Московский авиационный институт

(государственный технический университет)

кафедра 301

группа 03-404

Курсовая работа

«Цифровая фильтрация аналоговых сигналов»

Выполнил студент

Хаялеев Т. М.

Принял

Можаев В. А.

Москва, 2007 г.

Содержание

Задание (вариант №6)

1. Принцип работы вычислительного устройства

2. Алгоритм работы вычислительного устройства

3. Описание принципиальной электрической схемы

4. Электрический расчёт устройства

5. Описание программы

6. Исходные коды программ

7. Результаты моделирования работы системы

8. Выводы

9. Список использованной литературы

Задание:

1. Разработать программу, реализующую цифровой эквивалент непрерывной передаточной функции

2. По заданной структурной схеме разработать принципиальную электрическую схему цифровой системы, обрабатывающей сигналы с датчиков по разработанной программе (рис.1).

рисунок 1 - Структурная схема

3. Дополнительные требования к системе:

• Вычислительное устройство должно усреднять сигналы с датчиков;

• блок контроля сравнивает результаты вычислений в каналах;

• если сигнал одного из датчиков отличается от других более чем на 10%, необходимо провести коррекцию коэффициента усиления программируемого усилителя. При невозможности коррекции надо выдать акустический сигнал “АВАРИЯ”;

4. Электрические характеристики системы:

• сигнал на выходах датчиков изменяется в пределах

5 – 10 В;

• разрядность ЦАП: 10 бит;

• напряжение на выходе регулятора: ;

• величина выходного тока регулятора: 0.5 А.

1.Принцип работы проектируемого устройства

Центральным элементом рассматриваемой схемы является вычислительное устройство – микропроцессор (со встроенным АЦП), которое реализует цифровой эквивалент непрерывной передаточной функции.

Как показано на схеме, на вход вычислительного устройства поступает три аналоговых сигнала с выходов трех датчиков, подключенных к объекту управления. Использование трех каналов с датчиков позволяет повысить надежность системы, так как программа контроля, сравнивая сигналы с датчиков, может определить какие из них в данный момент исправны и отключить неисправные.

Сигнал с каждого датчика поступает на соответствующий вход АЦП в микропроцессоре, где происходит усреднение входного сигнала и вычисляется значение выходного сигнала по разностному уравнению, соответствующему заданной передаточной функции.

Полученное значение выходного сигнала поступает на внешний ЦАП.

Сигнал с ЦАПа идёт на вход программируемого усилителя, управляемого микропроцессором и с выхода усилителя идёт снова на встроенный АЦП. Таким образом программа может анализировать сигнал выхода и производить своевременную коррекцию коэффициента усиления для программируемого усилителя. В случае невозможности произвести коррекцию программа подаёт сигнал “АВАРИЯ”, который включает внешнее звуковое устройство.

2. Алгоритм работы вычислительного устройства

Для того чтобы реализовать цифровой эквивалент передаточной функции, необходимо перейти от передаточной функции к соответствующему разностному уравнению при определенном периоде дискретизации .

Этот передаточной функции соответствует следующее дифференциальное уравнение

Заменим производные на их машинные эквиваленты:

Запишем уравнение в виде:

Величина равна времени выполнения одного цикла получения значения выходной величины. Оно может быть оценено по числу и типу команд, составляющих данный цикл вычислений, и уточнено после экспериментальной проверки работы программы, как промежуток времени между двумя соседними выдачами выходного сигнала.

При этом задача проектирования существенно упрощается, если частота выборки входного сигнала существенно больше частоты высшей гармоники во входном сигнале:

,

и, если между величиной дискретизации сигнала по уровню и максимальным значением входного сигнала выполняется соотношение:

<<

Если данные соотношения не удовлетворены, то это может привести к наличию недопустимо большой ошибки. В этом случае интервал ограничивается теоремой Котельникова. Смысл ее в том, что сигналы, с ограниченным частотой спектром, могут быть однозначно представлены последовательностями своих значений взятых через интервал времени, удовлетворяющий соотношению:

.

При этом считается достаточным, если частота опроса на порядок выше величины :

Выберем =10 мс. Причина, по которой мы остановились на этой величине будет показана ниже и связана с особенностями работы программы.

Тогда уравнение запишется в виде ,

где

На рис. 2 представлена блок-схема алгоритмов работы вычислительного устройства и блока контроля.

В процессе инициализации задаются режимы работы портов микропроцессора и настраивается АЦП.

После этого следует основной цикл работы программы, состоящий из следующих этапов: измерение значений входных аналоговых сигналов, поиск некорректного сигнала и исключение его из обработки, усреднение входных сигналов, вычисление нового значения выходного напряжения, вывод во внешний ЦАП вычисленного значения, получение выходного значения напряжения из ЦАП, произведение коррекции коэффициента усиления внешнего корректирующего устройства.

После получения выходного значения необходимо организовать задержку для получения значения =10 мс.