4 Разработка блок-схемы устройства цифровой обработки сигнала

        Рассмотрим типовую схему системы цифровой обработки аналоговых сигналов (рисунок 4.1) реализуемых, соответственно, аналоговым фильтром нижних частот ФНЧ1, аналого-цифровым преобразователем АЦП, процессором цифровой обработки сигналов ЦОС, цифроаналоговым преобразователем ЦАП и аналоговым фильтром нижних частот ФНЧ2.

Блок-схема типичной системы ЦОС, работающей в реальном времени, изображена на рис.4.1. Аналоговый входной фильтр используется для ограничения полос частот входного аналогового сигнала пред его оцифровкой, чтобы уменьшить наложение. Аналого-цифрового преобразователь (АЦП) трансформирует аналоговый входной сигнал в цифровую форму. Если у сигнала широкая полоса частот или если применяются низкоскоростной АЦП, то перед оцифровкой сигнала нужно воспользоваться схемой выборки-хранения, хотя в новейшие АЦП такие схемы уже встроены.

После цифровой обработки в процессоре цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) вновь преобразует обработанный сигнал в аналоговую форму. Выходной фильтр сглаживает выход ЦАП и устраняет нежелательные высокочастотные компоненты.

Рисунок 4.1 – Блок-схема системы ЦОС

На вход системы ЦОС подается аналоговый широкополосный сигнал. Сигнал проходит через ФНЧ1Баттерворта.

4.1 Расчет параметров аналого-цифрового тракта

В соответствии с заданием оценить:

1. Частоту среза фильтра ФНЧ 1   . Значение   рассчитывается исходя из результатов п. 2.4 (таблица 2.3) курсовой работы:

=2* ,   где   - наивысшая гармоника сигнала.  

clc; clear; fd=44100; fc=5000; Amin=-20; n=2; f=0:1:fd; for i=1:length(f) k(i)=1/sqrt(1+(f(i)/fc)^(2*n)); k(i)=20*log10(k(i)); end; gr=semilogx(f, k); set(gr,'LineWidth',2, 'Color', 'r'); hold on semilogx([fd/2 fd/2],[0 Amin],'Color','b'); hold off grid on; ylim([Amin 1]); xlim([0 fd]); title('Амплитудно-частотная характеристика ФНЧ','fontname','Arial'); xlabel('Частота,Гц','fontname','Arial'); ylabel('K(f),дБ','fontname','Arial'); text(5000, -3, '\leftarrow f_c');

Вывод: В данном пункте была построена АЧХ фильтра, посредством определения минимального значения порядка фильтра. Порядок фильтра определялся таким образом, чтобы не прямая не пересекла получившийся график.

4.2 Расчет объема внутренней памяти для хранения данных

Расчет необходимого объема внутренней памяти V для хранения данных, исходя из значения длительности интервала оцифрованного сигнала T, количество байт для хранения результата N и частоты дискретизации (п. 4.1).

(4.2)

V = 44100 * 0.3 * 1 = 13230 (байт)

Вывод: В данном пункте был рассчитан необходимый объем внутренней памяти для хранения данных.

Основные результаты и выводы

В ходе выполнения курсового проекта были рассчитаны числовые характеристики сигнала: математическое ожидание, дисперсия, среднее квадратическое отклонение, энергия сигнала по временной области. Далее был построен график исходного сигнала, и с помощью дискретного преобразования Фурье на графике амплитудного спектра выделены гармоники полезного сигнала. Были найдены значения полос пропускания и подавления, и вычислены коэффициенты фильтра, после чего применили фильтр к исходному сигналу.

Так же был разработан алгоритм обнаружения полезного сигнала и протестирован на заданной выборке фрагментов неизвестных сигналов.

Были рассчитаны параметры аналого-цифрового тракта и построена амплитудно-частотная характеристика ФНЧ, а так же был выполнен расчет необходимого объема внутренней памяти для хранения данных,.