Федеральное агентство по образованию

Рязанский государственный радиотехнический университет

Кафедра РТС

Курсовой проект

по дисциплине “Цифровые устройства и микропроцессоры”

“Цифровой фильтр(нижних частот)”

Выполнил ст. Гр. 413

Зюзенков А. В.

Проверил:

Смирнов А.В.

.

Рязань 2007

Содержание

1. Введение 3

2. Постановка задачи 5

3. Конфигурация МП-системы 6

4. AD9708: ЦАП с источником опорного напряжения 9

5. Функциональная схема цифрового декодера 11

6. Исходное состояние декодера после включения питания 12

7. Формализация настроек для инициализации фильтра. 13

8. Формализация определений для рабочего цикла фильтра. 16

9. Общий алгоритм функционирования фильтра 20

10. Рабочая программа декодера 24

11. Исходные определения и ручной расчёт результатов 33

12. Оценка быстродействия декодера 34

13. Заключение 36

14. Библиографический список 37

1.Введение.

С внедрением в промышленность цифровых технологий появилась возможность строить устройства обработки оцифрованных сигналов вычислительным методом. Такой способ обладает рядом важных преимуществ, таких как повышенная точность обработки, меньшая зависимость параметров от внешних условий, а также возможность реализации таких обрабатывающих устройств, которые невозможно или трудно было реализовать в аналоговом виде. К таким устройствам относятся и цифровые фильтры, для которых стало возможным построение разнообразных частотных характеристик путем их аналитической задачи. При этом реализуемы и фильтры традиционных типов: нижних частот, верхних частот, полосовые и режекторные фильтры.

Курсовой проект предусматривает проектирование специализированного микропроцессорного устройства, работающего в реальном времени и выполняющего необходимый набор и необходимую последовательность операций для его обработки по принципу фильтра нижних частот Фильтр должен быть выполнен на основе МП комплекта К1821 при использовании ЦАП AD9708. МП комплект К1821 состоит из микросхем: К1821ВE31 - микропроцессор, К1821РФ55 – ПЗУ (емкость – 2 Кб; два 8-разрядных порта ввода-вывода), К1821РУ55 – ОЗУ (емкость –256 байт; два 8-разрядных и один 6-разрядный порты ввода-вывода, встроенный счетчик-таймер).

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

По заданию требуется спроектировать цифровой фильтр нижних частот, используя набор К1821, включающий микропроцессор ВE31, ПЗУ и порты ввода-вывода на микросхеме РФ55, ОЗУ, таймер счетчик и порты на микросхеме РУ55. Частота дискретизации F_Д = 4.5 кГц, разрядность выходного сигнала 8. Обработка должна происходить в реальном масштабе времени. При проектировании следует придерживаться двух критериев: минимальная аппаратная конфигурация устройства и минимальное время операций обработки сигнала (вычисления). При определенных условиях эти критерии противоречат друг другу.

Фильтр есть линейное устройство, производящее операции над частотным спектром исходного сигнала. Для понимания процесса обработки сигнала в цифровом фильтре полезно знать его основные характеристики. Передаточная функция фильтра, определяющая отношение выходного сигнала к входному при конкретном значении комплексной частоты, по заданию имеет вид:

(1),

здесь ^— характеризует задержку отсчета на время, равное интервалу дискретизации Т_Д = 1/F_Д = 222 мкс. Для данного случая это означает, что амплитуда очередного выходного отсчета равна сумме амплитуд пяти последних входных отсчетов, помноженных на соответствующие коэффициенты. Когда на вход поступает очередной отсчет, по этому правилу сразу вычисляется очередной выходной. По сути это и есть алгоритм работы цифрового фильтра, который требуется спроектировать.

По этому алгоритму, при подаче на вход единственного единичного отсчета фильтр ответит пятью отсчетами, следующими через Т_Д и имеющими амплитуды, равные соответствующим коэффициентам передаточной функции:

Для хранения входных, выходных отсчетов и промежуточных результатов вычисления необходимо выделить область памяти в ОЗУ. Также необходимо выделить память под стек для хранения данных во время выполнения подпрограмм.

Техническое задание требует чтобы на выходе устройства действовало напряжение (-2.5…+2.5) В. Следовательно, для преобразования тока на выходе ЦАП в напряжение (-2.5…+2.5) В необходимо дополнительное устройство. Таким устройством могут послужить два операционных усилителя (ОУ).

Обработка отсчетов производится программой, хранящейся в ПЗУ. Размер одного цикла программы должен быть таким, чтобы к моменту прихода следующего отсчета устройство закончило обработку предыдущего и находилось в состоянии готовности.