Курсовая работа: Проектирование цифрового режекторного фильтра

1. Постановка задачи (введение)

2. Формализация задачи

3. Разработка и описание общего алгоритма функционирования устройства

4. Обоснование аппаратной части устройства

5. Разработка и отладка программы на языке команд микропроцессора

6. Составление и описание электрической принципиальной схемы устройства

7. Расчёт быстродействия устройства

8. Расчёт АЧХ и ФЧХ устройства для заданных и реальных значений коэффициентов. Оценка устойчивости устройства

9. Заключение

10. Список использованных источников

1. Постановка задачи (введение):

В электронных системах одинаково широко используется обработка информации, представленной в аналоговой и цифровой формах. Это обусловлено тем, что первичная информация о различных физических величинах и процессах носит, как правило, аналоговый характер. Обработку же этой информации удобнее вести в цифровой форме в силу ниже описываемых достоинств цифровых устройств:

1. В цифровых устройствах импульсная и средняя мощности связаны соотношением , где - скважность импульса, - период следования импульсов, - длительность импульсов. Как видно при большой скважности можно получить существенное превышение мощности в импульсе над средним её значением. Этим обусловлены лучшие массогабаритные показатели цифровых устройств по сравнению с аналоговыми.

2. В цифровых устройствах усилительные приборы ( транзисторы ) используются в режиме ключа ( включено/выключено ), при котором мощность рассеиваемая в них минимальна, что приводит к увеличению КПД.

3. Свойства цифровых устройств в меньшей степени зависят от нестабильности параметров используемых элементов. Это объясняется меньшим тепловыделением, т.к. транзисторы работают в режиме ключа.

4. У цифровых устройств выше помехоустойчивость, чем у аналоговых электронных устройств. Это связано с тем, что при передаче импульсов сокращается время, в течении которого помеха может оказывать воздействие на передаваемый сигнал.

5. В цифровых устройствах используются однотипные элементы в каналах обработки, передачи и хранения информации. В связи с этим обстоятельством облегчается изготовление таких устройств средствами микроэлектроники, что в свою очередь обеспечивает надёжность, меньшие габариты, меньшую стоимость и т.п., по сравнению с аналоговыми электронными устройствами. Кроме того, цифровые устройства открывают большие возможности по реализации сложных алгоритмов математической обработки сигнала, что в аналоговых устройствах не всегда возможно.

Когда возникает потребность в цифровой обработке информации, возникает проблема преобразования аналогового сигнала в цифровой и обратно, цифрового в аналоговый. Эту задачу решают специальные устройства, которые носят название АЦП( аналого-цифровой преобразователь ) и ЦАП( цифро-аналоговый преобразователь). После того как сигнал представлен в цифровой форме, он подвергается обработке, в соответствии с некоторым алгоритмом, в программно управляемом устройстве - Микропроцессоре ( МП ).

Таким образом, использование микропроцессорных систем позволяет строить множество радиоэлектронных устройств, самой различной специализации, таких как: различные фильтры, навигационные устройства, измерительные устройства, устройства кодирования и декодирования, вычислительные системы и т.п.

В данном курсовом проекте построен цифровой режекторный фильтр, на основе набора К1821.

2.Анализ и формализация задачи

Согласно заданию на курсовой проект входные данные поступают на МП с периферийного устройства в виде дополнительного двоичного кода. В состав проектируемого цифрового фильтра входят МП-система, на основе набора К1821(К1821ВМ85, К1821РФ55, К1821РУ55), и ЦАП К572ПА1, которые вместе техническими требованиями по обеспечению их работы определяют функциональную схему фильтра приведенную на рис. 2.

Частота дискретизации F_Д = 4,25 кГц формируется аппаратным таймером РУ55, в котором частота переполнения F_П в режиме 3 равна F_Д . При использовании в качестве входных импульсов таймера тактовых импульсов CLK МП-системы (F_{CLK МП} = 1,5 МГц) исходное состояние таймера равно N_{ТАЙМЕРА} = F_{CLK МП} /F_Д = 353₍₁₀₎ = 00 0001 0110 0001 _{(2) .} При дополнении 14-разрядного двоичного кода N_{ТАЙМЕРА} двумя битами 11, задающими режим 3, получаем байты N_СТ = 1100 0001₍₂₎ = C1₍₁₆₎ , N_МЛ =0110 0001₍₂₎ = 61₍₁₆₎ , которые загружаются в таймер при инициализации фильтра.

Форма представления чисел (числовых значений отсчетов входного сигнала) – правильная дробь с фиксированной запятой: старший разряд – знаковый, запятая, остальные двоичные разряды – числовые. Таким образом, числовые значения входного сигнала изменяются в диапазоне от – 1 до + 1.

Ввод данных в МП целесообразно осуществлять по сигналу готовности АЦП, используя для этого прерывание МП оповещающим сигналом /BUSY. Согласно заданию на курсовой проект выбирается программноепрерывание- RST 7. Для ввода данных определим порт РВ (РУ55) в режиме простого ввода без квитирования.

Необходимость хранения данных вытекает из вида заданного разностного уравнения. Уравнение использует входную выборку отсчетов (x_n ,x_{n -2} ) и выходную (y_n , y_{n -2} ). Все выборки должны быть доступны для вычислений, следовательно, должны храниться в памяти МП-системы. Требуется также вычислять три текущих произведения: p_{1 n} = 0,117 x_{n -2} ; p_{2 n} = 1 x_{n -2} ; p_{3 n} = 0,0144 y_{n -2} , которые также должны храниться в памяти. Следовательно, 12 ячеек ОЗУ (РУ55) при составлении программы необходимо определить для хранения данных в текущем цикле обработки входного сигнала (в текущем интервале дискретизации). После вычисления выходного отсчета y_n , и записи его в ОЗУ, перед приемом нового входного отсчета необходимо сдвинуть отсчеты всех выборок в памяти: n-1-й отсчет на место n-2-го, n-й отсчет на место n-1-го. Это требуется для подготовки следующего цикла вычислений.

Переполнение разрядной сетки имеет место, если при вычислении разностного уравнения получен числовой результат, выходящий за пределы - 1, + 1 при принятом 8-разрядном формате представления данных. Для исключения переполнения разрядной сетки введем масштабирование (ослабление) входных отсчетов путем их умножения на коэффициент масштабирования k_М < 1, при котором вычисление разностного уравнения никогда не дает недопустимого результата.

Коэффициент k_М получим, предположив, что отсчеты в разностном уравнении принимают максимальные значения (- 1, + 1) и такие знаки, при которых слагаемые разностного уравнения складываются по модулю, то есть складываются по модулю коэффициенты.

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--