truyền dữ liệu số qua hệ thống phát thanh fm tương tự sử dụng công nghệ rds

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Họ tên tác giả luận văn Đỗ Anh Đức TRUYềN Dữ LIệU Số QUA Hệ THốNG PHÁT THANH FM TƯƠNG Tự Sử DụNG CÔNG NGHệ RDS LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Nguyễn Xuân Quyền Hà Nội – Năm 2016 Mục lục LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT .5 DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU TÓM TẮT LUẬN VĂN 11 CHƯƠNG 1: THÔNG SỐ VÀ CẤU TRÚC DỮ LIỆU CỦA CÔNG NGHỆ RDS 13 1.1 Giới thiệu chương 13 1.2 Thông số vật lý công nghệ RDS 13 1.3 Cấu trúc liệu công nghệ RDS .20 1.4 Kết luận chương .25 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU MẠCH THU PHÁT FM/RDS SỬ DỤNG CHIP SI4703/SI4713 26 2.1 Giới thiệu chương 26 2.2 Mạch phát FM sử dụng chip Si4713 27 2.2.1 Tổng quan chip Si4713 .27 2.2.2 Các lệnh điều khiển thông số đặc tính chip Si4713 .30 2.2.3 Thuật toán điều khiển phát FM/RDS 35 2.3 Mạch thu FM sử dụng chip Si4703 45 2.3.1 Tổng quan chip Si4703 .45 2.3.2 Chức ghi chip Si4703 .47 2.3.3 Thuật toán điều khiển thu FM/RDS 56 2.4 Kết luận chương .65 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠCH PHÁT, MẠCH THU FM/RDS VÀ KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 66 3.1 Giới thiệu chương 66 3.2 Tổng quan arduino .66 Truyền liệu số qua hệ thống phát FM tương tự sử dụng công nghệ RDS 3.2.1 Giới thiệu Arduino 66 3.2.2 Giới thiệu Arduino IDE ngôn ngữ lập trình cho Arduino 67 3.2.3 Giao tiếp I2C 68 3.3 Mạch phát FM/RDS sử dụng arduino module Si4713 69 3.3.1 Giới thiệu module Si4713 69 3.3.2 Điều khiển module Si4713 Arduino .72 3.4 Mạch thu FM/RDS sử dụng arduino module Si4703 74 3.4.1 Giới thiệu module Si4703 74 3.4.2 Điều khiển module Si4703 Arduino .76 3.5 Kết đánh giá 79 3.5.1 Kết mạch phát FM/RDS sử dụng module Si4713 79 3.5.2 Kết mạch thu FM/RDS sử dụng module Si4703 80 3.5.3 Đánh giá kết 82 KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN .83 TÀI LIỆU THAM KHẢO .84 Truyền liệu số qua hệ thống phát FM tương tự sử dụng công nghệ RDS LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan toàn nội dung trình bày luận văn kết tìm kiếm nghiên cứu riêng hỗ trợ bảo người hướng dẫn Các kết liệu nêu luận văn hoàn toàn trung thực rõ ràng Mọi thông tin trích dẫn tuân theo luật sở hữu trí tuệ, liệt kê rõ ràng tài liệu tham khảo Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm với nội dung viết luận văn Hà Nội, ngày 14 tháng 09 năm 2016 Tác giả luận văn Đỗ Anh Đức Truyền liệu số qua hệ thống phát FM tương tự sử dụng công nghệ RDS DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT FM Frequency Modulation (điều chế tần số) RDS Radio Data System (hệ thống liệu radio) RBDS Radio Broadcast Data System (hệ thống liệu phát radio) PS Programme Service (tên dịch vụ chương trình) PI Programne Identification code (mã nhận dạng chương trình) DI Decoder Identification code (mã nhận dạng chức năng) PTY Programme Type Code (mã kiểu chương trình) TP Traffic Program Identification code (mã nhận dạng chương trình giao thông) TA Traffic Anouncement code (mã thông báo trạm) M/S Music-Speech switch code (mã chuyển âm nhạc/ tiếng nói) CRC Cyclic redundancy check (mã kiểm tra lỗi) EBU European Broadcasting Union (hiệp hội liên minh phát Châu Âu) BPSK Binary Phase Shift Keying (điều chế pha nhị phân) PLL Phased-locked loop (vòng khóa pha) MSB Most significant bit (bit có trọng số lớn nhất) VCO Voltage controlled oscillator (bộ tạo dao động điều khiển điện áp) LDO Low DropOut (mạch ổn áp tuyến tính điện áp rơi thấp) AFC Automatic Frequency Control (tự động điều chỉnh tần số sóng mang) DSP Digital signal processor (bộ xử lý tín hiệu âm tích hợp nhiều tính năng) ADC Analog to digital converter (bộ chuyển đổi tương tự số) DAC Digital to Analog converter (bộ chuyển đổi số tương tự) FIFO First in, first out (vào trước, trước) PGA Programmable Gain Amplifier (bộ khuyếch đại lập trình được) RSSI Recieved Signal Strength Indicator (chỉ số cường độ tín hiệu thu) LNA Low noise amplifier (khối khuếch đại nhiễu thấp) Truyền liệu số qua hệ thống phát FM tương tự sử dụng công nghệ RDS DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Mã hóa vi sai 15 Bảng 1.2: Giải mã vi sai 16 Bảng 1.3: Giá trị offset checkword 22 Bảng 1.4: Các bit mã DI 24 Bảng 2.1: Mô tả chân kết nối chip Si4713 .28 Bảng 2.2: Các lệnh điều khiển chip Si4713 31 Bảng 2.3: Các thông số đặc tính 32 Bảng 2.4: Dữ liệu phản hồi 34 Bảng 2.5: Ý nghĩa bit liệu phản hồi .34 Bảng 2.6: Thiết lập cờ RDS 41 Bảng 2.7: Mô tả chức chân chip Si4703 .46 Bảng 2.8: Các ghi chip Si4703 48 Truyền liệu số qua hệ thống phát FM tương tự sử dụng công nghệ RDS DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Phổ tần số FM 13 Hình 1.2: Sơ đồ khối mã hóa RDS 14 Hình 1.3: Sơ đồ khối giải mã RDS 14 Hình 1.4: Đáp ứng biên độ lọc lập khuôn liệu máy phát máy thu 17 Hình 1.5: Đáp ứng biên độ sau kết hợp lọc lập khuôn liệu máy phát máy thu 18 Hình 1.6: Tín hiệu liệu radio mã hóa song pha (bi-phase) 18 Hình 1.7: Tín hiệu song pha (bi-phase) theo thời gian 19 Hình 1.8: Tín hiệu liệu radio 57 KHz .19 Hình 1.9: Cấu trúc liệu RDS 20 Hình 1.10: Định dạng liệu địa 21 Hình 1.11: Cấu trúc group type 0A 23 Hình 1.12: Cấu trúc group type 0B 24 Hình 2.1: Chip Si4713 .27 Hình 2.2: Sơ đồ chân chip Si4713 .28 Hình 2.3: Sơ đồ khối chip Si4713 30 Hình 2.4: Giá trị REFCLK đầu chia tần .36 Hình 2.5: Lưu đồ thuật toán trình khởi động .37 Hình 2.6: Lưu đồ thuật toán thiết lập kênh truyền .39 Hình 2.7: Lưu đồ thuật toán gửi tin RDS 44 Hình 2.8: Chip Si4703 .45 Hình 2.9: Sơ đồ chân chip Si4703 .45 Hình 2.10: Sơ đồ khối chip Si4703 47 Hình 2.11: Quá trình khởi động 56 Hình 2.12: Lưu đồ thời gian trình khởi động 57 Hình 2.13: Lưu đồ thời gian trình thiết lập kênh 58 Hình 2.14: Lưu đồ thuật toán trình thiết lập kênh 60 Hình 2.15: Lưu đồ thời gian trình chuyển kênh 61 Truyền liệu số qua hệ thống phát FM tương tự sử dụng công nghệ RDS Hình 2.16: Lưu đồ thuật toán trình chuyển kênh 62 Hình 2.17: Lưu đồ thời gian đọc liệu RDS .63 Hình 2.18: Lưu đồ thuật toán đọc liệu RDS 64 Hình 3.1: Mạch Arduino Uno 66 Hình 3.2: Giao diện phần mềm Arduino IDE 68 Hình 3.3: Giao tiếp I2C 68 Hình 3.4: Module Si4713 70 Hình 3.5: Mạch nguyên lý module Si4713 71 Hình 3.6: Kết nối mạch Arduino với module Si4713 72 Hình 3.7: Module Si4703 74 Hình 3.8: Mạch nguyên lý module Si4703 75 Hình 3.9: Kết nối mạch arduino với LCD16x2 module Si4703 .76 Hình 3.10: Kết nối mạch phát FM/RDS với máy tính 79 Hình 3.11: Giao diện điều khiển mạch phát sóng FM/RDS 79 Hình 3.12: Giao diện gửi tin RDS 80 Hình 3.13: Mạch thu FM/RDS khởi động .80 Hình 3.14: Mạch nguyên lý module Si4713 81 Hình 3.15: Bản tin RDS thu “Hello” 81 Hình 3.16: Bản tin RDS thu “123456” .81 Hình 3.17: Bản tin RDS thu “Good day” .82 Truyền liệu số qua hệ thống phát FM tương tự sử dụng công nghệ RDS MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Công nghệ truyền liệu số qua hệ thống phát FM tương tự (RDS) thiết kế để truyền gói liệu kích thước nhỏ kênh truyền FM tần số từ 87.5 MHz tới 108 MHz Chức RDS cung cấp thêm thông tin hữu ích cho máy thu loại chương trình, tên chương trình, cảnh báo giao thông Hiện Việt Nam đài phát chưa triển khai dịch vụ giá trị gia tăng dựa công nghệ RDS, tiềm ứng dụng cho lĩnh vực quảng bá thông tin, điều khiển thiết bị từ xa thông qua liệu gửi qua RDS lớn Do tác giả định chọn đề tài nghiên cứu “Truyền liệu số qua hệ thống phát FM tương tự sử dụng công nghệ RDS (Radio Data System)” nhằm mục đích nghiên cứu thiết kế thiết bị thu phát FM/RDS để hiển thị tin đến người dùng máy thu Lịch sử nghiên cứu Hệ thống truyền liệu số RDS qua sóng FM nghiên cứu từ thập niên 70 hiệp hội liên minh phát châu âu (EBU) đưa tiêu chuẩn vào năm 1984 Đến năm 1992 Bắc Mỹ đưa tiêu chuẩn RDS riêng gọi RBDS Năm 2000, RDS công nhận tổ chức IEC (International Electrotechnical Commission) Tháng năm 2015, RDS-Forum (Geneva / CH) đưa chuẩn RDS2 sử dụng chung toàn giới Mục đích nghiên cứu luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu Mục đích nghiên cứu luận văn tìm hiểu công nghệ RDS, thiết kế mạch thu phát FM/RDS dựa module Si4703/Si4713 cho phép truyền liệu dạng kí tự hiển thị lên hình LCD Đối tượng nghiên cứu bao gồm: công nghệ RDS, cấu trúc chip Si4703/Si4713, thuật toán điều khiển thu phát sóng FM/RDS với chip Si4703/Si4713 Truyền liệu số qua hệ thống phát FM tương tự sử dụng công nghệ RDS Phạm vi nghiên cứu bao gồm: thông số công nghệ RDS, cấu trúc liệu công nghệ RDS, thuật toán điều khiển thu phát sóng FM/RDS, thiết kế phần cứng với mạch Arduino module Si4703/Si4713 Tóm tắt cô đọng luận điểm đóng góp tác giả Trong phạm vi luận văn đưa thông số công nghệ RDS, cấu trúc liệu công nghệ RDS, chức năng, cách hoạt động chip thu phát FM/RDS Si4703/Si4713 cách triển khai hệ thống thực tế Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu thông qua nguồn tư liệu xuất bản, báo đăng tạp chí khoa học, datasheet linh kiện, diễn đàn thảo luận liên quan đến nội dung cần nghiên cứu Nghiên cứu kết hợp phân tích tính toán lý thuyết, mô chế tạo thực nghiệm để kiểm chứng 10 ... 12 Truyền liệu số qua hệ thống phát FM tương tự sử dụng công nghệ RDS CHƯƠNG 1: THÔNG SỐ VÀ CẤU TRÚC DỮ LIỆU CỦA CÔNG NGHỆ RDS 1.1 Giới thiệu chương Công nghệ truyền liệu số qua sóng FM (RDS) ... thu phát sóng FM/ RDS với chip Si4703/Si4713 Truyền liệu số qua hệ thống phát FM tương tự sử dụng công nghệ RDS Phạm vi nghiên cứu bao gồm: thông số công nghệ RDS, cấu trúc liệu công nghệ RDS, ... hiểu phần cứng liên quan đến hệ thống truyền liệu số RDS qua sóng phát FM, tác giả chọn nghiên cứu để tài: Truyền liệu số qua hệ thống phát FM tương tự sử dụng công nghệ RDS Nội dung luận văn