ứng dụng kỹ thuật ask để truyền dữ liệu thoại

 LỜI NÓI ĐẦU Trong xã hội thông tin và truyền thông hiện nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các ngành công nghệ khác và sự bùng nổ về kinh tế đó là sự phát triển không ngừng của công nghệ viễn thông.Kỹ thuật viễn thông hiện nay ứng dụng hầu hết các kết quả nghiên cứu tích cực trước đó trong lĩnh vực viễn thông và ngày càng hoàn thiện hơn, nó gần như ứng dụng hầu hết các cơ sở lý thuyết về thông tin số. Số hóa và truyền dẫn tín hiệu dạng số là một phương pháp tăng hiệu quả truyền dẫn và giảm thiểu sai sót thông tin do tác động của nhiễu so với thông tin tương tự, đồng thời phù hợp với các hệ thống xử lý ngày nay lấy cơ sở tốc độ và hiệu suất làm nền tảng nên các dữ liệu dạng số được sử dụng. Trong các phương pháp điều chế số chúng ta phải nhắc đến phương pháp điều chế “khóa dịch biên“(ASK: Amplitude shift keying), nó là một phương pháp cơ bản nhất và đơn giản nhất để tiến hành điều chế một tín hiệu. Nó là nền tảng trước tiên cần nghiên cứu để có thể nghiên cứu thêm các hệ thống khác cao hơn. Đề tài là một vấn đề cũ trong viễn thông được nhóm ứng dụng vào việc truyền dữ liệu thoại. Đề tài nghiên cứu “Ứng dụng kỹ thuật ASK để truyền dữ liệu thoại”. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước: Hiện nay công nghệ viễn thông thế giới đã đạt đến một trình độ cao với việc không những truyền nhận tín hiệu thoại mà người ta có thể truyền các tín hiệu hình ảnh, phim ảnh cũng như bất kỳ một dữ liệu nào mà người ta có thể số hóa với tốc độ cực cao lên tới hàng Mhz với công nghệ di động và lên tới hàng Ghz như các hệ thống truyền dẫn chính như viba số. Việc điều chế tín hiệu để truyền đi trong không gian không chỉ đơn thuần là điều chế biên độ cổ xưa mà là các hệ thống phức tạp kết hợp cả điều chế tần số, pha và biên độ để đạt được hiệu quả cao nhất. Tuy nhiên đó đều là thành quả nghiên cứu của các nước phát triển, còn với Việt Nam công nghệ di động vẫn chỉ dừng ở mức ứng dụng chứ chưa đạt tới trình độ có thể nghiên cứu tạo ra một cách thức, một lý thuyết mới hay xây dựng một hệ thống thông tin. Do vậy, việc nghiên cứu các cách thức điều chế cơ bản cũng nhằm làm tiền đề cho việc nghiên cứu tìm hiểu các hệ thống phức tạp hơn, đồng thời đó cũng là cách để người nghiên cứu có thể nảy sinh từ đó những ý tưởng mới. LỜI CẢM ƠN  Nhóm thực hiện đề tài xin gửi đến toàn thể quý thầy cô trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM nói chung và quý thầy cô khoa Điện - Điện tử nói riêng lời cảm ơn chân thành nhất. Quý thầy cô đã truyền đạt cho nhóm những kiến thức chuyên ngành cũng như nhiều kinh nghiệm quý báu đó là những hành trang rất cần thiết cho nhóm để bước ra trường và công tác sau này sau gần 5 năm gắn bó với trường. Đặc biệt nhóm xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS. Võ Minh Huân đã hướng dẫn cho nhóm rất tận tình trong suốt thời gian qua cùng những lời động viên, khích lệ giúp nhóm vượt qua thời điểm khó khăn. Những tài liệu bổ ích cùng những lời góp ý quý báu giúp nhóm hoàn thành đồ án này. Cảm ơn tất cả bạn bè, những người đã đóng góp ý kiến và luôn động viên giúp đỡ nhóm hoàn thành đồ án này. Xin chân thành cảm ơn. Nhóm sinh viên thực hiện Trần Hải Sơn – Trần Nguyên Trí MỤC LỤC  LIỆT KÊ HÌNH  LIỆT KÊ TỪ VIẾT TẮT  TÓM TẮT Nội dung nghiên cứu: Để nghiên cứu cách thức truyền tín hiệu vô tuyến, nhóm tiến hành nghiên cứu sự truyền nhận tín hiệu thoại với hình thức điều chế đơn giản nhất là điều chế biên độ ASK. Nghiên cứu cách thức một tín hiệu tiếng nói được điều chế và truyền đi trong không gian, từ đó giải điều chế để khôi phục lại tín hiệu tiếng nói đã truyền đi và đưa ra loa.  Đồng thời với việc nghiên cứu xây dựng hệ thống truyền nhận trên, mục đích của việc nghiên cứu cũng nhằm kiểm chứng các cơ sở lý thuyết về điều chế, mã hóa, thu phát, khuếch đại tín hiệu để từ đó phát triển các hệ thống tốt hơn về sau nếu có cơ hội. Cùng với các mục đích nghiên cứu tìm hiểu kiến thức đó là việc nhóm thực hiện công trình nghiên cứu để rèn luyện kỹ năng nghiên cứu khoa học, tích góp kinh nghiệm cho bản thân. Phương pháp nghiên cứu: Để nghiên cứu một vấn đề khoa học luôn có những con đường khác nhau để tiếp cận vấn đề. Có thể tiến hành nghiên cứu từ chi tiết đến tổng thể như các công trình nghiên cứu tạo ra sản phẩm thi công, hoặc cũng có thể tiến hành nghiên cứu đi từ cái tổng quan đến từng chủ điểm riêng như với các công trình nghiên cứu lý thuyết. Ở đây, để xây dựng mạch hoàn chỉnh, nhóm tiến hành nghiên cứu hoạt động từng khối một, kiểm tra với từng khối riêng lẻ để thấy được hoạt động của mỗi khối, từ đó kết hợp các khối và điều chỉnh phù hợp để xây dựng nên mạch sản phẩm, tức là đã đi từ cái chi tiết đến cái tổng thể. Làm như vậy để chúng ta có thể dễ dàng kiểm hoạt động của mỗi khối và dễ dàng khắc phục nếu xuất hiện lỗi Cụ thể quá trình nghiên cứu: • Giai đoạn đầu nhóm tập trung nghiên cứu hoàn thành các mạch cơ bản đã được biết trong quá trình thực tâp có tính chất đơn giản dễ thực hiện. • Tiếp theo nhóm tiến hành nghiên cứu thực hiện việc điều chế và giải điều chế ASK với tín hiệu mẫu lấy từ bộ tạo xung vuông. • Sau khi kiểm tra chạy ổn định việc điều chế ASK, nhóm tiến hành nghiên cứu việc mã hóa và giải mã PCM sử dụng IC TP3057. • Cuối cùng nhóm tiến hành nghiên cứu và xây dựng hệ thống thu phát tín hiệu điều chế qua Anten. • Giai đoạn cuối cùng là hoàn thiện mạch và viết báo cáo khoa học. ABSTRACT  CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU Như đã giới thiệu ở trên, công nghệ nghiên cứu khoa học của nhóm đi vào nghiên cứu xây dựng một hệ thống truyền nhận tín hiệu dựa vào phương pháp điều chế biên độ ASK. Trước hết là thực hiện điều chế, truyền và giải điều chế một tín hiệu tự tạo, tiếp theo đó sẽ đi tiến hành điều chế tín hiệu thoại (tín hiệu giọng nói) để truyền đi, cuối cùng là sẽ thực hiện truyền và vô tuyến (không dây). Sau đây chúng ta sẽ tiến hành đi tìm hiểu sơ lược về điều chế ASK và việc truyền tín hiệu thông qua điều chế ASK và quá trình thi công mạch.  Sơ lược điều chế ASK: ASK (Ampitude Shift Keying) điều chế khoá dịch biên độ : sóng điều biên được tạo ra bằng cách thay đổi biên độ sóng mang theo biên độ tín hiệu tin tức Nguyên lý điều chế: Dùng các bit 0 và 1 để thay đổi biên độ của sóng mang. Sử dụng một tần số sóng mang duy nhất. Hình 1.1: Nguyên lý điều chế CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU  Hình 1.2: Dạng sóng Biểu thức toán học: Tín hiệu sóng mang: V c (t) = cost (1.1) Tín hiệu tin tức: V d (t) = (1.2) Tín hiệu sau khi qua bộ điều chế ASK: V ASK (t) = V c (t).V d (t) = (1.3) Ta có: 2cosa.cosb = cos (a + b) + cos (a - b) V ASK (t) = (1.4)  Giải điều chế: Có 2 phương pháp: +Kết hợp: mạch phức tạp nhưng có khả năng chống nhiễu tốt. +Không kết hợp: mạch đơn giản thường sử dụng trong mạch tách sóng hình bao.  Ưu điểm và nhược điểm: • Ưu điềm: + Đơn giản: Dùng 2 biên độ khác nhau của sóng mang để biểu diển 0 và 1, sử dụng một tần số sóng mang duy nhất. + Phương pháp này chỉ phù hợp trong truyền dữ liệu tốc độ thấp ( 1200bps trên kênh truyền thoại ) • Nhược điểm: + Dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu. + Không phù hợp đối với các tín hiệu được truyền trong các kênh truyền yêu cầu tốc độ cao. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU   Sơ đồ khối truyền nhận tín hiệu sử dụng điều chế ASK: Hình 1.3: Sơ đồ khối Nguyên lý: +Điều chế: Tín hiệu tin tức trước khi điều chế được đưa qua bộ lọc thông thấp để loại bỏ các nhiễu tần số cao.Sau đó tín hiệu được điều chế biên độ với một sóng mang nhờ một bộ nhân.Tín hiệu sau khi điều chế được cho qua một bộ lọc thông dải để lấy dài thông của của tín hiệu cần truyền đi, tiết kiệm băng thông. +Giải điều chế: Tín hiệu điều chế ASK được đưa qua bộ nhân đề tách lấy tín hiệu cần thu và loại bỏ tín hiệu sóng mang. Sau đó tín hiệu được cho qua bộ lọc thông thấp để loại bỏ toàn bộ thành phần nhiễu ở tần số cao. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU                         !"# $ CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG THU PHÁT TÍN HIỆU  Sơ đồ khối của hệ thống :  Sơ đồ khối phát: Hình 2.1: Sơ đồ khối phát  Sơ đồ khối thu: Hình 2.2: Sơ đồ khối thu  Thiết kế và xây dựng mạch điện: CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG THU PHÁT TÍN HIỆU % &'()* *+, &'(&- .&(/01 234 &'(+(50 &642 &'(+(50 &6 &'( 7&06&+)( *8 &'()*9 :(/0!' % &'((;( +(50&6  &'( 7&06&+)( 08 &'(&0 &'( 7&06&+)( <#8 &'((;( #=42 :* [...]... 7495), để tiến hành dịch dữ liệu nhờ các Switch để đưa ra dạng dữ liệu số mong muốn .Dữ liệu ở đây là dạng số 8bit với các bit có thể thay đổi giá trị là “0” hoặc “1” tùy thuộc vào Switch Khối này được thiết kế gồm có 8 led đơn để mô tả giá trị bit tương ứng với mỗi Switch, led sáng tương ứng với bit có mức logic là “1” và ngược lại Sơ đồ nguyên lý của mạch: Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý khối tạo dữ liệu. .. đổi dữ liệu dẫn đến làm sai khác tín hiệu gốc - Phương pháp thứ 3 là sử dụng IC TP3057/ TP3054 với chức năng đặc thù là thực hiện mã hóa PCM Với tín hiệu đầu vào là tín hiệu cần mã hóa ở dạng analog và dữ liệu đầu ra là tín hiệu đã được mã hóa PCM ở dạng số IC này đặc thù cho việc điều chế dữ liệu sử dụng trong truyền tín hiệu thoại, rất tiện dụng IC TP3057 được sản xuất theo chuẩn của Bắc Mỹ, sử dụng. ..Trang 11 Để đảm bảo việc test mạch được dễ dàng nhóm đã làm từng khối riêng lẻ và sau khi hoàn thành nhóm sẽ ghép chúng trên cùng một board mạch 2.2.1 Khối tạo dữ liệu số: Khối này có chức năng tạo dữ liệu tín hiệu điều chế ở dạng số để dễ dàng cho việc kiểm tra các khối phía sau trước khi thực hiện điều chế tín hiệu thoại để truyền đi Khối sẽ sử dụng nguồn dao động từ bộ dao động bên bộ phát để đưa... chế đơn giản và dễ thực hiện nhất là điều biên Có nhiều cách điều chế biên độ khác nhau như sử dụng transistor, sử dụng IC chuyên dụng Ở đây, để dễ dàng thực hiện và đảm bảo độ ổn định, nhóm nghiên cứu chọn giải pháp sử dụng IC điều chế chuyên dụng là IC1496 Sơ đồ nguyên lý mạch: Hình 2.7: Sơ đồ khối điều chế ASK Mạch bao gồm một bộ khuếch đại vi sai 4 transistor ở trên dựa trên bộ khuếch đại vi sai tiêu... tần để khuếch đại tín hiệu, nhưng ở đây, ta thực hiện truyền nhận gần nên chỉ cần sử dụng một tầng khuếch đại để khuếch đại tín hiệu trước khi đưa đi giải điều chế Sơ đồ nguyên lý mạch: CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG THU PHÁT TÍN HIỆU Trang 20 Hình 2.9: Sơ đồ khối mạch thu 2.2.8 Khối giải điều chế ASK: Việc giải điều chế ở đây sử dụng mạch tách sóng hình bao sử dụng Diode, kết hợp tụ và diode thực hiện lọc bỏ tín... việc điều chế ASK Sơ đồ nguyên lý mạch: Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý khối tạo dao động 2.2.5 Khối điều chế ASK: CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG THU PHÁT TÍN HIỆU Trang 17 Điều chế ASK là nhằm biến đổi biên độ của tín hiệu sóng mang theo dạng của tín hiệu tin tức Điều mà ta mong muốn chính là truyền tín hiệu tin tức đi xa (có dây hoặc không dây) Tuy nhiên với các tín hiệu nằm ở dãy tần số âm thanh (tín hiệu thoại) thì... trong truyền tín hiệu thoại, rất tiện dụng IC TP3057 được sản xuất theo chuẩn của Bắc Mỹ, sử dụng xung clock luồng 2,048Mhz để mã hóa Còn IC TP3054 thì sản xuất theo chuẩn của Tây Âu, sử dụng xung clock luồng 1,544Mhz để mã hóa Nhóm nghiên cứu chọn giải pháp sử dụng IC đặc thù TP3057 để thực hiện mã hóa và giải mã PCM Sơ đồ nguyên lý mạch: CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG THU PHÁT TÍN HIỆU Trang 14 Hình 2.5: Sơ đồ nguyên... ta phải tiến hành khuếch đại công suất phát đi để tìn hiệu phát đi có công suất đủ lớn để truyền đi xa và bên nhận có thể thu và giải điều chế tín hiệu đó Bộ khuếch đại đơn giản là dùng transistor khuếch đại công suất Phải chọn loại đáp ứng tốt tần số cao và công suất đủ lớn Các transistor mắc dạng phân cực, có 2 tầng khuếch đại: một tầng mắc dạng C chung để khuếch đại dòng, một tầng mắc dạng E chung... số 9 là chân cấp xung clock master cho IC hoạt động - Các chân FSX và FSR là chân nhận xung đồng bộ khung cho việc mã hóa và giải mã - Chân VFRO là chân dữ liệu analog ngõ ra khi thực hiện giải mã PCM - Chân DR là chân dữ liệu PCM ngõ vào cần giải mã để khôi phục tín hiệu gốc CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG THU PHÁT TÍN HIỆU Trang 15 - Chân số 7 BCLKR/CLKSEL có chức năng như bảng sau: TABLE Selection of Master Clock... CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG THU PHÁT TÍN HIỆU Trang 22 Hình 2.11: Sơ đồ khối mạch giải mã PCM 2.2.10 Mạch khuếch đại công suất âm tần: Mạch khuếch đại tín hiệu âm tần sử dụng IC TDA2003, khuếch đại công suất của tín hiệu thoại để đưa ra loa Mạch ứng dụng này lấy từ datasheet do nhà sản xuất cung cấp Mạch có thể khuếch đại công suất đến 6W Sơ đồ khối của mạch: CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG THU PHÁT TÍN HIỆU Trang 23 Hình . vấn đề cũ trong viễn thông được nhóm ứng dụng vào việc truyền dữ liệu thoại. Đề tài nghiên cứu Ứng dụng kỹ thuật ASK để truyền dữ liệu thoại . Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước: Hiện. bên bộ phát để đưa vào làm nguồn xung tín hiệu, sau đó tín hiệu sẽ đưa qua các thanh ghi dịch (IC 7495), để tiến hành dịch dữ liệu nhờ các Switch để đưa ra dạng dữ liệu số mong muốn .Dữ liệu ở đây. mã hóa ở dạng analog và dữ liệu đầu ra là tín hiệu đã được mã hóa PCM ở dạng số. IC này đặc thù cho việc điều chế dữ liệu sử dụng trong truyền tín hiệu thoại, rất tiện dụng. IC TP3057 được sản