Разработка программно-аппаратной системы адаптивного аналого-цифрового преобразования сигналов звукового диапазона на базе однокристального микроконтроллера
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
е рынка микроэлектроники. В этой статье объясняется, что такое аналого-цифровые преобразователи, представлены общие сведения об этих устройствах, описана процедура аналого-цифрового преобразования, приведена классификация аналого-цифровых преобразователей.
В источнике [4] говорится о проблеме измерения показателей качества электроэнергии, описываются преимущества аналого-цифровых преобразователей с сигма-дельта архитектурой (сигма-дельта АЦП) над аналого-цифровыми преобразователями других классов. Так же автор обосновывает необходимость применения адаптивных методов аналого-цифровой обработки сигналов и приводит результаты математического моделирования применения методов адаптивной обработки результатов аналого-цифрового преобразования.
В источнике [5] описывается алгоритм адаптивной обработки для сигма-дельта-АЦП на основе метода кодирования Лемпеля-Зива-Велча, приводится блок-схема этого алгоритма, излагаются некоторые особенности работы аналого-цифровых преобразователей с сигма-дельта архитектурой, показывается результаты сравнительного анализа классического способа преобразования и алгоритма, основанном на методе кодирования Лемпеля-Зива-Велча.
Источник [6] является справочным руководством по однокристальным микроконтроллерам AVR семейства Mega фирмы Atmel. Рассмотрена архитектура микроконтроллеров AVR, её особенности, приведены основные электрические параметры. Подробно описано внутреннее устройство микроконтроллеров, системы команд, периферии, а также способов программирования.
В статье [7] объясняются принципы работы каждого из классов АЦП.
2.2 Сравнение АЦП различных типов
Существует множество типов АЦП, однако в рамках дипломного проекта принято решение ограничиться рассмотрением только следующих типов:
а) АЦП параллельного преобразования (прямого преобразования, flash ADC);
б) АЦП последовательного приближения (SAR ADC);
в) cигма-дельта АЦП (АЦП с балансировкой заряда) [7].
Наибольшим быстродействием и самой низкой разрядностью обладают АЦП прямого (параллельного) преобразования [7]. Например, АЦП параллельного преобразования TLC5540 фирмы Texas Instruments обладает быстродействием 40MSPS приаразрядностиавсегоа8бита [7].
Среднюю нишу в ряду разрядность-скорость занимают АЦП последовательного приближения. Типичными значениями является разрядность 12-18 бит при частотеапреобразованияа100KSPS-1MSPSа [7].
Наибольшей точности достигают сигма-дельта АЦП, имеющие разрядность до 24 бит включительно и скорость от единиц SPS до единиц KSPS [7].
О преимуществах и недостатках каждого типа АЦП подробно рассказано в главе 4 данного дипломного проекта "Вариантный анализ способов реализации системы".
3. Системный анализ объекта проектирования
между переменными или элементами исследуемой системы . В основе системного анализа лежит системный подход. Выделяют следующие принципы системного подхода:
а) принцип конечной цели;
б) принцип единства;
в) принцип связности;
г) принцип модульности;
д) принцип иерархии;
е) принцип функциональности;
ж) принцип развития;
з) принцип сочетания централизации и децентрализации;
и) принцип учёта неопределённостей и случайностей.
Рассмотрим более подробно каждый из них.
3.1 Принцип конечной цели
Представим проектируемую программную систему в виде "черного ящика" (рис.3.1), тогда входные данные - вектор Х - будут включать в себя аналоговый сигнал. Управляющие параметры системы - вектор Z - служебные сигналы, формируемые устройствами анализа характеристик сигнала. Выходные данные - вектор Y - файл выходных кодов. Тогда для выполнения равенства Y=F (X,Z) проектируемая система должна выполнять следующие функции (в совокупности представляющие собой функцию F) [8]:
а) получение звукового сигнала;
б) аналого-цифровое преобразование;
в) адаптирование преобразования;
г) отображение результата.
Рисунок 3.1 - Разрабатываемая система в виде "чёрного ящика"
3.2 Принцип единства
На основании функций проектируемой системы, представленных выше, в ней можно выделить следующие подсистемы [8]:
а)подсистема приёма входных данных;
б)подсистема аналого-цифрового преобразования;
в)подсистема управления;
г)подсистема адаптивного преобразования;
д)подсистема выдачи и сохранения результатов.
3.3 Принцип связности
Совокупность подсистем проектируемой программной системы и их связей - данными, которыми эти подсистемы обмениваются друг с другом и с внешней средой, - образует ее структуру [8]. Структура проектируемой системы:
Рисунок 3.2 - Структурная схема разрабатываемой системы
3.4 Принцип модульности
В проектируемой системе целесообразно выделить следующие модули [8]:
а)модуль получения входного сигнала;
б)модуль анализа параметров входного сигна