a especificação do MODEM Am7910. Em seguida, deve-se projetar um circuito digital que aciona os sinais de controle do modem para transferir dados em modo full-duplex entre bancadas Atividade 1 Consulta ao material de referência a) Leia a apostila Comunicação Serial com Modem e consulte o manual completo do componente Am7910, em especial os capítulos 2 e 3, que contém uma visão geral sobre a tecnologia de modem e detalhes do funcionamento do Am7910, respectivamente. b) Estude o funcionamento dos modos full-duplex e loop-back. c) Preencha a tabela abaixo, com dados disponíveis no manual (complete o restante com dados experimentais obtidos durante as atividades seguintes). modo Bell 103 Originate Bell 103 Answer CCITT V.21 Originate CCITT V.21 Answer Bell 103 Originate Bell 103 Answer CCITT V.21 Originate CCITT V.21 Answer código (MC4 a MC0) Frequências transmissão recepção mark space mark space d) Qual é a taxa de transferência (baud rate) dos modos de operação full-duplex do Am7910? e) Selecione um dos modos full-duplex da tabela acima. Registre a escolha no Relatório. OBS.: Use este modo full-duplex e o modo loop-back correspondente nas atividades de familiarização desta atividade experimental. Familiarização e Interface com Modem (2016) 1

2 1.2. Atividade 2 Familiarização com a Placa de Modem No Laboratório Digital, antes de iniciar os estudos do funcionamento da placa de modem que contém a pastilha Am7910. Siga os passos seguintes Ajustes Iniciais f) Localize a placa de modem no painel de montagem da bancada e verifique os principais sinais de entrada (DTR, RTS, TD, BRTS, BTD) e saída (CTS, CD, RD, BCTS, BCD, BRD). DICA: coloque uma figura no Relatório mostrando estes sinais. g) Efetue as ligações relacionadas na Tabela I, inclusive aquelas ligações referentes às tensões de alimentação (GND, +12V e -12V). (*Efetuar as ligações com o gerador de funções desligado.) SINAL LIGADO A Tabela I - Lista de ligações da placa de modem. VALOR INICIAL SINAL LIGADO A VALOR INICIAL +12 V fonte (F1) - /BRTS CH6 UM -12 V fonte (F2) - /BTD CH7 UM GND fonte - TC osciloscópio - TD CH2 UM RC gerador de funções 1 - /RTS CH1 UM MC0 a MC4 jumper escolha do grupo /DTR CH0 UM Nos itens seguintes devem ser verificados os diversos modos de funcionamento desta pastilha, seguindo os diagramas apresentados e escolhendo as condições iniciais para cada modo Transmissão Full-Duplex A transmissão de dados Full-Duplex será estudada neste item, seguindo-se os passos abaixo: h) Acerte o modo de operação selecionado do MODEM para transmissão full-duplex usando jumpers nos sinais de controle MC0 a MC4 da placa; i) Siga o fluxograma apresentado na Figura 1.a para efetuar a transmissão do sinal digital em TD; j) Anote as frequências (teóricas e experimentais) e capture as formas de onda observadas no osciloscópio para cada dado transmitido (sinal TC). k) O que acontece com os valores das frequências de mark e space com a inversão do valor do bit MC0? Explique a diferença Recepção Full-Duplex Para estudar a recepção de dados em modo Full-Duplex, siga os seguintes passos: l) Acerte o gerador de funções para sinais senoidais e uma tensão de pico-a-pico da ordem de 1 Vpp. Verifique antecipadamente o sinal no osciloscópio antes de conectar na placa de modem. CUIDADO! Não insira uma tensão pico a pico maior que 1Vpp na entrada de RC. Isto pode queimar a pastilha. m) Volte as chaves de entrada para os valores iniciais da Tabela I. n) Siga o fluxograma apresentado na figura 1.b, não se esquecendo de ajustar a frequência do gerador de sinais que simula a portadora de recepção, de acordo com o modo selecionado. o) Registre as saídas observadas no relatório. OBS: anote os valores nos leds observados na placa de modem para recepção de dados. p) Monte uma tabela, contendo o modo de operação, as frequências (teóricas e experimentais) para recepção dos sinais space e mark. q) Desligue e desconecte o gerador de sinais da entrada RC do modem. 1 O gerador de funções deve gerar um sinal senoidal com amplitude máxima de 1Vpp. Depois de ajustado pelo osciloscópio, deve ser mantido desligado até seu uso nas atividades de recepção de dados. Familiarização e Interface com Modem (2016) 2

3 Condições Iniciais Condições Iniciais /DTR ligado? /DTR ligado? /RTS ligado? Detectou portadora? Liga /CTS Liga /CD OBS.: * Varie o valor da frequencia da portadora e observe o led RD. TRANSMISSÃO DE DADOS (*) RECEPÇÃO DOS DADOS (*) /RTS ligado? Detectou portadora? Ignora TD Desliga /CD Desliga /CTS OBS.: * Alterar o valor de TD (CH2) /RD = MARK (a) Transmissão (b) Recepção Figura 1 Sequência de sinais para Comunicação Full-duplex Modo Loop-Back Nesta seção iremos finalizar o estudo dos modos de funcionamento do modem Am7910. Para estudar o modo Loop-Back, siga os seguintes passos: r) Ajuste o modo de operação Loop-back escolhido na atividade 1 através das entradas MC4 a MC0. s) Agora, conforme a figura 2, ajuste o circuito para operar em Loop-Back analógico. Acerte os sinais de controle do protocolo de funcionamento nas chaves para operação do modem. Figura 2 Loop-Back Analógico. t) Varie a chave ligada na entrada TD e observe as saídas TC e RD. Anote os valores digitais, as formas de onda dos sinais modulados, valores de tensão e frequência. Comente. u) Conecte, em seguida, as entradas e saídas do modem conforme a figura 3 para testar o modo Loop- Back Digital. A entrada RC deve ser conectada na saída do gerador de funções. Familiarização e Interface com Modem (2016) 3

4 v) Ajustar um sinal de entrada senoidal (1Vpp no máximo) na entrada RC e verifique as saídas RD e TC. Varie a frequência de entrada e analise as saídas. Comente. DICA: Acione os sinais de controle do modem e observar o sinal /CD ativado no circuito de recepção. Figura 3 Loop-Back Digital. w) Compare as frequências dos sinais mark e space anotados com os valores para transmissão e recepção do modo full-duplex observados nas seções e Comente Atividade 3 Projeto de Circuito de Interface com Modem Esta atividade inclui o projeto de um circuito de interface com a placa de modem para a transmissão e recepção de dados. x) Especificação do circuito. A figura 4 apresenta a interface externa de sinais do circuito a ser projetado. O circuito deve operar de acordo com o sinal Liga, que deve desabilitar seu funcionamento caso tenha valor ZERO. Caso se deseje realizar uma transmissão, deve-se primeiro acertar o Dado de 8 bits e acionar o sinal Enviar. O circuito de interface com modem então deve acionar os sinais do protocolo de comunicação do modem para efetuar a transmissão dos bits de dados. A transmissão 2 de dados deve seguir o formato 8N1 (8 bits de dados, sem paridade, 1 stop bit). Liga Dado Enviar Recebido DadoRecebido RESET CLOCK Interface com Modem (Altera DE2) DTR RTS TD CTS CD RD modem TC RC Figura 4 Circuito de Interface com Modem. Por outro lado, se um dado for recebido pelo modem, o circuito de interface com o modem deve detectar a recepção dos dados seriais e coletar os bits até formar uma palavra de 8 bits. Esta condição deve acionar o sinal Recebido e o conjunto de bits deve ser apresentado em DadoRecebido. y) Documente a aplicação da metodologia de projeto no desenvolvimento do circuito de interface com modem, incluindo todos os diagramas elaborados. z) Elaborar um plano de testes, usando o modo Half-duplex para a verificação do funcionamento do circuito de interface. OBS.: Durante a montagem experimental, deve-se manter os outros sinais de entrada do modem em valor inativo. Documente estes sinais no Planejamento da experiência. 2 O projeto do circuito deve levar em consideração a taxa de transmissão do modo de operação selecionado do modem. A frequência do sinal de CLOCK deve ser ajustado de acordo e ser único no circuito como um todo. Familiarização e Interface com Modem (2016) 4

5 1.4. Atividade 4 Implementação do Circuito de Interface com Modem na placa DE2 Neste item vamos implementar o projeto do circuito de interface com modem na placa DE2 e interligar com os demais componentes do sistema. Como a placa de modem opera com níveis de sinais TTL (5V) e a placa FPGA opera com níveis de tensão diferentes (3,3V), deve-se usar circuitos de conversão de tensão: usar os circuitos integrados 74LS365 e 74HC4050 para interfacear sinais entre as placas de modem e FPGA. aa) Sintetize o circuito para a placa Altera DE2. Use a seguinte designação de pinos básica. sinal pino Analog Discovery CLOCK GPIO_1[1] clock RESET GPIO_1[3] botão Liga chave SW[17] - Dado chaves SW[0] a SW[7] - Enviar GPIO_1[5] botão Recebido led LEDR[0] - DadoRecebido displays HEX0 e HEX1 - DTR GPIO_1[11] - RTS GPIO_1[13] - CTS GPIO_1[15] - TD GPIO_1[17] - CD GPIO_1[19] - RD GPIO_1[21] - Defina um conjunto de sinais de depuração que podem ser mostrados em leds e displays disponíveis. O planejamento deve conter uma tabela com a designação destes sinais adicionais. Para a depuração do circuito em operação, use a ferramenta SignalTap II. bb) Programe o projeto sintetizado na placa DE2 no Laboratório Digital e teste o circuito em modo loopback na própria bancada. cc) Uma vez testado o circuito localmente na bancada, vamos interligar duas bancadas usando dois pares de fios trançados disponíveis no Laboratório Digital. Ligar o sinal TC de uma bancada ao sinal RC da outra bancada e vice-versa. ATENÇÃO: Não se esqueça de utilizar um sinal de TERRA comum entre as bancadas. Ligue os sinais de terra em primeiro lugar, para evitar descarga eletrostática e consequente queima de pastilhas. dd) O teste da interligação de bancadas deve verificar a transferência de dados entre bancadas. Anote as formas de onda dos principais sinais do projeto e inclua no Relatório Atividade 5 Desafio Neste item deverão ser implementados alguns melhoramentos no circuito de interface com modem na placa DE2. ee) Uma modificação no projeto do circuito de interface com será solicitada pelo professor. Estude esta modificação e documente as alterações necessárias para sua implementação. ff) Projete o circuito e sintetize na placa DE2. Explique a designação de pinos. gg) Documente os resultados obtidos nos testes realizados. Familiarização e Interface com Modem (2016) 5

6 2. BIBLIOGRAFIA Advanced Micro Devices. Analog and Communications Products Data Book. Sunnyvale, California, Advanced Micro Devices. Modem Technical Manual - Am79101 WORLD-CHIP Autodial FSK Modem /Am7910 FSK WORLD-CHIP Modem / Am7911 FSK WORLD-CHIP Modem. Sunnyvale, California, HELD, G. Understanding Data Communications. 6th edition, New Riders, FREGNI, E et al. MODEM. Experiências 6 e 7 - Laboratório Digital II, EPUSP, LABORATÓRIO DIGITAL. Comunicação Serial com Modem. Apostila de PCS3645, LABORATÓRIO DIGITAL. Interligação de Terminais com Modem. Apostila de PCS2021, ROSCH, W. L. The Modern Modem: Bridge to the On-Line. PC Magazine, May 12, 1987 WEISSBERGER, A. J. Data Communications Handbook. Signetics. EUA, MATERIAL DISPONÍVEL Circuitos Integrados TTL (integração da parte digital com a parte analógica): buffer para interface de sinais da placa DE2 para o modem. 74HC4050 buffer para interface de sinais do modem para a placa DE2. 4. EQUIPAMENTOS NECESSÁRIOS 1 painel de montagens experimentais. 1 placa de montagem do MODEM. 1 fonte de alimentação fixa, 5V 5%, 4A. 1 fonte de alimentação 12V 5 %, 0,5 A. 1 gerador de funções (ou dispositivo equivalente). 1 multímetro digital. 1 osciloscópio digital. 1 computador com software Altera Quartus II. 1 dispositivo Analog Discovery da Digilent. 1 placa de desenvolvimento FPGA DE2 da Altera com o dispositivo Altera Cyclone II EP2C35F672C6. Histórico de Revisões F.N.A. e E.T.M. / 2001 (revisão) E.T.M./2004 (revisão) E.T.M./2005 (revisão) E.T.M./2011 (revisão) E.T.M./2013 (revisão) E.T.M./2014 (revisão) E.T.M./2015 (revisão) E.T.M./2016 (revisão) Familiarização e Interface com Modem (2016) 6