Лаборатория Ирбиcов — Мягкой поступью к вершинам знаний и мастерства — Content

ВВЕДЕНИЕ

В связи с повсеместным использованием цифровых управляющих систем постоянно растет необходимость разработки и усовершенствования их.

Большинство цифровых систем строится на микропроцессорах либо на микроконтроллерах. При помощи микропроцессорных систем происходит управление различными технологическими процессами и операциями. Данные системы практически универсальны, так как они имеют очень высокое быстродействие, и достаточную разрядность для различных выполнения различных расчетов на производстве. Используя в данных системах ППЗУ, возможно, при помощи одной компьютерной системы управление различным оборудованием. То есть необходимо изменение только программы управления.

Центральное место в структуре микропроцессорного устройства занимает микропроцессор, который выполняет арифметические и логические операции над данными, программное управление процессором обработки информации, организует взаимодействие всех устройств, входящих в систему.

Микропроцессор представляет собой функционально законченное устройство, состоящее из одной или нескольких программно-управляемых БИС и предназначенное для выполнения операций по обработке информации и управления вычислительным процессом.

В курсовой работе разрабатывается устройство на базе микроконтроллера фирмы AVRсемейства Mega.

Эти контроллеры характеризуются наиболее развитой периферией, наибольшими среди всех микроконтроллеров AVR объемами памяти программ и данных, поддерживают несколько режимов пониженого энергопотребления, имеют блок прерываний, сторожевой таймер и допускают программирование непосредственно в готовом устройстве. Они предназначены для использования в мобильных телефонах, контроллерах различного периферийного оборудования (принтеры, сканеры, современные дисковые накопители, приводы CD-ROM / DVD-ROM и т. п.), сложной офисной технике и т. д.

Микроконтроллер АТmega16 выбран на основании того, что он полностью удовлетворяет требованиям для реализации заданного устройства, а также имеет доступную цену и широко распространен.

1. АНАЛИЗ ПОСТАВЛЕННОЙ ЗАДАЧИ

Процесс проектирования интегрирующего устройства состоит из тех же этапов, что и процесс проектирования аналоговых фильтров. Сначала формулируются требования к желаемым характеристикам интегратора, по которым затем рассчитываются его параметры.

Разработка и реализация цифрового фильтра на микроконтроллере AVR

Амплитудная и фазовая характеристики формируются аналогично аналоговым фильтрам. Ключевое различие между аналоговым и цифровым интеграторами заключается в том, что, вместо вычисления величин сопротивлений, емкостей и индуктивностей для аналогового интегратора, рассчитываются значения коэффициентов для цифрового. Иными словами, в цифровом интеграторе числа заменяют физические сопротивления и емкости аналогового. Эти числа являются коэффициентами, они постоянно находятся в памяти и используются для обработки (фильтрации) дискретных данных, поступающих от АЦП.

Интегрирующее устройство, работающий в реальном масштабе времени, оперирует с дискретными по времени данными в противоположность непрерывному сигналу, обрабатываемому аналоговым интегратором. При этом очередной отсчет, соответствующий отклику интегратора, формируется по окончании каждого периода дискретизации.

Вначале сигнал должен быть оцифрован с помощью АЦП для получения выборки x(n). Далее эта выборка поступает на цифровой интегратор. Отсчеты выходных данных y(n) используются для восстановления аналогового сигнала с использованием ЦАП с низким уровнем ложного сигнала.

В дискретных системах, даже с высокой степенью избыточной дискретизации, требуется наличие аналоговых ФНЧ перед АЦП и после ЦАП для устранения эффекта наложения спектра.

1.1 Описание интегратора 1-го порядка

Интегрирующее устройство (ИУ), интегратор – вычислительное устройство для определения интеграла, например вида где х и у — входные переменные. Входными переменными величинами могут быть механическое перемещение, давление, электрический ток (напряжение), число импульсов, температура и т. п.

Интегратор используется как самостоятельное вычислительное устройство при решении математических задач методами интегрирования; может служить элементом системы автоматического регулирования (интегрирующее звено); входить в состав вычислительной машины; использоваться для моделирования физического процесса и т. д. Интегратор применяют для изучения фильтрации.

Цифровые интеграторы входят в состав цифровых дифференциальных анализаторов, а также некоторых специализированных вычислительных устройств, например интерполяторов. Интегрирование функции в цифровых ИУ заменяется операцией суммирования конечного числа последовательных значений этой функции (её приращений), заданных в дискретных точках. При этом входная и выходная числовая информация представляется в виде электрических импульсов, а интегрирование осуществляется суммированием этих импульсов. Выбирая цену импульсов достаточно малой, можно обеспечить практически необходимую точность при замене интеграла суммой; точность аналогового ИУ ограничена.

ИУ описывается системой уравнений

x1 [n]=x[n];

x2 [n]= x1 [n] + x3 [n-1];

x3 [n]= x1 [n] + x2 [n-1];

x4 [n]= kx1 [n];

y[n]= x4 [n] .

где y[n], x[n] – входная и выходная последовательности;

xi [n] – состояние i-го узла графа схемы усреднения;

— постоянный коэффициент усреднения,

где δ – заданная погрешность восстановления идеальной АЧХ;

fd — частота прихода значений входной последовательности;

N – число циклов усреднения.

Частота сигнала, поступающего на вход равна 50 Гц, тогда минимальная частота дискретизации должна быть не менее 100Гц.

Рис.1.2 – Структурная схема интегратора

1.2 Аналитический обзор микроконтроллераAТmega16

AТmega16 представляет собой 8-разрядные микроконтроллеры с 16 Кбайтами внутрисистемной программируемой Flash памяти. Он обладает следующими характеристиками:

· 8-разрядный высокопроизводительный AVR микроконтроллер с малым потреблением

· Прогрессивная RISC архитектура

1. 130 высокопроизводительных команд, большинство команд выполняется за один тактовый цикл,

2. 32 8-разрядных рабочих регистра общего назначения

Полностью статическая работа

3. Производительность приближается к 16 MIPS (при тактовой частоте 16 МГц)

4. Встроенный 2-цикловый перемножитель

· Энергонезависимая память программ и данных

1. 16 Кбайтвнутрисистемнопрограммируемой Flash памяти (In-System Self-Programmable Flash) :

-обеспечивает 1000 циклов стирания/записи

— дополнительный сектор загрузочных кодов с независимыми битами блокировки

— Внутрисистемное программирование встроенной программой загрузки

— Обеспечен режим одновременного чтения/записи (Read-While-Write)

2. 512 байт EEPROM:

— Обеспечивает 100000 циклов стирания/записи

3. 1 Кбайт встроенной SRAM

— Программируемая блокировка, обеспечивающая защиту программных средств пользователя

· Интерфейс JTAG (совместимый с IEEE 1149.1)

1. Возможность сканирования периферии, соответствующая стандарту JTAG

2. Расширенная поддержка встроенной отладки

3. Программирование через JTAG интерфейс: Flash, EEPROM памяти,перемычек и битов блокировки

· Встроенная периферия

1. Два 8-разрядных таймера/счетчика с отдельным предварительным делителем, один с режимом сравнения

2. Один 16-разрядный таймер/счетчик с отдельным предварительным делителем и режимами захвата и сравнения

3. Счетчик реального времени с отдельным генератором

4. Четыре канала PWM

5. 8-канальный 10-разрядный

6. Байт-ориентированный 2-проводный последовательный интерфейс

7. Программируемый последовательный USART

8. Последовательный интерфейс SPI (ведущий/ведомый)

9. Программируемый сторожевой таймер с отдельным встроенным генератором

10. Встроенный аналоговый компаратор

· Специальные микроконтроллерные функции

1.Сброс по подаче питания и программируемый детектор кратковременного снижения напряжения питания

2.Встроенный калиброванный RC-генератор

3. Внутренние и внешние источники прерываний

4. Шесть режимов пониженного потребления: Idle, Power-save, Power-down, Standby, Extended Standby и снижения шумов ADC

· Выводы I/O и корпуса

32 программируемые линии ввода/вывода

40-выводной корпус PDIP и 44-выводной корпус TQFP

· Рабочие напряжения 4,5 — 5,5 В

· Рабочая частота 0 — 16 МГц (ATmega16)

Рис.1.3 — Расположение выводов контролера ATmega16

Рис.1.4 — Архитектура модели AVRATmega16

1.4 Доопределение набора аппаратных средств

Кроме контролера в состав устройства входят:

— АЦП

— ЦАП

— ФНЧ на 100 Гц

— ФНЧ на 75 Гц

1.4.1 АЦП

МикроконтроллерATmega16 оснащен 10-разрядным АЦП, который имеет следующие характеристики:

— АЦП последовательного приближения;

— работает с тактовой частотой в диапазоне от 50 до 200 кГц;

— Интегральная нелинейность 0,5LSB;

— Абсолютная ошибка ±2LSB;

— Время преобразования 65-250 мкс;

— Максимальная разрешающая способность 15 преобразований в секунду;

— 8 мультиплексированных каналов;

— 2 дифференциальных канала с встроенным усилителем, который имеет 3 фиксированных коэффициента усиления: 1, 10, 200;

— Диапазон входного сигнала: 0 … Uп;


Для того чтобы исследовать медленно изменяющийся входной сигнал, необходи­мо удалить из измерительных данных случайные пики и высокочастотные наводки, которые не содержат какой-либо полезной информации. Это можно сделать с помо­щью цифрового фильтра низкой частоты(digital low pass filter). Структура цифрово­го фильтра, который эффективно удаляет резкие колебания сигнала и в то же время не влияет на медленные изменения, всегда компромиссна, потому что частотные ди­апазоны исходного и постороннего сигналов обычно пересекаются.

Как и у аналоговых фильтров, динамика фильтра высокого порядка более эффективна для удаления нежелательных высоких частот.

Два наиболее важных типа ФНЧ — скользящего среднего и экспоненциального сглаживания (exponential smoothing). ФНЧ, используемые в промышленности, почти всегда базируются на одном из этих простых фильтров.

Пример.Фильтр скользящего среднего — простейший ФНЧ.

Простой фильтр скользящего среднего получается, если принять все пара­метры aiв уравнении (5.9) равными нулю. Если необходимо простое усредне­ние, то все весовые коэффициенты biравны и дают в сумме единицу. Например, фильтр скользящего среднего с пятью входными отсчетами имеет вид

 

Если операция фильтрации производится не в режиме реального времени, то величину скользящего среднего можно подсчитать, используя измерения как до, так и после заданного момента времени kh. В этом случае отфильтрованное значе­ние не отстает по времени относительно входных значений. Непричинный про­стой фильтр скользящего среднего по пяти значениям имеет вид

 

Если величина на выходе представляет собой усреднение по последним п выборкам, то она смещается на 1 + п/2 циклов. При больших значениях п вы­ходной сигнал становится более гладким, но при этом все больше отстает по времени. Импульсная характеристика фильтра скользящего среднего конечна. Для входного импульса в момент t = 0 выходной сигнал после момента t = п становится нулевым.

Скользящее среднее — это простой метод, но он имеет определенные ограни­чения. При использовании одинаковых коэффициентов фильтр может быть из­лишне инертным и недостаточно быстро реагировать на реальные изменения во входном сигнале. С другой стороны, если коэффициенты различны и убывают для больших значений индекса n, то это затрудняет анализ свойств фильтра.

Экспоненциальный фильтр (exponential filter) — это авторегрессионный фильтр скользящего среднего первого порядка, определяемый следующим уравнением

 

Отфильтрованное значение у(kh) вычисляется суммированием предыдущего значе­ния отфильтрованного сигнала y[(k —1)h] и последнего значения y(kh) измерительного сигнала с весовыми коэффициентами. Коэффициент a лежит в интервале меж­ду 0 и 1. Уравнение (5.10) можно переписать в виде

 

т. е. экспоненциальный фильтр уточняет отфильтрованное значение на выходе сразу, как только на вход поступает новое значение. Это уточнение невелико и становится еще меньше для значений а, близких к 1; в этом случае появляется эффект инерционности. Уменьшение шумовых компонентов выходного сигнала происходит за счет слабого со­ответствия с реальными изменениями на входе. При а, близком к нулю, величина по­правки растет. Соответственно, фильтрация шума уменьшится, однако изменения ис­ходного сигнала будут отслеживаться более точно. При a = 0 сигнал на выходе идентичен сигналу на входе. Влияние величины а на реакцию фильтра при скачке зашумленного входного сигнала проиллюстрировано на рис. 3.19.

 

 

 

 

Цифровые фильтры низкой частоты высоких порядков

Аналоговый фильтр второго порядка более эффективен для подавления высокочастотных компонентов, чем фильтр первого порядка (раздел 5.3.2). Цифровой фильтр со структурой, определяемой уравнением (5.9), при п = т = 2 соответствует аналоговому фильтру второго порядка. Соединив последовательно два экспоненциальных фильтра первого порядка, получим фильтр второго порядка с двумя одина­ковыми частотами среза

 

 

где у — значение входного сигнала, у1выходной сигнал первого фильтра, а у2 — выходной сигнал второго фильтра. Свойства фильтра определяются параметром а. Если исключить переменную y1(kh), то цифровой фильтр второго порядка можно записать в следующем виде

 

Результат применения фильтра второго порядка к сигналу, изображенному на рис. 3.19, показан на рис. 3.20. Фильтр второго порядка эффективнее подавляет высокие частоты, поэтому можно выбрать меньшее значение а. Выходной сигнал этого фильтра точнее соответствует изменениям входного сигнала, чем у фильтра первого порядка.

 

Влияние экспоненциального фильтра второго порядка при разных значени­ях параметра а

Цифровые фильтры высокой частоты

В некоторых случаях необходимо выделить высокочастотные компоненты сигналa, а не плавные изменения. Поэтому сигнал должен быть обработан фильтром высо­кой частоты.

Честно простой цифровой фильтр

Разностная схема — это простой пример цифрового фильтра высокой частоты(digital high pass filter)

 

Выходной сигнал отличен от нуля только тогда, когда есть изменения во входном сигнале.

Цифровой ФВЧ можно также получить разностной аппроксимацией аналогового ФВЧ.

Соответствующее дифференциальное уравнение аналогично равнению

 

 

де у — это входной сигнал, а у — выходной.

Применив к этому уравнению аппроксимацию разностями "вперед", получим цифровой ФВЧ

 

 

Преимущества:

Преимуществами цифровых фильтров перед аналоговыми являются:

Высокая точность (точность аналоговых фильтров ограничена допусками на элементы).

Стабильность (в отличие от аналогового фильтра передаточная функция не зависит от дрейфа характеристик элементов).

Гибкость настройки, лёгкость изменения.

компактность — аналоговый фильтр на очень низкую частоту (доли герца, например) потребовал бы чрезвычайно громоздких конденсаторов или индуктивностей.

[править]

 

Недостатки:

Недостатками цифровых фильтров по сравнению с аналоговыми являются:

Трудность работы с высокочастотными сигналами. Полоса частот ограничена частотой Найквиста, равной половине частоты дискретизации сигнала. Поэтому для высокочастотных сигналов применяют аналоговые фильтры, либо, если на высоких частотах нет полезного сигнала, сначала подавляют высокочастотные составляющие с помощью аналогового фильтра, затем обрабатывают сигнал цифровым фильтром.

Трудность работы в реальном времени — вычисления должны быть завершены в течение периода дискретизации.

Для большой точности и высокой скорости обработки сигналов требуется не только мощный процессор, но и дополнительное, возможно дорогостоящее, аппаратное обеспечение в виде высокоточных и быстрых ЦАП и АЦП.

12Следующая ⇒


Дата добавления: 2014-01-04; Просмотров: 792; Нарушение авторских прав?;




Читайте также:

На главную

Общий подход к расчёту цифровых фильтров

Один из распространённых подходов проектирования цифровых фильтров (ЦФ) заключается в пересчёте коэффициентов передаточной функции аналогового фильтра-прототипа (АФ) в коэффициенты цифрового фильтра. Один из методов — метод билинейного преобразования. Он позволяет получить АЧХ ЦФ, аналогичную АЧХ АФ-прототипа. Не вдаваясь в теоретические подробности, приведем практическую программу пересчёта.
Обобщенная передаточная функция аналогового звена второго порядка имеет вид:

Этой формуле соответствует большое количество звеньев реализации, как пассивных LC, так и активных на операционных усилителях. По ней реализуются фильтры Баттерворта, Чебышева, Бесселя и др. Каскадное соединение звеньев 2-го порядка позволяет получить практически любые заданные амплитудно-частотные характеристики. Имеются методы расчётов и таблицы, позволяющие получить коэффициенты c0, c1, c2, d0, d1, d2 по заданным характеристикам.

Обобщенная передаточная функция цифрового звена второго порядка имеет вид:

Этой функции соответствует простая схема ЦФ второго порядка.

где Т – элемент задержки на один период дискретизации.
Задержка на Т в формуле для передаточной характеристики соответствует умножению на

Цифровой фильтр реализуется программно следующим фрагментом кода

y = a0*x + a1*x1 + a2* x2 + b1*y1 + b2*y2 x2 = x1 x1 = x y2 = y1 y1 = y y_out = k1*y
начальные значения x1, x2, y1, y2 принимаются равными нулю.
k1 – нормирующий коэффициент, например для обеспечения единичного усиления на нулевой или резонансной частоте; может находится как на выходе, для компенсации усиления, так и на входе для исключения переполнения цифрового вычислителя.

Таким образом, реализация ЦФ сводится к арифметическим операциям с цифровыми данными. Входное значение х представляет собой оцифрованный отсчёт аналогового сигнала, полученный на выходе аналого-цифрового преобразователя. Выходное значение может быть подано на цифро-аналоговый преобразователь. В отличие от АФ характеристики ЦФ стабильны во времени и не требуют подстройки. Кроме этого они легко перестраиваются и могут быть адаптивными.
Соединяя каскадно цифровые звенья 2-го порядка, можно получить практически любые требуемые АЧХ.

Задача проектирования цифрового фильтра на основе прототипа состоит:
1) В расчете коэффициентов аналогового фильтра-прототипа c0, c1, c2, d0, d1, d2 по заданным характеристикам. Методы расчётов приводятся в обширной литературе.
2) В пересчёте этих коэффициентов в коэффициенты цифрового фильтра a0, a1, a2, b1, b2, k1

В качестве примера рассмотрим фильтр Чебышева 2-го порядка с неравномерностью в полосе пропускания 3 дб.
Этот фильтр с весьма крутым спадом АЧХ в полосе непропускания, за что приходится «платить» неравномерностью АЧХ в полосе пропускания. Для него из таблиц [Д. Джонсон и др. Справочник по активным фильтрам, 1983 г.,с. 69] возьмём два параметра: В = 0.64490, C = 0.7007948, по которым рассчитаем коэффициенты аналогового, а затем и цифрового фильтров.

Расчёт

Ниже приведён текст программы, который можно скопировать в текстовое окно калькулятора.
Расчётный блок:


; расчет цифрового фильтра Чебышева 2-го порядка fd = 1000 ; частота дискретизации fc_dig = 100 ;частота среза цифрового фильтр fc_an = (fd/pi)*tg(pi*fc_dig/fd) ; частота среза аналогового фильтра прототипа wc_an = 2*pi*fc_an ;исходные параметры для фильтра Чебышева 3 дБ B = 0.64490 C = 0.7007948 ;расчёт коэффициентов аналогового фильтра-прототипа c0 = C*wc_an^2 c1 = 0 c2 = 0 d0 = C*wc_an^2 d1 = B*wc_an d2 = 1 ; расчёт коэффициентов цифрового фильтра q = 2*fd c1 = q*c1 c2 = q^2*c2 d1 = q*d1 d2 = q^2*d2 CC = c0 + c1 + c2 DD = d0 + d1 + d2 ;собственно коэффициенты a0 = 1 a1 = 2*(c0 — c2)/CC a2 = (c0 — c1 + c2)/CC b0 = 1 b1 = — 2*(d0 — d2)/DD b2 = — (d0 — d1 + d2)/DD k1 = CC/DD val(a0,a1,a2,k1,b1,b2) ; основной цикл f = 0 [ w = 2*pi*f/fd ch = a0^2 + a1^2 + a2^2 + 2*(a1*a2 + a1*a0)*cos(w) + 2*a0*a2*cos(2*w) zn = 1 + b1^2 + b2^2 + 2*(b1*b2 — b1)*cos(w) — 2*b2*cos(2*w) k = k1*sqr(ch/zn) k_dB = 20*lg(k) val(f,k_dB) f = f + 10 {f>400 exit} ]


Программу легко обобщить для фильтров любого типа. Отличие будет в расчёте коэффициентов прототипа c0, c1, c2, d0, d1, d2.

Цифровые фильтры на микроконтроллере

Их расчёт специфичен для каждого типа звеньев. Необходимо учитывать, что частота дискретизации fd должна быть в разы (как минимум в два с лишним раза) больше верхней частоты fc полосы пропускания. фильтра. Чем она выше, тем точнее совпадение АЧХ с прототипом.

Копируем эту программу в текстовое окно калькулятора и нажимаем кнопку Вычислить. Получаем текст с расчитанными коэффицентами.
В том же текстовом окне получаем таблицу АЧХ ЦФ:


f k_dB 0 0 10 0.08153 20 0.32634 30 0.73291 40 1.28936 50 1.9514 60 2.59549 70 2.95683 80 2.67065 90 1.56833 100 -0.1247 110 -2.05501 120 -3.99524 130 -5.8505 140 -7.5951 150 -9.2313 160 -10.77066 170 -12.2268 180 -13.61272 190 -14.94004 200 -16.21897 210 -17.45841 220 -18.6662 230 -19.84932 240 -21.0141 250 -22.16637 260 -23.31164 270 -24.45522 280 -25.60232 290 -26.75821 300 -27.92834 310 -29.11844 320 -30.33469 330 -31.58394 340 -32.87384 350 -34.21321 360 -35.61233 370 -37.0835 380 -38.64166 390 -40.3054 400 -42.09839


В графическом окне калькулятора будет показан график данной АЧХ.

С помощью калькулятора можно провести моделирования полученного фильтра во временной области, вставив следующий текст программы:


; моделирование цифрового фильтра 2-го порядка ; ;————— коэффициенты фильтра —————- a0 = 1 a1 = 2 a2 = 1 b0 = 1 b1 = 1.44292 b2 = — 0.67349 k1 = 0.05764 ; fd = 1000 ; частота дискретизации f = 70 ; частота входного сигнала w = 2*pi*f/fd x1 = 0 x2 = 0 y1 = 0 y2 = 0 ;————— основной цикл —————— t = 0 ; дискретное время (номер отсчёта) [ x = sin(w*t) = ; входной сигнал y = a0*x + a1*x1 + a2*x2 + b1*y1 + b2*y2 x2 = x1 x1 = x y2 = y1 y1 = y y_out = k1*y ; выходной сигнал после нормировки val(t,x,y_out) t = t + 1 {t>100 exit} ]


В том же текстовом окне получим таблицу отсчётов входного и выходного сигналов:
В графическом окне будет выведена диаграмма входного x и выходного y_out сигналов:

Видно, что на частоте 70 Гц выходной сигнал имеет усиление 1.41 и заметно отстает по фазе от входного сигнала.
Виден также переходный процесс продолжительностью примерно в один период. При выбранной частоте дискретизации 1000 Гц одному отсчёту соответсвует 1/1000 = 1 мс. Там же в графическом окне можно посмотреть спекты входного x и выходного y_out сигналов.

Видны две линии на частоте 7 гармоники. Т.к. период наблюдения составляет 100 мс, то частота первой гармоники для разложения в спектр равна 1/100 мс = 10 Гц, 7-ой гармоники — соответственно 70 Гц. В идеале синусоидальный сигнал должен давать одну линию, но из-за переходного процесса в спектре возникают и другие гармоники.

6. Расчет 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, можно получить как сумму машинных тактов всех последовательно выполняемых команд, составляющих рабочий цикл процессора. Однако, нужно учесть что стабильная работа всего устройства под управлением программы будет осуществляться только в том случае, если внешнее устройство своевременно будет отвечать на сигнал готовности, выдаваемый МП. Иначе возникает возможность зацикливания МП на ожидании сигнала квитирования от внешнего устройства. В следствие этого всё устройство будет простаивать, и ни о каком фильтровании здесь речи быть не может.

С учётом оговоренных выше замечаний, при нормальной работе устройства, сумма машинных тактов для рабочего цикла приведенной выше программы равна 721. Длительность одного машинного такта равна

TCLKМП =1/FCLKМП =1/(

)=3,846 мкс.

Общее время выполнения всей программы

TВЫП. =721*3,846 *10-6 =0,0028 мс

Длительность периода дискретизации

TД =1/FД =1/(6.5*103 )=0,154 мс

Из этого следует вывод, что процессор успвает выполнить подпрограмму обслуживания прерывания за интервал дискретизации TД . То есть расчитываемое устройство должно работать корректно, при обеспечении соответствующей работы внешнего устройства.

7. Расчет АЧХ(ФЧХ) устройства для заданных и реальных значений коэффициентов.Оценка устойчивости устройства

Частотные характеристики фильтра определяются разностным уравнением:

Коэффициенты b1,b2,b3,b4 определяют характеристики фильтра.

В Z-плоскости свойства цифрового фильтра описывает передаточная функция

При

,

где

сигнал на входе фильтра –синусойда с частотой f и с единичной амплитудой , а функция Н() 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:

и

Для проектируемого фильтра:

График АЧХ цифрового полосового фильтра

График ФЧХ цифрового полосового фильтра

Найдем полюса заданной передаточной функции:

,

где р=jw => все полюса лежат на оси jw=1

Таким образом,устройство является устойчивым.

Заключение

В данной курсовой работе была построена схема цифрового устройства и разработана программа, обеспечивающая работу данного устройства как цифрового полосового фильтра. Устройство имеет высокое быстродействие и в полной мере удовлетворяет требованиям технического задания. Необходимость в высоком быстродействии связана со стремлением обрабатывать в реальном масштабе времени широкополосные сигналы.

Цифровые фильтры имеют свои преимущества и недостатки перед аналоговыми.

Аналоговые фильтры физически реализуемы, если в их передаточных функциях степень полинома числителя не выше степени полинома знаменателя. Цифровые фильтры не предъявляют таких ограничений, и, таким образом, они могут иметь характеристики, добиться которых в аналоговых фильтрах невозможно.

К недостаткам цифрового фильтра можно отнести неточность представления коэффициентов вследствие ограниченной разрядности процессора.

Список использованных источников

1. Балашов Е.П. и др. Микро- и мини-ЭВМ / Е.П. Балашов, В.Л. Григорьев, Г.А. Петров: Учебное пособие для вузов. – Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1984

2. Калабеков Б.А. Микропоцессоры и их применение в системах передачи и обработки сигналов: Учеб. пособие для вузов. –М.: Радио и связь, 1988.

3. Микропроцессорный комплект К1810: Структура, прграммирование, применение: Справочная книга/ Ю.М. Казаринов, В.Н. Номоконов, Г.С. Подклетнов, Ф.В. Филиппов; Под ред. Ю.М. Казаринова.- М.: Высш.

Устройство цифровой фильтрации на основе микроконтроллера фирмы AVR ATmega16 (стр. 1 из 3)

шк., 1900.

4. Микропроцессоры: системы программирования и отладки / В.А. Мясников, М.Б. Игнатьев, А.А. Кочкин, Ю.Е. Шейнин; Под ред. В.А. Мясникова, М.Б. Игнатьева. – М.: Энергоатомиздат, 1985.

5. Проектирование импульсных и цифровых устройств радиотехнических систем: Учеб. Пособие для радиотехнич. спец. вузов/Гришин Ю.П., Катаков В.М. и др.; Под ред. Ю.М. Казаринова. – М.: Высш. шк., 1985.

6. Рафикузаман М. Микропрцессоры и машинное проектирование микропроцессорных систем: В 2-х кн. Пер. С англ.-М.: Мир, 1988.


ДОБАВИТЬ КОММЕНТАРИЙ  [можно без регистрации]
перед публикацией все комментарии рассматриваются модератором сайта — спам опубликован не будет

Хотите опубликовать свою статью или создать цикл из статей и лекций?
Это очень просто – нужна только регистрация на сайте.

Добавить комментарий

Закрыть меню