Курсовая работа: Разработка цифрового фильтра

Курсовая работа: Разработка цифрового фильтра

Министерство образования и науки РФ

РГРТА

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту по дисциплине:

«ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА И МИКРОПРОЦЕССОРЫ»

Студент Агарков Д.Н.

Группа 215 Специальность 2015

2005

Содержание

Ведение

1.  Формализация задачи

2.  Разработка общего алгоритма функционирования устройства

3.  Обоснование аппаратной части устройства

5. Разработка и отладка рабочей программы на языке команд микропроцессора

6. Составление и описание электрической принципиальной схемы устройства

7. Расчет быстродействия устройства

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

Заключение

Список использованных источников

Введение

В наши дни, развитие цифровых устройств происходит гигантскими шагами. Очевидно и преимущество применения цифровой обработки сигнала наряду с аналоговым: улучшается помехозащищенность канала связи, бесконечные возможности кодирования информации. Применение микропроцессоров в радиотехнических системах существенно улучшает их массогабаритные, технические и экономические показатели, открывает широкие возможности реализации сложных алгоритмов цифровой обработки сигналов.

Микропроцессоры находят применение при решении широкого круга радиотехнических задач, таких как построение радиотехнических измерителей координат, сглаживающих и экстраполирующих фильтров, устройств вторичной обработки сигналов, специализированных вычислительных устройств бортовых навигационных комплексов, устройств кодирования и декодирования сигналов, весовой обработки пачечных сигналов в радиолокации и в других устройствах. В данном курсовом проекте микропроцессор используется для построения цифрового фильтра.

Цифровой фильтр обладает рядом существенных преимуществ. Сюда относятся, например, высокая стабильность параметров, возможность получать самые разнообразные формы АЧХ и ФЧХ. Цифровые фильтры не требуют настройки и легко реализуются на ЭВМ программными методами.

В данном курсовом проекте фильтр должен быть выполнен на основе набора К1821 при использовании ЦАП К572ПА1. Набор К1821 состоит из микросхем: К1821ВМ85 - микропроцессор, КР1821РФ55 – ПЗУ (емкость – 2 Кб; два 8-разрядных порта ввода-вывода), КР1821РУ55 – ОЗУ (емкость –256 байт; два 8-разрядных и один 6-разрядный порты ввода-вывода, встроенный счетчик-таймер).

Входной сигнал цифровой, выходной аналоговый, преобразование из цифрового сигнала в аналоговый сигнал осуществляется при помощи ЦАП на микросхеме К572ПА1.

После прихода сигнала с периферийного устройства (ПУ) на порт ввода в дополнительном цифровом коде на ПУ выдаётся сигнал квитирования. Частота дискретизации FД = 5.5 кГц, разрядность входного сигнала 8. Обработка должна происходить в реальном масштабе времени.

Проектируемое устройство и его базовая конфигурация должны содержать минимальные аппаратные и программные средства, достаточные для выполнения поставленной выше задачи обработки.

1. Формализация задачи

Минимальная конфигурация МП-системы на основе набора К1821 (К1821ВМ85, КР1821РФ55,КР1821РУ55 ), совместно с ЦАП К572ПА1 и вспомогательными элементами определяет функциональную схему полосового фильтра, которая представлена на рис.1.

МП - система ЦАП

(ВМ 85, РФ 55, РУ 55) 572ПА1

Rос

Uвх

Uвых

Uоп

Рис.1. Функциональная схема проектируемого фильтра

Входное напряжение в виде кода поступает в порт PA БИС РУ55. Частота дискретизации =5.5 кГц формируется аппаратным таймером РУ55, в котором частота переполнения  в режиме 3, равна . При использовании в качестве входных импульсов таймера тактовых импульсов CLK МП - системы (=3 МГц) исходное состояние таймера равно:

NТАЙМЕРА = FCLK МП/FД = 545(10) = 00 0010 0010 0001 (2)

При дополнении 14-разрядного двоичного кода NТАЙМЕРА двумя битами 1 1, задающими третий режим работы таймера, получаем байты :

Nст=11000010(2)=С2h

Nмл=00100001(2)=21h

Байты  и  загружаются при инициализации системы (фильтра).

Необходимость хранения данных вытекает из вида разностного уравнения. Уравнение использует входную выборку отсчетов (xn, xn-1, xn-2) и выходную выборку (yn, yn-2 ). Все выборки должны быть доступны для вычислений, а следовательно, должны храниться в памяти МП - системы. Требуется также вычислить три текущих произведения (p1n=0.091xn-1 ; p2n=0.13xn-2 ;

p3n=0.98yn-2) и сохранить их в памяти. Следовательно, 8 ячеек ОЗУ (РУ55) при составлении программы необходимо определить для хранения данных в текущем цикле обработки входного сигнала. После вычисления выходного  и записи в ОЗУ, перед приемом нового входного отсчета, необходимо сдвинуть отсчеты всех выборок в памяти, (n-1) - й отсчет на место (n-2)-ого, а n -й на место (n-1)-ого. В результате вычисления разностного уравнения, можно получить результат, выходящий за пределы (-1,+1). Для исключения переполнения разрядной сетки, введем масштабирование входных отсчетов, путем умножения на коэффициент масштабирования < 1, при котором вычисление разностного уравнения никогда не дает недопустимого результата. Коэффициент  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.

yn max=1+0.091+0.13+0.98=2.201

KM=1àyn max=0.454

Реальные значения коэффициентов разностного уравнения и коэффициента  отличаются от заданных, вследствие ограничения длины разрядной сетки, по этой причине форма и параметры реальных частотных характеристик фильтра (АЧХ, ФЧХ) отличаются от расчетных. Могут также нарушаться условия устойчивости фильтра.

a=0.091(10) ≈ 0.0001011(2)=0.086(10)

b=0.130(10) ≈ 0.0010000(2)=0.125(10)

c=0.980(10) ≈ 0.1111100(2)=0.977(10)

KM=0.454(10) ≈ 0.0111010(2)=0.453(10)

Алгоритм умножения на коэффициент (на константу без знака) целесообразно реализовать программным способом на основе алгоритма умножения вручную: арифметические сдвиги множимого вправо, соответствующие позициям единиц множителя, и накопление суммы частичных произведений. Разряды множимого, выходящие в результате сдвига за границу разрядной сетки, теряются.

Согласование кода МП и кода ЦАП необходимо, так как по заданию входной код – дополнительный, Вычисленный отсчет , перед выводом на ЦАП суммируется с константой 10000000(2). Вывод данных на ЦАП целесообразно осуществлять через порт PA (РФ55), этот порт имеет выходной буферный регистр, в котором отсчет  хранится в течение всего интервала дискретизации.

Страницы: 1, 2, 3, 4