Проектирование цифрового корректирующего фильтра (стр. 1 из 5)
Содержание
1. Ведение
2. Анализ задачи и ее формализация
3. Разработка и обоснование структурной схемы устройства
4. Разработка и обоснование общего алгоритма функционирования устройства и его описание
5. Разработка программы
6. Оценка быстродействия устройства
7. Отладка разработанной программы. Результаты отладки
8. Составление принципиальной схемы устройства и ее описание
9. Заключение
10. Список использованных источников
11. Приложение
Описание структурной схемы микросхемы КА1603РЕ1
Описание структурной схемы микросхемы КР537РУ17
Триггер К555ТМ2
Регистр К1533ИР23
Микросхема К1108ПВ1
1. Введение.
В радиотехнике, наряду с методами аналоговой обработки сигналов, широкое распространение получили методы и устройства цифровой обработки сигналов, реализованные на основе микропроцессоров (МП). Применение МП в радиотехнических системах (РТС) существенно улучшает их технико-экономические показатели (потребление энергии, габариты, стоимость и т.д.), открывает широкие возможности реализации сложных алгоритмов цифровой обработки сигналов (ЦОС).
Применение МП целесообразно в тех случаях, когда реализация определенных функций РТС с использованием «жесткой логики» требует большого количества микросхем .
Микропроцессоры находят применение при решении широкого круга радиотехнических задач, таких как построение радиотехнических измерителей координат, сглаживающих и экстраполирующих фильтров устройств вторичной обработки сигналов, специализированных вычислительных устройств бортовых навигационных комплексов, устройств кодирования и декодирования сигналов, весовой обработки пачечных сигналов в радиолокации, различного рода измерительных устройств и т.п.
При создании радиоэлектронной аппаратуры используются три основных подхода реализации цифровых устройств: аппаратный, программный и аппаратно- программный. При аппаратном получают цифровые устройства с традиционной «жесткой'' логикой, что обеспечивает наибольшее быстродействие устройств, но требует трудоемкой разработки индивидуальной структуры цифрового устройства – спецпроцессора.
При программном подходе цифровое устройство реализуется в виде программы для готовой универсальной ЭВМ, в качестве которой можно использовать микроЭВМ, предназначенную для встраивания непосредственно в разрабатываемые блоки. Аппаратно-программный подход предполагает разработку как программных, так и аппаратных средств. К ним относятся цифровые устройства, реализованные как автоматы с микропрограммным управлением и хранимой в ПЗУ программой, а также цифровые устройства, построенные на основе микропроцессора. Аппаратно-программный подход при использовании современных интегральных схем позволяет в наибольшей степени учесть особенности решаемых задач.
Выбор варианта построения цифрового устройства в каждом конкретном случае осуществляется с учетом всех требований технического задания. Применение «жесткой” логики оправдано в двух основных случаях I) при необходимости получения предельно бысокого быстродействия; 2) при построении относительно несложных устройств на интегральных схемах малой и средней степени интеграции.
Если же от устройства требуется гибкость, т.е. способность изменения функций программным путем в процессе работы или расширения круга решаемых задач, тогда становится целесообразным использование микропроцессоров (МП), Применение оправдано при построении устройств большой сложности, если быстродействие МП оказывается достаточным. Ограничения, связанные с недостаточным быстродействием МП, можно преодолеть построением многопроцессорных устройств или выполнением части функций с помощью специально разработанных аппаратных средств, работающих совместно с МП.
Наибольшая экономичность цифрового устройства по объему оборудования и другим эксплуатационным параметрам, а также наименьшая трудоемкость проектирования достигаются при использовании однокристальных МП.
2. Анализ задачи и ее формализация.
Согласно техническому заданию разностное уравнение имеет вид:
Для упрощения программы и сокращения числа выполняемых машинных циклов, т.е. для повышения быстродействия, упростим данное выражение и представим его в следующем виде:
Согласно данному уравнению изобразим структурную схему проектируемого устройства:
где Тз- время задержки, равное интервалу дискретизации.
По заданию проектируемое устройство, т.е. корректирующий фильтр, должно быть реализовано на базе комплекта БИС серии КП580.
Помимо МП ВМ80А, для построения законченного модуля ЦП необходимы:
- генератор тактовых импульсов КР580ГФ24, который вырабатывает тактовые импульсы, импульс сброса и обеспечивает синхронизацию всего устройства в целом.
- системный контроллер и формирователь шины КР580ВК28/38, который обеспечивает работу с памятью и портами, а так же аппаратно формирует команду векторного прерывания RST7.
- буферные регистры КП580ИП82/ИП83
Преобразование входного аналогового сигнала в цифровой код осуществляется с использованием АЦП К1108ПВ1. Поскольку диапазон входного сигнала оказывается не согласованным с рабочим диапазоном используемого АЦП, на входе устройства придется поставить масштабирующий усилитель.
Данные из АЦП выходят в виде 8 разрядного прямого кода. В ЦП они обрабатываются в форме 16 разрядного дополнительного кода, поэтому переполнения не происходит.
Перевод прямого кода в дополнительный реализуем программно.
Из формул видно что, для формирования выходного отчёта необходимо использовать текущее значение входного отчёта и его предыдущие значения. Для хранения входных, выходных, предыдущих значений отсчетов и промежуточных результатов вычисления необходимо выделить область памяти в ОЗУ, поскольку реализовать в полном объеме функции проектируемого устройства с использованием программно доступных регистров МП не возможно.
Обработка отсчетов производится программой, хранящейся в ПЗУ. К моменту прихода следующего отсчета устройство должно закончить обработку предыдущего и находиться в состоянии готовности. Для реализации данного условия необходимо чтобы частота дискретизации была меньше времени обработки одного отсчета.
Для передачи данных внешнему устройству потребуется порт вывода, в качестве которого может служить регистр с параллельной загрузкой. Согласование рабочего кода МП, т.е. параллельного дополнительного кода, с требуемым выходным кодом представления данных реализуем программно.
Процедура вывода данных выполняется независимо от состояния внешнего устройства. Такой вид обмена называется прямым или безусловным. Процедура вывода инициируется и выполняется непосредственно программой, реализуемой ЦП. Программно- управляемый обмен не является единственным типом обмена. Но судя по аппаратным затратам, это наиболее эффективный тип обмена.
3. Разработка и обоснование структурной схемы устройства
Набор КП580 определяет типовой состав аппаратных средств, образующих структуру вычислительного ядра системы. В его состав входят МП, ОЗУ, ПЗУ, схемы формирования сигналов синхронизации, микросхемы формирования сигналов управления системой. Полная структурная схема МП- устройства получается при объединении структуры вычислительного ядра и дополнительных аппаратных узлов.
Аппаратный состав фильтра в целом уже определен в п.2, незатронутым остается масштабирующий усилитель. Также следует произвести согласование адресов ОЗУ, ПЗУ, портов ввода-вывода с адресами МП.
Вспомогательные схемы целесообразно выполнять с наименьшими аппаратными затратами, т.е. следует стремиться к сокращению количества микросхем.
По заданию следует использовать микросхему 10-разрядного быстродействующего функционально законченного АЦП последовательного приближения К1108ПВ1, предназначенную для преобразования аналогового сигнала в двоичный параллельный цифровой код. Микросхемы серии К1108 изготовляются по биполярной технологии, в том числе с применением кремниевых структур с диэлектрической изоляцией, СВЧ транзисторов, элементов ЭСЛ. В состав функциональной схемы преобразователя входят ИОН, ГТИ, выходной регистр с тремя логическими состояниями и функцией хранения информации в течение одного цикла преобразования ВРг РПП, ЦАП, многовходовый КН с входным резисторным вычитающим устройством, дешифратором уровней тока и др. .
Микросхема рассчитана на преобразование однополярного входного напряжения в диапазоне от О до З В, подаваемого на вход через внешний ОУ или УВХ при максимальной частоте преобразования 1,1 МГц для 10-разрядного ре жима и 1,33 МГц для 8-разрядного режима.
В качестве масштабирующего усилителя возьмём операционный усилитель, обладающий низким коэффициентом шума и имеющий хорошие энергетические показатели.
Для согласования диапазона входного сигнала и рабочего диапазона АЦП добавим к нему цепь обратной связи . Также на вход ОУ придется подать дополнительное опорное напряжение для смещения сигнала. Схема инвертирующего включения ОУ представлена на рис.1. Для упрощения расчетов зададим
Поскольку:
· диапазон изменения входного сигнала – (-4.5 … 4.5) В.
· рабочий диапазон АЦП – (0 … 3) В.
Напряжение смещения будет равно -4.5 В. Коэффициент передачи петли обратной связи будет равным:
