Министерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования «Белорусский государственный университет
информатики и радиоэлектроники
Факультет телекоммуникаций
Кафедра систем телекоммуникаций
Дисциплина: Прикладное программирование
Пояснительная записка
к курсовой работе
на тему
Проектирование устройств фильтрации
БГУИР КР 1-45 01 01 ххх ПЗ
Студент: гр. 860801 Хочченкко О.В.
Руководитель: старший
преподаватель Беленкевич Н.И.
Минск 2010
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 ОБЗОР ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ ПЛИС
1.1САПР ORCAD
1.2САПР FOUNDATION
1.3САПР SyNPLICITy
2 МЕТОДЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ УСТРОЙСТВ ФИЛЬТРАЦИИ ПО РАБОЧИМ ПАРАМЕТРАМ
3 ВИДЫ АППРОКСИМАЦИИ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК: АППРОКСИМАЦИЯ ЧЕБЫШЕВА (ПРЯМАЯ И ИНВЕРСНАЯ)
3.1 АППРОКСИМАЦИЯ ПО ЧЕБЫШЕВУ ПРЯМАЯ (ПЕРВОГО РОДА)
3.2 АППРОКСИМАЦИЯ ЧЕБЫШЕВА ИНВЕРСНАЯ (ВТОРОГО РОДА)...19
4 ВЫВОД ПЕРЕДАТОЧНОЙ ФУНКЦИИ ФИЛЬТРА ПО СТРУКТУРЕ РАУХА
5 МОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЛЬТРА НА ФУНКЦИОНАЛЬНОМ УРОВНЕ В СИСТЕМЕ MATHCAD В ЧАСТОТНОЙ И ВРЕМЕННОЙ ОБЛАСТЯХ (РАСЧЕТ АЧХ, ФЧХ, ХРЗ, ХГВЗ, ИХ, ПХ В НОРМИРОВАННОМ И ДЕНОРМИРОВАННОМ ВИДАХ
6 РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ ФИЛЬТРА, РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ
7 МОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЛЬТРА НА СХЕМАТЕХНИЧЕСКОМ УРОВНЕ В СИСТЕМЕ ELECTRONICWORKBENCH В ЧАСТОТНОЙ И ВРЕМЕННОЙ ОБЛАСТЯХ (ИЗМЕРЕНИЕ АЧХ, ФЧХ, ЧРЗ, ИХ, ПХ)
8 ИЗМЕРЕНИЕ АЧХ ФИЛЬТРА В СИСТЕМЕ ELECTRONICWORKBENCHС ПОМОЩЬЮ ЛЧМ СИГНАЛА
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ВВЕДЕНИЕ
Цепи фильтрации сигналов – важная и неотъемлемая часть многих систем связи и электрических контрольно-измерительных устройств. Они служат для формирования частотных каналов в системах коммутации, разделения и преобразования электрических сигналов. С помощью машинных программ можно рассчитывать схему любых фильтров, отвечающих заданным техническим требованиям, используя хорошо разработанные методы синтеза.
Электрический фильтр – устройство, пропускающее электрические колебания одних частот и задерживающее колебания других часто. В более узком смысле фильтры – это основные электронные компоненты многих систем связи, таких, как телефония, телевидение, радиовещание, радио- и звуколокация. Фактически электрические фильтры так распространены в современной технике, что невозможно представить любой электронный прибор средней сложности, в котором бы не использовался фильтр в том или ином виде.
Данная курсовая работа будет направлена на проектирование устройства фильтрации, освоение методики расчета его элементов, построение характеристик. Анализ характеристик во временной и частотной областях позволит сделать некоторые выводы о правильности расчёта фильтра на определённых этапах.
В данной курсовой работе будут использованы два вспомогательных программных продукта – это MathCAD как программа построения различных характеристик и численного расчёта выражений, а также Electronic Workbench как оболочка построения принципиальной схемы фильтра и получения тех же характеристик.
1. ОБЗОР ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ ПЛИС
Программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС) являются ИС высокого уровня интеграции для разработки на их базе специализированных устройств. ПЛИС соединяют достоинства массового заводского производства ИС с возможностью гибкого подбора структуры ИС для малосерийных специализированных устройств. На базе ПЛИС могут быть изготовлены логические блоки и системы, преобразователи кодов, периферийные контроллеры, микропрограммные устройства управления, конечные автоматы, умножители, небольшие процессоры, в том числе для быстрого преобразования Фурье. Проектирование устройства на ПЛИС заключается в составлении схемы соединений входящих в ее состав логических элементов и последующем программировании матрицы специальным программатором, которое может быть выполнено самим пользователем. Основное преимущество ПЛИС перед другими специализированными схемами — малое время изготовления требуемых заказных вариантов схем. Исчезает необходимость обращаться к изготовителям ИМС для нанесения металлической маски и установки кристалла в корпус. Время получения нужной ИС из стандартной ПЛИС измеряется секундами и минутами. Широкое распространение ПЛИС стало возможным благодаря наличию множества автоматизированных систем проектирования (САПР). Разными производителями для решения собственных задач было разработано множество САПР. На сегодня наибольшее распространение получили несколько мощных САПР для ПЛИС, к которым следует отнести OrCAD, Protel, MAX+PLUSII, Foundation, Active-CAD, Synplicity.[1]
1.1САПР ORCAD
Система OrCADявляется системой моделирования и сквозного проектирования аналого-цифровых электронных устройств. Продукты серии OrCAD принадлежат компании CadenceDesignSystems. Название OrCADпроизведено от слов Oregon и CAD. Последняя версия OrCAD 16.2 обладает возможностями по созданию и поддержке баз данных доступных интегральных схем и работает в ОС Windows9x, WindowsNT4.0, Windows2000, WindowsXP, Windows2003, WindowsVista. Базы данных могут быть обновлены путем скачивания пакетов производителей компонентов, таких как TexasInstruments. В России пока наиболее хождение имеет версия 9.2, вышедшая в октябре 2000 года . В составе пакета следующие модули:
- Capture — редактор принципиальных схем;
- Capture CIS Option — менеджербиблиотек Active Parts;
- PSpiceAnalogDidital — пакет аналого-цифрового моделирования;
- PSpice Аdvanced Аnalysis — пакет параметрической оптимизации;
- PSpiceSLPSoption — интерфейс связи с пакетом Matlab;
- PCBDesigner — редактор топологий печатных плат;
- SPECCTRAforOrCAD — программа автоматической и интерактивной трассировки;
- SignalExplorer — модуль анализа целостности сигналов и перекрестных искажений.
Линейка программ OrCAD реализует все этапы проектирования ПП:
- схемный ввод;
- размещение компонентов;
- трассировка;
- вывод изделия в производство.
Следует отметить, что в состав OrCAD9.2 не входит модуль моделирования цифровых устройств и синтеза ПЛИС OrCADExpress. Для этих целей фирма Cadenceпредлагает специализированный пакет программ FPGAStudia.
Опция для моделирования поведения печатной платы позволяет выполнять тестирование изделия без выпуска физического прототипа. Выпуск документации автоматизирован, при внесении изменений в любую часть проекта, они автоматизировано отражаются в документации. Технология проектирования Cadenceобеспечивает целостность и синхронизацию этапов проекта от схемного ввода до запуска в производство, а также средства ведения корпоративной базы данных компонентов CIS.[1]
1.2 САПР FOUNDATION
Для работы с устройствами FPGA, в том числе и с семейством Virtex, фирмой Xilinxв кооперации с Aldecи Synopsysразработан мощный и современный пакет Foundation, последняя версия которого (ISE4.1) обеспечивает ряд новых функций, позволяющих использовать ПЛИС в качестве основной элементной базы для построения “систем на кристалле” (system-on-chip, SOC). Компоненты SOCразрабатываются отдельно и хранятся в виде файлов параметризируемых модулей. Окончательная структура SOC-микросхемы выполняется на базе этих “виртуальных компонентов”, называемых также “блоками интеллектуальной собственности”, с помощью САПР. Благодаря стандартизации, в одно целое можно объединять “виртуальные компоненты” от разных разработчиков. Для поддержки работы над кристаллами, емкость которых составляет 2 000 000 эквивалентных вентилей, необходимо обеспечить возможность коллективной работы над проектом. Foundation обеспечивает поддержку коллектива разработчиков как в локальной сети, так и с использованием ресурсов Internet. Данная технология разработки получила наименование InternetTeamDesign(Itd).
Основу системы составляет оболочка FoundationProjectManager, разработанная фирмой Aldec. Использование ProjectManagerпозволяет обеспечить удобное задание всех параметров проекта, а также быстрое управление вводом описания проекта, его компиляции, временного и функционального моделирования, верификации и программирование ПЛИС (рис. 6). Пакет Foundation выпускается в различных по конфигурации модификациях, в максимальном варианте доступны следующие модули:
- FPGAExpressSynthesis — осуществляет синтез проекта с использованием языков описания аппарат уры высокого уровня (VHDL и Verilogsynthesis). Данный модуль разработан компанией Synopsys. Данный компилятор поддерживает синтез устройств с заданными временными пара-
- метрами.
- SchematicEditor — схематический редактор, имеющий развитые библиотеки. В версии 2.1 применяется редактор схем Vista, входящий составной частью в FPGAExpress. Модуль ввода проекта на языке описания аппаратуры.
- ABEL — обеспечивается поддержка ввода описания алгоритма и синтез с использованием данного языка, который предназначен для описания проектов, выполняемых на ПЛИС Xilinx и некоторых других производителей.
- StateEditor — обеспечивается ввод описания цифрового автомата с помощью его графа переходов. Данный способ описания проекта позволяет весьма просто и наглядно задать поведение автомата и весьма удобен при разработке различных устройств управления. В дальнейшем возможно сделать для созданного автомата символ и использовать его в редакторе схем.
- HDLEditor — специализированный редактор, имеющий удобные средства контроля синтаксиса, шаблоны типовых конструкций и удобную связь с компиляторами. В качестве средства работы с проектом на базе HDL используется LanguageAssistant, состоящий из трех основных модулей LanguageTemplates, SynthesisTemplates и UserTemplates.
- LogiBLOX — средство для создания описания модулей в интерактивном графическом режиме. Оно позволяет создавать такие узлы, как счетчики, сдвиговые регистры, элементы памяти и мультиплексоры. LogiBLOXзапускается непосредственно из редактора HDLEditor с использованием команды Synthesis / LogiBLOX. С использованием этого средства достаточно просто создать описание узла на языке описания аппаратуры, не владея им в совершенстве.