 |
Анализ и формализация задачи
|
|
|
|
Пояснительная записка
к курсовой работе по дисциплине "Цифровые устройства и микропроцессоры"
Студент Сумнительнов С. Н.
Группа 912 специальности 2007
2003
Введение
В наши дни, развитие цифровых устройств происходит гигантскими шагами. Очевидно и преимущество применения цифровой обработки сигнала наряду с аналоговым: улучшается помехозащищенность канала связи, бесконечные возможности кодирования информации. Применение микропроцессоров в радиотехнических системах существенно улучшает их массогабаритные, технические и экономические показатели, открывает широкие возможности реализации сложных алгоритмов цифровой обработки сигналов.
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. К таким устройствам относятся и цифровые фильтры, для которых стало возможным построение разнообразных частотных характеристик путём их аналитической задачи. При этом реализуемы и фильтры традиционных типов: нижних частот, верхних частот, полосовые и режекторные.
Цифровой фильтр относится к особому типу фильтров и призван убирать из сигнала импульсные проявления (пики и щелчки), сглаживая их. Импульс имеет широкий (в идеале бесконечный) частотный спектр, однако острота его формы определяется именно высокочастотными составляющими.
|
|
|
Фильтр должен быть выполнен на основе МП комплекта К1821 при использовании ЦАП 1108ПА1. МП комплект К1821 состоит из микросхем: К1821ВМ85 - микропроцессор, К1821РФ55 – ПЗУ (емкость – 2 Кб; два 8-разрядных порта ввода-вывода), К1821РУ55 – ОЗУ (емкость –256 байт; два 8-разрядных и один 6-разрядный порты ввода-вывода, встроенный счетчик-таймер).
Входной сигнал цифровой, преобразуется в аналоговый, ЦАП на микросхеме 1108ПА1А.
После прихода сигнала с периферийного устройства (ПУ) на порт ввода в дополнительном цифровом коде на ПУ выдаётся сигнал квитирования. Частота дискретизации FД = 1.2 кГц, разрядность входного сигнала 8. Обработка должна происходить в реальном масштабе времени.
Проектируемое устройство, его базовая конфигурация должны содержать минимальные аппаратные и программные средства, достаточные для выполнения поставленной выше задачи обработки.
Анализ и формализация задачи
Согласно техническому заданию разностное уравнение имеет следующий вид:
Тогда обобщённая структура, описывающая работу фильтра выглядит следующим образом:
где 
- входные отчёты, 
- выходные отчёты, 
- задержка на 
, 
и 
- коэффициенты.
=1.0 
=-0.1 
= 1.0 
=0.64
=1.4 
= 0.5 
= 0.5
Коэффициенты нужны, для того чтобы не было переполнения в восьми разрядах двоичного числа, с которым оперирует процессор. Расчёт производится следующим образом:
Как видно, фильтр должен держать в памяти семь отсчётов одновременно и оперировать с ними, производя арифметические операции.
Произведём внесение коэффициентов в скобки и получим следующие выражения:
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.
|
|
|
После программы инициализации, т.е. после настройки работы, таймер начинает формировать импульсы следующие с частотой дискретизации, которые поступают на вывод STB A (PC2) порта С работающего в информационном режиме. В этом режиме через выводы PC0, PC1, PC2 происходит обмен управляющими сигналами для порта А.
По переднему фронту импульса на линии STB A формируется сигнал BF (PC1) "буфер полон" который используется в качестве сигнала квитирования. По заднему фронту импульса STB A формируется сигнал INTR (PC0) который является сигналом прерывания.
С приходом сигнала запроса прерывания RST 7,5 процессор переходит в режим обслуживания прерываний. Соответственно программе обслуживания прерываний 7,5 производится считывание данных из порта ввода А.Затем процессор начинает обрабатывать данные в соответствии с заданным алгоритмом. По окончанию вычислений процессор выдаёт данные в порт В. И процесс повторяется вновь.
Входные отсчеты поступают на шину данных микропроцессора в виде 8-разрядного параллельного дополнительного кода с частотой Fд=1.2 кГц, которая формируется таймером. На выходе устройства стоит ЦАП, преобразующий код в аналоговый сигнал-ток.
Микросхема умножающего ЦАП К572ПА1Б предназначена для преобразования 12-разрядного двоичного кода на цифровых входах в ток на аналоговом выходе пропорциональный значениям кода.
Анализируя выше приведённые уравнения видно что в нашем алгоритме должны использоваться операции умножения на константу и сложения. Где операция умножения реализуется путём сдвига значения переменной и суммирования.
Техническое задание требует чтобы на выходе устройства действовало напряжение (-3…+3) В. Следовательно, для преобразования тока на выходе ЦАП в напряжение (-3…+3) В необходимо дополнительное устройство. Таким устройством может послужить операционный усилитель (ОУ).
Обработка отсчетов производится программой, хранящейся в ПЗУ. Размер одного цикла программы должен быть таким, чтобы к моменту прихода следующего отсчета устройство закончило обработку предыдущего и находилось в состоянии готовности.
|
|
|
