МИНИСТЕРСТВО ЦИФРОВОГО РАЗВИТИЯ, СВЯЗИ И МАССОВЫХ КОММУНИКАЦИЙ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное

бюджетное образовательное учреждение высшего образования

МОСКОВСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

СВЯЗИ И ИНФОРМАТИКИ

Кафедра Многоканальные телекоммуникационные системы

Лабораторная работа №1

по теме: «Исследование эффектов ограничения

разрядной сетки при цифровой обработке сигналов»

Выполнил: студент группы БТС2251

Проверил: Шаврин С.С.

Москва 2025

Цель практикума

Главной целью практикума является обучение студентов правилам оценки разрядной сетки, необходимой для корректного представления данных при реализации основных операций цифровой обработки сигналов, а также оценки эффектов ограничения разрядной сетки со стороны старших и младших разрядов — искажений перегрузки и шумов округления.

Кроме того, поскольку настоящий практикум следует первым в цикле занятий на базе сигнального процессора ADSP-2181, его целью является также обучение студентов навыкам работы с пакетом отладки прикладного программного обеспечения.

План работы и задание к выполнению

В процессе выполнения необходимо выполнить следующие задания:

1. Изучить архитектуру и взаимодействие основных узлов сигнального процессора ADSP-2181.

2. Изучить систему команд арифметико-логического устройства (АЛУ).

3. Изучить правила формирования признаков AV, AN, AC, AZ и AS арифметико-логическим устройством и их использование для организации ветвлений в программах.

4. Разработать блок-схему алгоритма и реализующую ее на языке ассемблера ADSP-21XX программу удвоения с помощью АЛУ значения операнда, записанного в регистр AX0 в знаковом целочисленном формате.

5. Дополнить разработанную программу функцией ограничения результата при переполнении знаковой разрядной сетки.

6. Изучить архитектуру и систему команд умножителя-накопителя (MAC).

7. Изучить правила формирования признака MV умножителя-накопителя.

8. Разработать блок-схему алгоритма и реализующую ее на языке ассемблера ADSP-21XX программу удвоения с помощью умножителя значения операнда MX0 в знаковом дробном формате.

При изучении АЛУ особое внимание следует уделить формату команды сложения, целочисленному формату данных и правилам формирования и хранения признаков. Кроме того, внимание следует обратить на команду ena ar_sat — включения режима ограничения при переполнении разрядной сетки в знаковом формате.

Краткие сведения из теории и техники цифровой обработки сигналов

Приложения цифровой обработки сигналов можно условно разделить на две категории по отношению к размеру разрядной сетки и формату результата обработки. Одна из таких категорий не накладывает строгих ограничений на размер разрядной сетки и формат результата, или, во всяком случае, допускает превышение размера разрядной сетки результата над размером разрядной сетки операндов при одинаковом формате. К таким приложениям относятся, прежде всего, измерения значений физических величин, корреляционный прием и другие. Обычно подобные приложения оперируют с информационными блоками известного объема и при этом разрядность результата, определяющая точность обработки, заранее известна. Во многих случаях для удобства обработки и представления при вычислениях и выводе результата используется формат с плавающей точкой, ограничивающий разрядную сетку по критерию заданной (постоянной) относительной погрешности.

Альтернативная категория приложений предъявляет строгие требования к размеру разрядной сетки и формату результата. К приложениям этой категории относятся все типы внутриканальной обработки сигналов систем передачи –цифровую фильтрацию, подавление эхосигналов и др. Часто обработка сигналов в таких приложениях проводится над непрерывным информационным потоком теоретически бесконечной длины – например, при реализации фильтров с бесконечной импульсной характеристикой. Поскольку результат обработки подлежит дальнейшей передаче в том же канале, по которому приняты (получены) операнды, обычно размер разрядной сетки и формат результата приводят к размеру разрядной сетки и формату операндов, искусственно его ограничивая. Выход разрядности результата за пределы принятой разрядной сетки в сторону старших разрядов чреват появлением искажений перегрузки (часто традиционно ошибочно называемых шумами перегрузки), обладающих большой мощностью, поэтому все значения результата, превышающие по модулю предельно допустимое, заменяют на предельно допустимое с соответствующим знаком. Такая операция называется ограничением по переполнению (saturation). Отброс младших разрядов, выходящих за пределы выходной разрядной сетки, приводит к некоторому повышению уровня шумов квантования; эта составляющая шума называется шумами округления. Для снижения шума обычно используется операция округления результата по значению отбрасываемых младших разрядов по общепринятым правилам.

Обработке сигналов в цифровой форме предшествует операция аналого-цифрового преобразования (АЦП). Если обработка предполагает использование стандартных арифметических, логических и алгебраических операций, но не криптографических, то аналогово-цифровое преобразование осуществляется с постоянным шагом квантования ∆ (линейное преобразование по терминологии техники связи). В процессе аналого-цифрового преобразования производится дискретизация преобразуемого сигнала во времени с частотой FД, называемой частотой дискретизации.

Результатом аналого-цифрового преобразования является последовательность цифровых отсчетов, следующих с интервалом дискретизации Т_Д=1/F_Д, при этом каждый отсчет представлен N битами (определяется разрешающей способностью аналого-цифрового преобразователя).

Если в процессе обработки сигнала не предполагается использование экстраординарных (>100 дБ) значений динамического диапазона, обработка обычно осуществляется без приведения к форме с плавающей точкой. Технология обработки сигналов в формате с плавающей точкой обладает рядом существенных отличий по отношению к технологии обработки с фиксированной точкой и в настоящем курсе подробно не рассматривается.