4. Разработка блок-схемы устройства цифровой обработки сигнала

Рисунок 4.1 – Блок-схема системы ЦОС

Описание обобщенной блок-схемы система цифровой обработки сигналов реального времени:

На вход системы ЦОС подается аналоговый широкополосный сигнал, который проходит через ФНЧ1 Баттерворта. Аналоговый входной фильтр используется для ограничения полосы частот входного сигнала перед его оцифровкой. АЦП преобразует аналоговый сигнал в цифровую форму. Если у сигнала широкая полоса частот или применяется низкоскоростное АЦП, то перед оцифровкой нужно воспользоваться схемой выборки хранения (УВХ). Поле цифровой обработки в процессоре сигнал преобразуется в аналоговую форму при помощи ЦАП. Выходной фильтр сглаживает выходной сигнал после ЦАП и устраняет высокочастотные компоненты. Главный компонент – цифровой сигнальный процессор (специализированный микропроцессор, предназначенный для цифровой обработки сигналов в режиме реального времени). Его можно использовать как обычный универсальный, так и как специальный процессор ЦОС, который представляет из себя специализированный программируемый микропроцессор, предназначенный для манипулирования в реальном масштабе времени потоком цифровых данных. DSP-процессоры широко используются для обработки потоков графической информации, аудио- и видеосигналов.

1. Расчет параметров аналого-цифрового тракта

   1. Частота среза фильтра ФНЧ 1 fc. Частота среза фильтра должна быть больше максимальной гармоники в спектре, но не превышать fd.

   2. Минимальное значение порядка фильтра n при заданном значении минимального затухания в полосе подавления Amin для точки fa = fd. .Уравнения АЧХ фильтра Баттерворта:

где n- порядок фильтра; fc - частота среза фильтра.

3. Построение полученной АЧХ фильтра.

Текст программы Matlab

fd=44100;

fc=9000;

Amin=-20;

n=3;

for f=0:1:fd

kf(f+1)=1/(sqrt(1+((f/fc)^(2*n))));

A(f+1)=20*log10(kf(f+1));

end

f=0:1:fd;

gr=semilogx(f,A);grid

hold on

gr=semilogx(fd/2,A);

hold off;

ylim([-20 0])

title('АЧХ Фильтра');

xlabel('Частота,Гц');

ylabel('Амплитуда,дБ');

Рисунок 4.1 – полученная АЧХ фильтра.

2. Расчет объема внутренней памяти для хранения данных

Расчет необходимого объема внутренней памяти для хранения данных исходя из значения длительности интервала оцифрованного сигнала, разрядности АЦП и частоты дискретизации (из п. 4.1).

Программа расчета в среде MatLab:

T=500*10^-3;

fd=44100;

dt=1/fd;

n=1

V=(T/dt)*n;

Ответ: V= 22050 байт

4. Основные результаты и выводы:

1. В ходе выполнения курсовой работы были изучены основы работы в среде MatLab и реализация обработки и обнаружения акустических сигналов (получение спектрального анализа сигнала, реализация фильтра, расчет объема внутренней памяти для хранения данных и др.)

2. Полученный объем внутренней памяти равен 30870 байт.

3. Были изучены методы работы с цифровым и полосовыми фильтрами.

4. Был разработан алгоритм обнаружения полезного сигнала.

5. Были рассчитаны параметры аналогового тракта.

Список литературы

1. «ОБРАБОТКА И ОБНАРУЖЕНИЕ АКУСТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ» - методические указания к курсовой работе по дисциплине «Обнаружение и фильтрация сигналов в неразрушающем контроле» - 2014, ПГУПС.

2. «ЦИФРОВЫЕ СИГНАЛЬНЫЕ ПРОЦЕССОРЫ» – 2010, Новосибирск, НГУ – М.Н. Кондауров, Д. П. Суханов

3. https://mpnk.gnomio.com/ - сайт кафедры «Методы и приборы неразрушающего контроля», раздел с циклом лекций для бакалавров по дисциплине «Обнаружение и фильтрация сигналов в неразрушающем контроле