6.Составление электрической принципиальной схемы и описание функционирования фильтра

Принципиальная схема цифрового фильтра (фильтр верхних частот) содержит следующие компоненты: МК КР1830ВЕ31, ПЗУ КР1821РФ55, АЦП AD7892AN-1, ЦАП 9708, ОУ AD8792 с коэффициентом усиления 40 необходимый для обеспечения заданного размаха напряжения на выходе ЦАП(-20 до 20). Вывод yn происходит через порт РА (РФ55) на ЦАП. Подключение микросхемы РФ55 осуществляется стандартным способом. Выдача 8-разрядного кода из ПЗУ на шину адреса данных производится при поступлении управляющего строба /PSEN. Входы управления /RD (чтение) и WR(запись) подключается к соответствующим линиям управления системой магистрали, на которой в зависимости от типа машинного цикла выдаются управляющие стробы /RD (чтение из ОЗУ, порта) или /WR (запись в ОЗУ, в порт).

Работа фильтра начинается с подачи питания. Импульс, сформированный схемой сброса (дифференцирующая RC цепь) при подачи питания, обнуляет программный счётчик МК и инициирует формирование импульса сброса RST для установки МК в исходное состояние. Исходное состояние МК после сброса однозначно определено и его следует учитывать при инициализации МК и МП – системы, в целом.

Программа инициализации МП – системы должна начинаться с нулевого адреса. При инициализации выполняются необходимые настройки аппаратных и программных модулей МК и МП – системы на заданные режимы функционирования.

Таймер-счётчик Т/СО (аппаратный узел) в режиме таймера настраи­вается на период переполнения, равный ТД таймер запускается для формиро­вания непрерывной последовательности импульсов с частотой дискретизации FД. Разрешаются внутренние прерывания от Т/СО, которые используются для программного формирования импульсов запуска АЦП, и внешние прерыва­ния от входа INT1 - для пуска выполнения рабочего цикла фильтра по сигна­лу готовности данных от АЦП. Порт РА РФ55 настраивается на вывод на ЦАП, РВ РФ55 – на ввод данных из АЦП.. Программа ини­циализации завершается операцией останова МК.

Из состояния останова МК выводится сигналом внутреннего преры­вания от флага TF0 переполнения Т/СО. По данному прерыванию выполняет­ся программный модуль формирования и вывода импульса пуска АЦП. По­сле запуска АЦП программа снова переходит в состояние останова и нахо­дится в нем до следующего прерывания по входу INTO сигналом готовности данных от АЦП.

Последующие операции (ввод, оперативные обращения к памяти, арифметические преобразования, преобразование кодов и вывод) в каждом цикле работы фильтра выполняются под управлением рабочей программы фильтра. Каждый рабочий цикл программы также заканчивается остановом - ожиданием очередного прерывания.

7. Расчет быстродействия фильтра

Быстродействие фильтра в рабочем режиме оценим как время, необ­ходимое для выполнения всех операций, требуемых для получения входного отсчёта, вычисления выходного, выдачи его на периферийное устройство, подготовки следующе­го цикла. Для проектируемого фильтра это время складывается как сумма за­трат времени на преобразование аналогового входного отсчёта в код, обра­ботку прерывания от Т/С0 и обработку прерывания от входа INT1 .

Длительность машинного цикла МК (1 мкс) постоянная, поэтому за­траты времени на обработку прерываний можно оценивать количеством требуемых для этого машинных циклов. Число машинных циклов для каждой команды МК приведено в таблице команд.

При расчете суммарного количества машинных циклов для рабочего режима фильтра следует учесть, что разработанная программа содержит раз­ветвления по знаку обрабатываемого отсчёта (команды JC). Умножение от­рицательного отсчёта более длительно по времени. Время выполнения рабо­чего цикла фильтра максимально в том случае, когда все обрабатываемые программой отсчёты - отрицательные.

Таким образом, для выполнения одного цикла работы проектируе­мого фильтра T_ф (с момента прерывания от Т/СО до выхода на метку STOP.) требуется время, равное: Т_Ф =80 Т_Мц + Т_у=81,3 мкс < Т_д=869 мкс, где Тмц =1 мкс - длительность машинного цикла, Т_у =1,3 мкс - длитель­ность входного устройства преобразования устройства, Т_д =1 / F_д=1/1150 - интервал дискретизации фильтра. Число 80 показывает количество циклов программы необходимых для выполнения всех операций заложенных в программе, вычислении выходного отсчёта, подготовки следующего цикла. Количество циклов считается после того как выполнена инициализация программы (период переполнения Т/С0, пуск Т/С0, разрешение прерываний от Т/С0 и INT1, порт РВ РФ55-ввод, порт РА РФ55 вывод. Все обрабатываемые отсчёты – отрицательные, так как умножение отрицательного отсчёта более длительно по времени.