Цифровой режекторный фильтр
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
-разрядного числа А до b разрядов (): b-й разряд остается неизменным или увеличивается на единицу в зависимости от того, больше или меньше отбрасываемая дробь 0, , где ai - i-й разряд числа А, . Округление можно практически выполнить путем прибавления единицы к (b+1)-му разряду и усечения полученного числа до b разрядов. В таком случае ошибка округления при всех способах кодирования лежит в пределах
(2.4)
и, следовательно,
(2.5)
Рис.6. Плотности вероятностей для ошибок квантования при округлении(слева) и усечении (справа).
В задачах ЦОС ошибки квантования чисел рассматриваются как стационарный шумоподобный процесс с равномерным распределением вероятности по диапазону распределения ошибок квантования. На рисунке 6 приведены плотности вероятности ошибки квантования при округлении и усечении.
Квантование дискретных сигналов (в АЦП и цифровых сигналов на выходах умножителей и сумматоров) состоит в представлении отiета (выборки сигнала) числами х(пТ), содержащими b числовых разрядов. Квантование сигналов, как и квантование чисел, является нелинейной операцией. Однако при анализе процессов в ЦФ используется линейная модель квантования сигналов (рисунок 7), где f(nT) - дискретный или m-разрядный цифровой сигнал (m>b), x(nT) - квантованный b- разрядный цифровой сигнал, ошибка квантования е (п Т) = х (п Т) -f(n T).
Верхнее значение ошибки квантования определяется по-прежнему соотношением (2.4) или (2.5).
Вероятностные оценки ошибок квантования основаны на предположениях о том, что последовательность е(пТ) является стационарным случайным процессом с равномерным распределением вероятности по диапазону ошибок квантования и е(пТ) не коррелирован с f(nT). Математическое ожидание (среднее значение) и дисперсия ошибки квантования е определяются по формулам:
где ре - плотность вероятности ошибки. По этим формулам легко вычислить математическое ожидание и дисперсию для ошибок округления и усечения:
(2.6)
(2.7)
Рис.7. Линейная модель квантования сигналов.
Т.о. возможность снижения ошибок квантования заключается в уменьшении значения шага квантования . Или, что эквивалентно, увеличении разрядов квантования.
Анализ эффективности подавления помех
При проектировании фильтра и выборе его порядка получен коэффициент подавления помехи 40,66 дБ, но это значение ухудшится из-за влияния шумов квантования. Значение мощности шумов квантования в 8-разрядном цифровом фильтре будет определяться следующим образом:
Это значение мало и незначительно ухудшит полученный ранее коэффициент подавления помехи.
Необходимо отметить, что с возрастанием порядка фильтра коэффициент подавления помехи возрастает и при необходимости всегда можно его увеличить, увеличив, соответственно время обработки отiетов.
Выбор и технико-экономическое обоснование элементной базы для реализации
Для реализации потребуется:
1.8-разрядный АЦП
2.Микропроцессор+ОЗУ+ПЗУ
.ЦАП
В качестве АЦП выбрана микросхема K572ПВ3, которая для нормальной работы нуждается в наличии схемы выборки-хранения, в качестве которой выбрана микросхема K1100CK2.
Параметры АЦП:
Тактовая частота до 1,5 МГц
Опорное напряжение -10В, от +5 В
Диапазон входного аналогового сигнала: от 0 В до 10В
Время преобразования tпp= 8TCLK АЦП
В качестве микропроцессора выбран пакет К1821, который имеет в своем составе непосредственно сам микропроцессор К1821ВМ85, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) микросхему КР1821РФ55 и оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) микросхему КР1821РУ55. Этот пакет выбран потому что изучался ранее.
В качестве ЦАП выбрана микросхема AD7533, которая представляет из себя 10-разрядный ЦАП. Обладает следующими параметрами:
- разрешение 10 бит
время установления 800 нс
выходные токи 50 нА
VDD = +15V (опорное напряжение)
VREF = +1OV (напряжение питания)
Составление структурной схемы устройства и описание ее работы
Т.о. в состав спроектированного фильтра входят АЦП, микропроцессорный комплект К1821, ЦАП. Входной сигнал поступает на предварительный усилитель (операционный усилитель), который приводит размах напряжения к уровню, необходимому для работы АЦП (10В). Усиленный сигнал поступает на вход АЦП. Также на АЦП подается напряжение смещения (5В) для перевода входного напряжения в положительный диапазон. АЦП формирует 8-разрядный код, соответствующий уровню входного сигнала. Как только отiет сформирован АЦП формирует сигнал BUSY .
По этому сигналу на вход CLK прекращают поступать тактовые импульсы. Это продолжается до тех пор, пока микропроцессор не iитает код по команде прерывания.
Бинарный код поступает в МПiерез порт А микросхемы КР1821РУ55. Микропроцессор обрабатывает код в соответствии с программой, хранящейся в микросхеме ПЗУ КР1821РФ55.
Преобразованный код поступает на цифровой вход ЦАП через порт А микросхемы КР1821РФ55.
Цифро-аналоговый преобразователь формирует ток на аналоговом выходе в соответствии с входным кодом и опорным напряжением.
Два операционных усилителя на выходе предназначены для преобразования тока на выходе ЦАП в напряжение.
Составление модуля рабочей программы
По вычисленным коэффициентам