Цифровой полосовой фильтр (стр. 1 из 3)
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
РЯЗАНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ РАДИОТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ
КАФЕДРА РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Зав. кафедрой радио - технических систем
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовой работе по дисциплине:
«ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА И МИКРОПРОЦЕССОРЫ»
на тему: «Цифровой полосовой фильтр »
Автор работы: Величко А. В.
Специальность 201600
Руководитель: Горкин В.Н.
Рязань 2004 г.
Содержание
Ведение
1. Формализация задачи
2. Разработка и описание общего алгоритма функционирования устройства
3. Обоснование аппаратной части устройства
4. Разработка и отладка рабочей программы на языке команд микропроцессора
5. Составление и описание электрической принципиальной схемы устройства
6. Расчет быстродействия устройства
7. Расчет АЧХ (ФЧХ) 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, различного рода измерительных устройств и т.п. К таким устройствам относятся и цифровые фильтры, для которых стало возможным построение разнообразных частотных характеристик путём их аналитической задачи. При этом реализуемы и фильтры традиционных типов: нижних частот, верхних частот , полосовые и режекторные.
Цифровой фильтр относится к особому типу фильтров и призван убирать из сигнала импульсные проявления (пики и щелчки), сглаживая их. Импульс имеет широкий (в идеале бесконечный) частотный спектр, однако острота его формы определяется именно высокочастотными составляющими.
Фильтр должен быть выполнен на основе МП комплекта К1821 при использовании ЦАП К572ПА. МП комплект 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, преобразуется в аналоговый, ЦАП на микросхеме К572ПА.
После прихода сигнала с периферийного устройства (ПУ) на порт ввода в дополнительном цифровом коде на ПУ выдаётся сигнал квитирования. Частота дискретизации FД = 6.5 кГц, разрядность входного сигнала 8. Обработка должна происходить в реальном масштабе времени.
Проектируемое устройство, 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 572ПА1 и вспомогательными элементами определяет функциональную схему полосового фильтра ,.
Входное напряжение в виде кода поступает в порт PA БИС РУ55. Частота дискретизации
=6.5кГц формируется аппаратным таймером РУ55 , в котором частота переполнения 
в режиме 3 , равна . При использовании в качестве входных импульсов таймера тактовых импульсов CLK МП - системы ( 
=2.6МГц) исходное состояние таймера равно: 
16-разрядный двоичный код содержит два бита (T15 и T14) задающих режим работы таймера. Для третьего режима работы необходимо в эти биты записать единицы.
Получаем код:
Байты
и 
загружаются при инициализации системы (фильтра).Необходимость хранения данных вытекает из вида разностного уравнения. Уравнение использует входную выборку отсчетов (
) и выходную ( 
). Все выборки должны быть доступны для вычислений , а следовательно, должны храниться в памяти МП - системы. Требуется также вычислить два текущих произведения ( 
) 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 ( 
). 
Реальные значения коэффициентов разностного уравнения и коэффициента
отличается от заданных , вследствие ограничения длины разрядной сетки: 
Согласование кода МП и кода ЦАП необходимо , так как по заданию входной код – дополнительный, Вычисленный отсчет
, перед выводом на ЦАП суммируется с константой 
. 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.Исходное состояние аппаратной части и программы фильтра устанавливается при включении питания по сигналу аппаратного узла сброса.
При этом:
- программный счетчик (ВМ85) принимает нулевое значение;
- сбрасывается флаг разрешения прерываний (ВМ85);
- все линии портов PA и PB (РФ55) настраиваются на ввод;
- порты PA , PB , PC (РУ55) настраиваются на ввод данных в режиме простого обмена данными;
- таймер (РУ55) останавливается;
- содержимое ячеек ОЗУ и буферных регистров портов (РУ55) сохраняется.
2. Разработка и описание общего алгоритма функционирования устройства
Аппаратно- реализуемые операции. Програмно- реализуемые операции
Рис. 2. Общий алгоритм функционирования полосового фильтра
При подаче питания , схема сброса формирует импульсы сброса , который обнуляет счетчик команд МП и инициирует формирование импульса сброса RESET для установки МП - системы в исходное состояние. Запускается программа инициализации МП – системы, которая должна начинаться с нулевого адреса. При инициализации:
- в указатель стека SP записывается начальный адрес , с которого начинается стек;
- порт PA (РФ55) настраивается на ввод данных ; в регистр направления передачи записывается управляющее слово;
- таймер настраивается на период переполнения , равным
в режиме 3;- порт PA (РУ55) настраивается на ввод ;
- пуск таймера;
- настройка режима прерывания.
Программа инициализации завершается остановом МП. Из состояния останова МП выводится сигналом INTRA , поступающим на вход TRAP МП. Последующие операции выполняются под управлением рабочей программы фильтра. Выполнение рабочей программы - это реакция
на прерывание, поэтому после обслуживания прерываний по команде возврата из подпрограммы МП возвращается в состояние останова.
3. Обоснование аппаратной части устройства
Набор К1821 определяет типовой состав аппаратных средств, образующих структуру вычислительного ядра системы. В его состав входят МП, ОЗУ, ПЗУ, схемы формирования сигналов синхронизации, микросхемы формирования сигналов управления системой. Полная структурная схема МП- устройства получается при объединении структуры вычислительного ядра и дополнительных аппаратных узлов.