Курсовая работа: Проектирование цифрового фильтра верхних частот

SUBM ;x_n - x_{n - 2} ®A

LXIH, 5004h ;загрузка адреса p _{2 n}

SUB M ; x _n - x _{n - 2} - p _2n ® A

STA05h ;запоминание y_n в памяти

ADIh ;получение смещенного входного

;кода ЦАП

STA00h ;вывод кода на ЦАП через порт РА (РФ55)

;программный модуль сдвига отсчетов памяти

LHLD00h ;

SHLD01h ;

LHLD05h ;

SHLD06h ;

RET ;возврат из подпрограммы обслуживания прерывания

6. Оценка быстродействия устройства

Быстродействие фильтра в рабочем режиме оценим как время, необходимое для обработки каждого прерывания процессора. Рабочая программа фильтра линейная (не содержит разветвлений), поэтому общее число машинных тактов, требуемых для выполнения программы, получим как сумму машинных тактов всех последовательно выполняемых команд, составляющих рабочий цикл процессора. Сумма машинных тактов для рабочего цикла приведенной выше программы равна 531. Из этого следует вывод, что процессор не успеет выполнить подпрограмму обслуживания прерывания за интервал дискретизации T_Д . При частоте F_{CLK МП} = 1,5 МГц F_Д = 4.3 кГц (349 машинных тактов процессора). Поэтому тактовая частота процессора должна быть увеличена. Примем F_{CLK МП} = 3 МГц, что для заданной БИС МП допустимо, но при этом следует вернуться к вопросам формирования тактовых импульсов для АЦП и входных импульсов таймера.

Повышение тактовой частоты МП может быть также необходимым, если ставить задачу увеличения динамического диапазона представления данных для входного сигнала. При однобайтной обработке данных вследствие масштабирования шумы квантования увеличиваются в k_М раз. Их уменьшения можно добиться переходом к двухбайтному представлению данных при хранении и обработке, что приведет, естественно, к увеличению длины программы и числа машинных тактов для ее реализации.

Уточнение аппаратной части фильтра

Принятые ранее решения по аппаратной части и программе изменятся в минимальной степени, если при F_{CLK МП} = 3 МГц тактовые импульсы для АЦП и таймера с частотой F_{CLK АЦП} = F_{CLK Т} = 1,5 МГц получить путем деления в два раза в счетном триггере. Для этого можно применить ИС КМОП К564ТВ1 (сдвоенный JK-триггер с динамическим тактовым входом и асинхронными RS-входами).

7. Расчёт АЧХ фильтра

Разностное уравнение проектируемого фильтра в общем виде можно представить следующим образом:

y_n = b ₂₀ X _n + b ₂₁ X _{n – 1} + b ₂₂ X _{n – 2} – a ₂₁ y _{n – 1} – a ₂₂ y _{n – 2} .

Коэффициенты b_{1 i} , a_{1 i} , b_{2 i} , a_{2 i} определяют характеристики фильтра. При значениях коэффициентов фильтр имеет АЧХ фильтра верхних частот

b ₂₀ = 1;b ₂₁ = 0;b ₂₂ = 1.1; a ₂₁ = 0.999;a ₂₂ = 0.000

Разностное уравнение задает во временной области порядок получения выходной последовательности отсчетов из входной. В z-плоскости свойства цифрового фильтра описывает передаточная функция H(z), которая при двухкаскадной структуре и для приведенного выше разностного уравнения имеет вид:

При z = e^{j w T} = e^{j 2 p fT} , где Т = Т_Д , сигнал на входе фильтра – синусоида с частотой fи с единичной амплитудой, а функция H(e^{j 2 p fT} ) равна частотной характеристике фильтра, из которой можно получить АЧХ и ФЧХ.

Значения коэффициентов разностного уравнения определяют форму и параметры частотных характеристик, поэтому для выявления влияния их приближенного представления следует рассчитать АЧХ при заданных (точных) и реальных (приближенных) значениях коэффициентов:

A_T (f) = ôH_Т (e ^{j2 p fT} )ô ? A_Р (f) = ôH_Р (e ^{j2 p fT} )ô.

Заключение

В данной курсовой работе была построена схема цифрового устройства и разработана программа, обеспечивающая работу данного устройства как цифрового фильтра верхних частот. Устройство имеет высокое быстродействие и в полной мере удовлетворяет требованиям технического задания. Цифровые фильтры имеют свои преимущества и недостатки перед аналоговыми.