Разработка цифрового фильтра (стр. 1 из 3)
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 CLKМП - 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.Опорное напряжение для ЦАП UОП в схеме четырехквадрантного умножения определяет диапазон изменения напряжения на выходе фильтра UВЫХ. Задание на КП требует обеспечить изменение выходного напряжения в диапазоне – 1… + 1 В. Поэтому примем UОП = - 1 В.
Исходное состояние аппаратной части и программы фильтра устанавливается при включении питания по сигналу аппаратного узла сброса.