МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

РЯЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту по дисциплине:

«ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА И МИКРОПРОЦЕССОРЫ»

на тему: Цифровой фильтр (нижних частот).

Автор работы Акимов А.В.

гр. 912

Руководитель: Андреев В.Г.

Работа защищена __________________

/ оценка, дата /

Рязань 2012

Содержание

1. Постановка задачи (введение)…………………………………………………3

2. Формализация задачи ………………………………………………………….4

2.1 Функциональная схема цифрового фильтра……………………………...4

2.2 Исходное состояние фильтра после включения питания………………..6

2.3 Формализация настроек для инициализации фильтра…………………...7

2.4 Формализация определений для рабочего цикла фильтра……………….9

3. Разработка и описание общего алгоритма функционирования фильтра…..12

4. Обоснование построения аппаратной части фильтра……………………….15

5. Разработка и отладка программы на языке команд МК……………………..18

6. Расчет быстродействия фильтра………………………………………………24

7. Анализ характеристик фильтра для заданных и реальных значений

коэффициентов (нули и полюса, АЧХ, ФЧХ, оценка устойчивости)………25

8. Заключение (оценка результатов проектирования)………………………….30

9. Список использованных источников…………………………………………31

10. Приложение А (схема МП-системы на базе МК КР1830ВЕ31)…………...32

11. Приложение Б (список условных сокращений)……………………………33

12. Приложение В (список дополнительных графических материалов)……...34

1 Постановка задачи

В техническом задании на курсовой проект частота дискретизации, разрядность данных, типы основных БИС заданы. Заданы также разностное уравнение и значения коэффициентов, которые определяют частотные характеристики фильтра.

Таким образом, задачей проекта является:

• разработка электрической принципиальной схемы фильтра;

• разработка рабочей программы, обеспечивающей управление всеми БИС, входящими в состав фильтра, и реализацию заданного разностного уравнения;

• анализ характеристик спроектированного фильтра и влияние на них конечной разрядности представления данных и коэффициентов.

Проектирование цифрового фильтра по заданию, приведенному во введении, включает следующие этапы:

1) составление функциональной схемы, раскрывающей общий принцип работы фильтра, взаимодействие аппаратной и программной частей;

2) анализ состояния аппаратной части и программы после включения питания, по сигналу общего сброса;

3) выполнение настроек в аппаратной части и программе для правильного (предусмотренного поставленной задачей) функционирования фильтра;

4) анализ работы фильтра в рабочем цикле, конкретизация и детализация функционирования аппаратных и программных модулей;

5) разработка общего алгоритма функционирования фильтра;

6) разработка рабочей программы фильтра;

7) расчёт быстродействия фильтра.

2 Формализация задачи

Задачей формализации является структурное, логическое, алгоритмическое согласование всех аппаратных и программных модулей устройства, обеспечивающее разработку работоспособной электрической схемы (аппаратная часть) и работоспособной программы фильтра, согласованной с аппаратной частью.

2.1 Функциональная схема цифрового фильтра

Состав микропроцессорной системы на базе МК (приложение А), требования технического задания, особенности формирования сигнала на выходе АЦП определяют функциональную схему фильтра.

Рисунок 1

Функциональная схема цифрового фильтра приведена на рисунке 1. В качестве БИС АЦП выбрана модификация AD7892AN-3, для которой можно установить диапазон входных сигналов (-2,5…+2,5) В, что соответствует техническому заданию и позволяет обойтись без согласующего усилителя на входе АЦП. Для чтения результата преобразования входного напряжения выбран параллельный интерфейс как более быстрый и простой для программной реализации. Поэтому на выводе MODE подано напряжение +5 В. Напряжение +5 В на выводе задает стандартный (нормальный) режим энергопотребления.

Для работы АЦП выбран внутренний источник опорного напряжения, поэтому вывод REF O/I оставлен свободным. Вход V_in2 при диапазоне (-2,5…+2,5)В должен быть заземлен.

Н

Рис. 1 Функциональная схема цифрового фильтра

апряжение U_вх подается непосредственно на вход V_in1, поскольку АЦП содержит внутреннюю схему выборки хранения (СВХ). Реализация алгоритма последовательных приближений осуществляется под управлением внутреннего тактового генератора, поэтому внешние тактовые импульсы для управления АЦП не требуются.

Пуск АЦП выполняется путем подачи импульса нулевого уровня на вывод по сигнальной линии START из МП-системы, поскольку БИС AD7892AN-3 всегда выбрана (вывод заземлен). Импульсы с частотой дискретизации F_д=4000 Гц для запуска АЦП должны формироваться в МП-системе. Для этой функции определяется внутренний аппаратный узел МК – таймер/счетчик Т/СО. Для вывода импульсов запуска АЦП из МК назначим вывод Р1.0 порта Р1 БИС КР1830ВЕ31.

Числовые значения отсчетов (двоичные коды), получаемые путем преобразования входного напряжения, в режиме параллельного интерфейса поступают с частотой дискретизации F_Д на выводы DB0...DB11. Поскольку разрядность данных равна 8, параллельная шина для чтения данных XD0…XD7 подключена к старшим выводам чтения 12-разрядного кода отсчета DB4…DB11. Младшие разряды DB0…DB3 – теряются.

Готовность кода для отсчета входного напряжения обозначает импульс нулевого уровня на выводе , вырабатываемый АЦП после каждого цикла преобразования. Импульсы , следующие с частотой дискретизации F_Д=4000Гц, по сигнальной линии FIN поступают в МП-систему для инициирования операций чтения кода из АЦП с такой же частотой.

Для ввода кода текущего входного отсчета (X_n) и запуска цикла вычисления кода текущего выходного отсчета (Y_n) определим режим прерываний МК по линии запроса внешних прерываний .

В цикле чтения данных из АЦП процессор вырабатывает управляющий строб для копирования кода отсчета X_n. Управляющий строб по сигнальной линии RD поступает на вывод БИС AD7892AN-3. Код отсчета X_n копируется в аккумулятор процессора через порт PА БИС КР1821РУ55 в режиме простого ввода без квитирования.

Вывод (копирование) кода выходного отсчета Y_n (YD7…YD0) во входной буферный регистр периферийного устройства, определим через порт РВ БИС КР1821РУ55 по сигналам готовности и квитирования.