Размещено на http://www.allbest.ru/

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

Институт физики, нанотехнологий и телекоммуникаций

Кафедра «Радиотехника и телекоммуникации»

КУРСОВой проект

Моделирование КИХ фильтра в программном симуляторе ЦПОС TMS320C25

по дисциплине «Применение программируемой элементной базы в РТС»

Выполнил

студент гр.53422/3 Е.К.Тихонова

Руководитель

Е.С.Поклонская

Санкт-Петербург

2015



Задание на задание на курсовое проектирование

Вариант 2

Рассчитать фильтр с указанными параметрами несколькими методами и написать программу, реализующую рассчитанный фильтр на процессоре TMS320C25.

Параметры фильтра

1. Порядок фильтра: 19;

2. Тип фильтра: ВЧ;

3. Частота дискретизации: FS=10 кГц; частота среза: Fc1=1.2 кГц.



СОДЕРЖАНИЕ

Задание на задание на курсовое проектирование

ВВЕДЕНИЕ

1. Описание архитектуры процессора TMS320C25

2. Моделирование фильтра в модуле FDATool программной среды Matlab

2.1 Алгоритм нерекурсивной фильтрации сигнала

2.2 Расчет коэффициентов КИХ фильтра

2.3 Расчет массива отсчетов входного сигнала

3. Программа моделирования КИХ фильтра

3.1 Симулятор SSIM25

3.2 Описание программы КИХ фильтра

3.3 Корректировка программы КИХ фильтра

3.4 Моделирование КИХ фильтра при различных частотах входного сигнала

3.5 Обработка результатов моделирования КИХ фильтра

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Библиографический список



ВВЕДЕНИЕ

Цель данной работы - расчёт фильтра с указанными параметрами несколькими методами и написание программы, реализующей рассчитанный фильтр на процессоре TMS320C25.

В процессе выполнения курсового проекта предполагается выполнение следующих пунктов:

1. Описание архитектуры процессора TMS320C25.

2. Моделирование фильтра в модуле FDATool программной среды Matlab двумя методами.

3. Описание программы работы фильтра на выбранной программируемой элементной базе.

4. Сравнение результатов моделирования в Matlab и на симуляторе ЦПОС.



1. Описание архитектуры процессора TMS320C25

Высокая производительность сигнальных процессоров семейства TMS320 обеспечивается внутренней Гарвардской архитектурой (разделение шин данных и программ), использованием специальных команд, ориентированных на цифровую обработку сигналов (ЦОС), выполняемых аппаратными средствами микросхемы.

Второе поколение процессоров Texas Instruments, относящееся к классу16-тиразрядных процессоров с фиксированной точкой, включает в себя - TMS32020 (командный цикл 200 нс), TMS320C25,TMS320C25-50(внешняя тактовая частота 50 МГц), TMS320E25 (ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием), TMS320C26 (внутренне ОЗУ на 1568 слов). Архитектура этих устройств базируется на архитектуре процессора первого поколения TMS32010.

Характеристики процессора TMS320C25:

? командный цикл - 100 нс.

? внутренняя память данных (RAM) - 544 слова.

? внутренняя память программ (ROM) - 4 Кслова.

? адресуемая внешняя память программ/данных - 128 Кслов (64КЧ16 - память данных, 64КЧ16 - память программ).

? 16-разрядныйпараллельный интерфейс.

? прямой доступ к памяти от внешних устройств.

? 32-разрядные умножитель MPL и арифметико-логическое устройство ALU с32-разрядным аккумулятором.

? одноцикловые команды умножения/накопления.

? масштабирующий сдвигатель от 20 до 216.

? набор команд, поддерживающих операции с плавающей точкой.

? возможность перемещения блоков памяти программ/данных.

? возможность многократного повторения команд.

? 8 вспомогательных регистров для хранения данных и для косвенной адресации памяти с возможностью автоинкремента/автодекремента.

? отдельное арифметическое устройство для операций со вспомогательными регистрами.

? последовательный порт для построения мультипроцессорных систем, подключения кодеков и последовательных АЦП и ЦАП.

?циклы ожидания для связи с медленными внешними устройствами или памятью.

? внутренний таймер.

? три внешних маскируемых прерывания.

? напряжение питания + 5 В.

? внутренний тактовый генератор.

АРХИТЕКТУРА TMS320C25

Функциональная схема процессора TMS320C25 (рисунок 1.1) включает следующие аппаратные средства:

? ALU - 32-разрядноеарифметико-логическоеустройство, оперирующее с числами в дополнительном коде;

? ACCH (31-16),ACCL(15-0)-32-разрядный аккумулятор - накопитель старших и младших разрядов, соответственно;

? MULTIPLIER - параллельный 16Ч16 умножитель;

? SHIFTER - сдвиговые регистры;

? ARAU - 16-разрядноеустройство беззнаковой арифметики, для операций над адресами (данными), содержащимися во вспомогательных регистрах;

? AR0-AR7- файл16-разрядных вспомогательных регистров, используемых для адресации памяти данных и хранения других данных;

? ARP - 3-разрядный указательный регистр. Содержит номер одного из вспомогательных регистров;

? DATA BUS - 16-разрядная внутренняя шина данных;

? PROGRAMM BUS - 16-разрядная внутренняя шина программ;

? DAB - 16-разрядная шина адреса памяти данных;

? DRB - 16-разрядная шина непосредственного адреса памяти данных (образуется объединением содержимого DP - регистра и семи младших бит кода команды;

? AFB - 16-разрядная шина вспомогательных регистров AR(n);

? D0-D15- внешняя шина данных;

? A0-A15- внешняя шина адреса;

? RSR - входной 16-разрядный сдвиговый регистр последовательного порта;

? XSR - выходной 16-разрядный сдвиговый регистр последовательного порта;

? DRR - 16-разрядный регистр-приемник последовательного порта;

? DXR - 16-разрядный регистр-передатчик последовательного порта;

? TIM - 16-разрядный таймер;

? IMR - 6-разрядный регистр масок прерываний;

? GREG - 8-разрядный регистр местоположения и размера глобальной памяти;

? PRD - 16-разрядный регистр периода для загрузки таймера;

? DP - 9-разрядный указатель страницы адреса памяти данных;

? RAM (B0) - ОЗУ (256Ч16) с произвольным доступом для хранения данных или программ;

? RAM (B1) - ОЗУ (256Ч16) с произвольным доступом для хранения данных;

? RAM (B2) - ОЗУ (32Ч16) с произвольным доступом для хранения данных;

? ROM - память программ, объемом 4КЧ16;

? PC - 16-разрядныйсчетчик команд для адресации памяти команд;

? PFC - 16-разрядныйсчетчик предзахвата команд;

? MCS - однословный стек для временного хранения содержимого PFC;

? Stack - аппаратный стек объемом 8Ч16 для размещения значений PC во время прерываний или программных вызовов;

? QIR - 16-разрядный регистр для хранения предварительно захваченной команды;

? IR - 16-разрядный регистр выполняемой команды;

? RPTC - 8-разрядный счетчик повторения одной команды;

? IFR - 6-разрядный флаговый регистр для захвата внешних или внутренних прерываний;

? ST0, ST1 - 16-разрядные регистры состояния для хранения управляющих битов и битов состояния;

? MUX - мультиплексоры.

Архитектура TMS320C25 построена вокруг двух основных шин - шины команд (Program Bus) и шины данных (Data Bus). Шина команд служит для передачи кодов команд и непосредственных операндов, расположенных в памяти программ. Шина данных подсоединяет CALU (ALU, SHIFTER, ACC и MPL) к ОЗУ данных (RAM).

TMS320C25 обладает высокой степенью параллелизма, т.е. в то время когда происходит обработка данных в CALU, арифметические операции могут выполняться в арифметическом устройстве вспомогательных регистров (ARAU). Это позволило создать мощный набор одноцикловых команд, выполняющих арифметические, логические операции и операции, манипулирующие битами. [1,2]



2. Моделирование фильтра в модуле FDATool программной среды Matlab

2.1 Алгоритм нерекурсивной фильтрации сигнала

Структура устройства, реализующего данный алгоритм, показана на рисунке 2.1. Формирование отсчета выходного сигнала производится в течение интервала дискретизации T непрерывного сигнала , через который на вход устройства поступают отсчеты входного сигнала . Интервал времени T задается частотой дискретизации при . Целочисленный аргумент является номером входного и выходного отсчетов. [3]

Рисунок 2.1. Алгоритм нерекурсивной фильтрации сигнала

Алгоритм обработки заключается в следующем. На вход устройства поступает отсчет сигнала и записывается в первую ячейку памяти линии задержки, состоящей из таких ячеек. В других ячейках памяти находятся сигналы , принятые на предыдущих тактах работы устройства. После этого отсчеты с выходов элементов памяти поступают на умножители, на вторые входы которых поступают коэффициенты фильтра. Результаты произведений складываются и формируют отсчет выходного сигнала . Последний этап работы нерекурсивного фильтра заключается в сдвиге содержимого линии задержки на один элемент вправо, при этом первый элемент освобождается для приема нового отсчета сигнала . С его приходом цикл работы нерекурсивного фильтра повторяется.

Набор из коэффициентов при определяет тип нерекурсивного фильтра - ФНЧ, ФВЧ, полосовой фильтр, преобразователь Гильберта. Величина называется порядком нерекурсивного фильтра.

Аналитически алгоритм работы нерекурсивного фильтра можно записать в виде:

, (2.1)

где - конечная импульсная характеристика (КИХ) фильтра;

- количество отсчетов КИХ.

Формула (2.1) представляет собой свертку отсчетов входного дискретного сигнала и отсчетов конечной импульсной характеристики фильтра. Нерекурсивный фильтр, реализующий алгоритм обработки (2.1), часто называют КИХ фильтром.

2.2 Расчет коэффициентов КИХ фильтра

Расчет фильтра производится в среде MatLab с использованием пакета Filter Design and Analysis Tool (FDATool).

Исходные данные для расчёта:

- Граничная частота полосы прозрачности = 1.2 кГц;

- Частота дискретизации = 10 кГц;

- Порядок фильтра: 19;

- Метод расчета - с использованием сглаживающего окна Кайзера с параметром =2,5 (используем в первом случае);

- Второй используемый метод расчёта - метод с использованием окна Хэмминга.

После ввода заданных параметров осуществляется расчет КИХ фильтра (с помощью кнопки Design Filter). [4]

Окно Кайзера с параметром в=2,5; порядок фильтра =19; частота дискретизации = 10 кГц; граничная частота полосы прозрачности фильтра = 1.2 кГц.

Листинг 2.1.Массив коэффициентов h(k) КИХ фильтра в редакторе Edit в среде MatLab. При расчёте фильтра использовался метод Кайзера с в=2.5.

% Generated by MATLAB(R) 8,4 and the Signal Processing Toolbox 6,22,

% Generated on: 08-May-2015 07:14:18

% Coefficient Format: Decimal

% Discrete-Time FIR Filter (real)

% -------------------------------

% Filter Structure : Direct-Form FIR

% Filter Length : 20

% Stable : Yes

% Linear Phase : Yes (Type 4)

Numerator:

-0,0065041457740196221

-0,015124649328759584

-0,017578729886695461

-0,0056461390879967667

0,022115438826829221

0,054925411643134317

0,069918239399893736

0,036865024553908159

-0,088380802089546739

-0,59144964730382499

0,59144964730382499

0,088380802089546739

-0,036865024553908159

-0,069918239399893736

-0,054925411643134317

-0,022115438826829221

0,0056461390879967667

0,017578729886695461

0,015124649328759584

0,0065041457740196221

Для дальнейшей обработки коэффициентов h(k) произведено копирование массива коэффициентов в буфер обмена и введите их в электронную таблицу Excel. После ряда манипуляций (значения коэффициентов h(k) переведены в область целых чисел, вычислены и шестнадцатеричные значения и сформированы их 4-хразрядные значения) таблица обработки данных представлена в следующем виде.

Таблица 2.1. Представление коэффициентов в форме 4-х разрядных шестнадцатеричных чисел. При расчёте фильтра использовался метод Кайзера с в=2.5.

k	h(k)	h(k)*2^14	ДЕС.В.ШЕСТН(Ck;4)	ПРАВСИМВ(Dk;4)
0	-0,0065	-107	FFFFFFFF95	FF95
1	-0,01512	-248	FFFFFFFF08	FF08
2	-0,01758	-288	FFFFFFFEE0	FEE0
3	-0,00565	-93	FFFFFFFFA3	FFA3
4	0,022115	362	016A	016A
5	0,054925	900	0384	0384
6	0,069918	1146	047A	047A
7	0,036865	604	025C	025C
8	-0,08838	-1448	FFFFFFFA58	FA58
9	-0,59145	-9690	FFFFFFDA26	DA26
10	0,59145	9690	25DA	25DA
11	0,088381	1448	05A8	05A8
12	-0,03687	-604	FFFFFFFDA4	FDA4
13	-0,06992	-1146	FFFFFFFB86	FB86
14	-0,05493	-900	FFFFFFFC7C	FC7C
15	-0,02212	-362	FFFFFFFE96	FE96
16	0,005646	93	005D	005D
17	0,017579	288	0120	0120
18	0,015125	248	00F8	00F8
19	0,006504	107	006B	006B

Вышеприведённые характеристики были получены для расчёта методом окна Кайзера с параметром в=2.5. Теперь проведём расчёт другим методом - посредством окна Гаусса с параметром б =1,4. В итоге получаем АЧХ и импульсную характеристику КИХ фильтра, рассчитанного методом окна Гаусса с параметром б =1,4.

Листинг 2.2.Массив коэффициентов h(k) КИХ фильтра в редакторе Edit в среде MatLab. При расчёте фильтра использовался метод Гаусса с б=1.4.

% Generated by MATLAB(R) 8,4 and the Signal Processing Toolbox 6,22,

% Generated on: 14-May-2015 17:52:54

% Coefficient Format: Decimal

% Discrete-Time FIR Filter (real)

% -------------------------------

% Filter Structure : Direct-Form FIR

% Filter Length : 20

% Stable : Yes

% Linear Phase : Yes (Type 4)

Numerator:

-0,0080386346104561329

-0,017002249040225202

-0,018694504122804434

-0,005816381426908445

0,022391970242300673

0,055145974779394577

0,069968823664196947

0,036868388738027398

-0,088423686507553598

-0,59199176438460488

0,59199176438460488

0,088423686507553598

-0,036868388738027398

-0,069968823664196947

-0,055145974779394577

-0,022391970242300673

0,005816381426908445

0,018694504122804434

0,017002249040225202

0,0080386346104561329

Таблица 2.2. Представление коэффициентов в форме 4-х разрядных шестнадцатеричных чисел. При расчёте фильтра использовался метод Гаусса с б=1.4.

k	h(k)	h(k)*2^14	ДЕС.В.ШЕСТН(Ck;4)	ПРАВСИМВ(Dk;4)
0	-0,00804	-132	FFFFFFFF7C	FF7C
1	-0,017	-279	FFFFFFFEE9	FEE9
2	-0,01869	-306	FFFFFFFECE	FECE
3	-0,00582	-95	FFFFFFFFA1	FFA1
4	0,022392	367	016F	016F
5	0,055146	904	0388	0388
6	0,069969	1146	047A	047A
7	0,036868	604	025C	025C
8	-0,08842	-1449	FFFFFFFA57	FA57
9	-0,59199	-9699	FFFFFFDA1D	DA1D
10	0,591992	9699	25E3	25E3
11	0,088424	1449	05A9	05A9
12	-0,03687	-604	FFFFFFFDA4	FDA4
13	-0,06997	-1146	FFFFFFFB86	FB86
14	-0,05515	-904	FFFFFFFC78	FC78
15	-0,02239	-367	FFFFFFFE91	FE91
16	0,005816	95	005F	005F
17	0,018695	306	0132	0132
18	0,017002	279	0117	0117
19	0,008039	132	0084	0084

2.3 Расчет массива отсчетов входного сигнала

В качестве входного сигнала будем использовать гармоническую функцию . Дискретные отсчеты этой функции можно представить в виде:

, (2.2)

где - относительная частота дискретного сигнала .

Заданы следующие значения частоты исходной гармонической функции:

- В левой полосе задерживания КИХ фильтра ==0.8 кГц;

- В полосе пропускания КИХ фильтра ==1.6 кГц;

- В правой полосе задерживания КИХ фильтра ==3.2 кГц.

При заданной частоте дискретизации = 10 кГц для частот , и определим соответствующие относительные частоты дискретных сигналов и их фундаментальные периоды. Результаты расчетов представлены в таблице 2.3.



Таблица 2.3. Определение фундаментального периода

№ пп	Заданные значения частоты	Относительная частота	Фундаментальный период
	кГц
1	0.8		25
2	1.6		25
3	3.2		25

В ходе выполнения работы получим таблицу расчета входного сигнала в форме 4-х разрядных шестнадцатеричных чисел для заданной частоты ==0.8 кГц (Таблица 2.3):

Таблица 2.4. Представление отсчетов входного сигнала для частоты F=F1=0.8 кГц в форме 4-х разрядных шестнадцатеричных чисел.

n	x(n)=SIN(2*ПИ()*2/25*Ak)	Bk*2^10	ДЕС.В.ШЕСТН(Ck;4)	ПРАВСИМВ(Dk;4)
0	0	0	0000	0000
1	0,4818	493	01ED	01ED
2	0,8443	865	0361	0361
3	0,998	1022	03FE	03FE
4	0,9048	927	039F	039F
5	0,5878	602	025A	025A
6	0,1253	128	0080	0080
7	-0,3681	-377	FFFFFFFE87	FE87
8	-0,7705	-789	FFFFFFFCEB	FCEB
9	-0,9823	-1006	FFFFFFFC12	FC12
10	-0,9511	-974	FFFFFFFC32	FC32
11	-0,6845	-701	FFFFFFFD43	FD43
12	-0,2487	-255	FFFFFFFF01	FF01
13	0,2487	255	00FF	00FF
14	0,6845	701	02BD	02BD
15	0,9511	974	03CE	03CE
16	0,9823	1006	03EE	03EE
17	0,7705	789	0315	0315
18	0,3681	377	0179	0179
19	-0,1253	-128	FFFFFFFF80	FF80
20	-0,5878	-602	FFFFFFFDA6	FDA6
21	-0,9048	-927	FFFFFFFC61	FC61
22	-0,998	-1022	FFFFFFFC02	FC02
23	-0,8443	-865	FFFFFFFC9F	FC9F
24	-0,4818	-493	FFFFFFFE13	FE13

Аналогично получим данные для ==1.6 кГц и ==3.2 кГц.

Таблица 2.5 . Представление отсчетов входного сигнала для частоты F=F1=1.6 кГц в форме 4-х разрядных шестнадцатеричных чисел.

n	x(n)=SIN(2*ПИ()*4/25*Ak)	Bk*2^10	ДЕС.В.ШЕСТН(Ck;4)	ПРАВСИМВ(Dk;4)
0	0	0	0000	0000
1	0,8443	865	0361	0361
2	0,9048	927	039F	039F
3	0,1253	128	0080	0080
4	-0,7705	-789	FFFFFFFCEB	FCEB
5	-0,9511	-974	FFFFFFFC32	FC32
6	-0,2487	-255	FFFFFFFF01	FF01
7	0,6845	701	FFFFFFFE87	FE87
8	0,9823	1006	03EE	03EE
9	0,3681	377	0179	0179
10	-0,5878	-602	FFFFFFFDA6	FDA6
11	-0,998	-1022	FFFFFFFC02	FC02
12	-0,4818	-493	FFFFFFFE13	FE13
13	0,4818	493	01ED	01ED
14	0,998	1022	03FE	03FE
15	0,5878	602	025A	025A
16	-0,3681	-377	FFFFFFFE87	FE87
17	-0,9823	-1006	FFFFFFFC12	FC12
18	-0,6845	-701	FFFFFFFD43	FD43
19	0,2487	255	00FF	00FF
20	0,9511	974	03CE	03CE
21	0,7705	789	0315	0315
22	-0,1253	-128	FFFFFFFF80	FF80
23	-0,9048	-927	FFFFFFFC61	FC61
24	-0,8443	-865	FFFFFFFC9F	FC9F

Таблица 2.6 . Представление отсчетов входного сигнала для частоты F=F1=3.2 кГц в форме 4-х разрядных шестнадцатеричных чисел.

n	x(n)=SIN(2*ПИ()*8/25*Ak)	Bk*2^10	ДЕС.В.ШЕСТН(Ck;4)	ПРАВСИМВ(Dk;4)
0	0	0	0000	0000
1	0,9048	927	039F	039F
2	-0,7705	-789	FFFFFFFCEB	FCEB
3	-0,2487	-255	FFFFFFFF01	FF01
4	0,9823	1006	03EE	03EE
5	-0,5878	-602	FFFFFFFDA6	FDA6
6	-0,4818	-493	FFFFFFFE13	FE13
7	0,998	1022	FFFFFFFE87	FE87
8	-0,3681	-377	FFFFFFFE87	FE87
9	-0,6845	-701	FFFFFFFD43	FD43
10	0,9511	974	03CE	03CE
11	-0,1253	-128	FFFFFFFF80	FF80
12	-0,8443	-865	FFFFFFFC9F	FC9F
13	0,8443	865	0361	0361
14	0,1253	128	0080	0080
15	-0,9511	-974	FFFFFFFC32	FC32
16	0,6845	701	02BD	02BD
17	0,3681	377	0179	0179
18	-0,998	-1022	FFFFFFFC02	FC02
19	0,4818	493	01ED	01ED
20	0,5878	602	025A	025A
21	-0,9823	-1006	FFFFFFFC12	FC12
22	0,2487	255	00FF	00FF
23	0,7705	789	0315	0315
24	-0,9048	-927	FFFFFFFC61	FC61



3. Программа моделирования КИХ фильтра

Для моделирования КИХ фильтра будем использовать программный симулятор SSIM25.EXE цифрового процессора сигналов TMS320C25.

3.1 Симулятор SSIM25

Симулятор SSIM25 предназначен для отладки программ цифрового процессора сигналов TMS320C25. После запуска программы симулятора открывается основное окно, представленное на рисунке 3.1. Верхняя строка окна представляет основное меню симулятора, которое содержит 6 разделов: Program, Data, Run, Break, Option и Tool.

Основное окно симулятора разделено на четыре поля: INSTRUCTIONS, REGISTERS, DATA, PROG.

В поле INSTRUCTIONS отображаются команды выполняемой программы. С указанием абсолютного адреса размещения команды, ее машинного кода и мнемонического вида на языке ассемблер.

В поле REGISTERS отображаются содержимое регистров цифрового процессора сигналов TMS320C25 в шестнадцатеричном коде, включая счетчик команд PC.

В поле DATA в шестнадцатеричном коде отображается содержимое памяти данных цифрового процессора сигналов TMS320C25, а в поле PROG отображается содержимое памяти программ.

3.2 Описание программы КИХ фильтра

Каждый отсчет выходного сигнала должен быть вычислен в течение интервала дискретизации T от момента поступления текущего отсчета входного сигнала до момента поступления следующего отсчета входного сигнала . В этом заключается суть работы устройства в реальном масштабе времени. Поэтому сокращение времени вычисления отсчетов выходного сигнала является актуальным вопросом при реализации устройств ЦОС в реальном масштабе времени. В системе команд ЦПОС второго поколения предусмотрены универсальные команды, реализующие операции умножения, аккумулирования и сдвига данных за один машинный такт. В цифровом процессоре сигналов TMS320C25 такой универсальной командой является MACD (multiplay and accumulate with data move).

Цифровой процессор сигналов TMS320C25 имеет внутреннюю память данных объемом 544 16-ти разрядных слова, разделенных на три блока B0, B1 и B3. При этом блоки B1 и B3 размером 256 и 32 слова, соответственно, всегда являются памятью данных, а блок B0 размером 256 слов программируется либо как память данных, либо как память программ. Для конфигурации блока B0 служат две команды. Команда CNFD конфигурирует блок B0 как память данных, а команда CNFP конфигурирует блок B0 как память программ, т.е. указанные команды позволяют динамически изменять карту памяти процессора программными средствами, как это изображено на рисунках 3.2 и 3.3. [5]

Текст программы КИХ фильтра, использующей память данных в соответствии со схемой распределения памяти на рисунке 3.4, представлен в таблице 3.1.

Таблица 3.1. Программа КИХ фильтра.

Адрес	Команда	Описание
0020	CNFP	Блок B0 определяется как память программ.
0021	LDPK >0007	Загрузка указателя DP страницы памяти данных номером 7.
0022	IN >XX,PA0	Cчитывание 16-разрядного слова из внешнего порта PA0 ввода/вывода и запись его в ячейку памяти данных с относительным адресом >ХХ на странице №7. В нашем случае это адрес верхней границы (младший адрес) буфера входных отсчетов , который равен >XX=>007F -N+1. Соответствующий абсолютный адрес равен >380+>007F -N+1= >3FF-N+1, что совпадает с распределением памяти на рисунке 3.4.
0023	LRLK AR1,>03FF	Абсолютный адрес >03FF последней ячейки 7-ой страницы загружается в регистр AR1 для использования в качестве нижней (старший адрес) границы буфера входных отсчетов . Длина буфера равна N.
0025	MAR *,AR1	Выбор регистра AR1 в качестве рабочего регистра.
0026	MPYK 0	Обнуление Р-регистра
0027	ZAC	Обнуление аккумулятора
0028	RPTK >N-1	Повторить выполнения следующей команды N раз.
0029	MACD >FF00,*-	Первый операнд команды MACD равен (PMA)= FF00, что соответствует верхней границе (младший адрес) буфера отсчетов импульсной характеристики КИХ фильтра. Указанное значение загружается в счетчик команд PC. Второй операнд (DMA) команды MACD равен содержимому рабочего регистра, в качестве которого был выбран регистр AR1, и соответствует нижней границе (старший адрес >3FF) буфера входных отсчетов . Команда перемножает текущие значения и . Предварительно производится сложение предыдущего произведения с содержимым аккумулятора. Затем ячейка памяти данных, адресуемая через AR1, копируется в следующую более старшую ячейку памяти данных. Содержимое регистра AR1 уменьшается на 1, а содержимое счетчика команд увеличивается на 1.
002B	APAC	Команда является вспомогательной для выполнения команд LTA, LTD, MAC, MACD и SQRA.
002C	SACH >YY,1	Команда SACH копирует аккумулятор со сдвигом. 32-разрядное число сдвигается влево на 1 разряд и затем старшие 16 бит помещаются в ячейку >YY памяти данных. В нашем случае ячейка >YY используется для хранения выходного отсчета . Адрес >YY можно выбрать любой в диапазоне от >00 до> 007F -N ячеек памяти данных не занятом отсчетами на странице №7.
002D	OUT >YY,PA1	Вывод данных из ячейки памяти в порт PA1.
002E	B >0022	Безусловный переход по указанному адресу. В нашем случае - это организация бесконечного цикла путем перехода к команде считывания очередного выборочного значения сигнала .



3.3 Корректировка программы КИХ фильтра

Перед запуском программы КИХ фильтра в папке C:/306/dsp/ присутствуют следующие файлы:

- FILT - файл, содержащий программу КИХ фильтра;

- Coeff.txt - файл, содержащий массив отсчетов импульсной характеристики. В случае второго метода расчёта фильтра используется файл Coeff1.txt

- IN_F1.TXT - файл, содержащий массив отсчетов входного сигнала для частоты = в форме 4-х разрядных шестнадцатеричных чисел;

- IN_F2.TXT - то же, для частоты =;

- IN_F3.TXT - то же, для частоты =.

Далее необходимо внести изменения в программу КИХ фильтра в соответствии с заданной длиной импульсной характеристики.

Вычислим верхний адрес массива отсчетов входного сигнала в памяти данных симулятора:

>XX = >7F - N + 1 = >7F - >13 = >6C.

С помощью клавиши Tab переходим в поле INSTRUCTIONS и клавишами стрелки выбираем и производим коррекцию адреса ячейки

>XX в следующей команде:

0022 IN >6C,PA0

Выберем t команду RPTK и откорректируем операнд = >13 в этой команде:



0028 RPTK >13

Выберем команды SACH и OUT для корректировки адрес ячейки >YY = >XX-1= >6C - 1 = 6B в этих командах:

002C SACH > 6B, 1

002D OUT > 6B, PA1

Измененную программу сохраняем в файле C:/306/dsp/FILT.

Затем приступаем к моделированию КИХ фильтра при различных частотах входного сигнала.

3.4 Моделирование КИХ фильтра при различных частотах входного сигнала

Фильтрация сигнала на частоте =.

Настраиваем симулятор для работы с файлом C:/306/dsp/IN_F1.TXT входных данных и определяем имя выходного файла - OUT_F1.TXT. После проверки в подменю Option/Data type установки опции TXT записываем в строках IN 0 и OUT 1 подменю Option/ i/o files окна Files for I/O and Serial Ports IN_F1.TXT и OUT_F1.TXT (соответственно).

Затем следует записать массив коэффициентов КИХ фильтра в память данных с адресами от >200 до >213 из подготовленного ранее файла Coeff.txt. Для этого необходимо в открытом окне симулятора войти в основное меню нажатием клавиши F10. В подменю Data/Mem limits вводим следующие адреса:

Start Adr: >200

End Adr: >213.

После в подменю Data/Data Load в открывшемся окне Input RAM LOAD File Name вводим имя файла Coeff.txt и нажимаем клавишу Enter. Далее устанавливаем стартовый адрес >20 программы в счетчике команд (РС) симулятора.

Теперь симулятор готов к проведению программного моделирования работы КИХ фильтра.

Запускаем программу с помощью подменю Run/Run и клавиши Enter.

В результате работы программы КИХ фильтра с входным файлом IN_F1.TXT в файле OUT_F1.TXT записан массив отсчетов выходного сигнала в форме 4-х разрядных шестнадцатеричных чисел для частоты F=F1.

После каждого эксперимента необходимо перевести программу КИХ фильтра в исходное состояние, после чего повторяем эти манипуляции для частот F=F2 и F=F3.

Затем проделаем всё это для второго метода расчёта - метода окна Гаусса с б=1.4. В этом случае используем файл Coeff1.txt, а не Coeff1.txt. В этом случае массивы отсчетов выходного сигнала в форме 4-х разрядных шестнадцатеричных чисел для частот F=F1, F=F2, F=F3 будут записаны в файлы OUT_F11.TXT, OUT_F22.TXT, OUT_F33.TXT соответственно.

3.5 Обработка результатов моделирования КИХ фильтра

Для дальнейшей обработки результатов фильтрации сигналов на частотах F1, F2 и F3, содержащихся в файлах OUT_F1.TXT, OUT_F2.TXT и OUT_F3.TXT, соответственно, переписываем по 41 первому отсчету из каждого файла в электронную таблицу Excel. При этом отрицательные 4-х разрядные числа преобразовываются в 10-ти разрядные (путём дополнения каждого такого числа слева символами FFFFFF). Так же поступим и с файлами OUT_F11.TXT, OUT_F22.TXT, OUT_F33.TXT - для второго метода расчёта фильтра.

В этой таблице для каждой из трех заданных частот приведены выходные отсчеты в виде шестнадцатеричных и десятичных чисел.

Таблица 3.2. Результаты программного моделирования КИХ фильтра

В качестве метода расчёта использовался метод окна Кайзера с в=2.5.

n	y(n) при F=0.8 кГц		y(n) при F=1.6кГц		y(n) при F=3.2 кГц
1	FFFFFFFFFB	-5	0	0	FFFFFFFE14	-492
2	FFFFFFFFEE	-18	2	2	00CB	203
3	FFFFFFFFE6	-26	9	9	01AF	431
4	FFFFFFFFE6	-26	000F	15	FE40	-492
5	FFFFFFFFEF	-17	8	8	FFFFFFFFB	-37
6	1	1	FFFFFFFFF1	-15	000D	13
7	15	21	FFFFFFFFCF	-49	FFFFFFFFE0	-32
8	001F	31	FFFFFFFFB8	-72	FFFFFFFFC4	-60
9	13	19	FFFFFFFFD0	-48	01DF	479
10	FFFFFFFFC1	-63	35	53	FFFFFFFEFA	-262
11	10	16	168	360	88	136
12	20	32	52	82	FFFFFFFDF8	-520
13	18	24	FFFFFFFED7	-297	00E0	224
14	7	7	FFFFFFFE92	-366	01D1	465
15	FFFFFFFFF4	-12	FFFFFFFFC7	-57	FFFFFFFE5C	-420
16	FFFFFFFFE8	-24	012A	298	FFFFFFFFEC	-20
17	FFFFFFFFE6	-18	89	137	001E	30
18	FFFFFFFFEB	-21	01CB	459	FFFFFFFFF6	-10
19	FFFFFFFFF5	-11	FFFFFFFEF6	-266	FFFFFFFFD7	-41
20	1	1	FFFFFFFE09	-503	01D5	469
21	000C	12	FFFFFFFF0B	-245	FFFFFFFE89	-375
22	13	19	00E7	231	FFFFFFFEFF	-257
23	16	22	01DA	474	01F0	496
24	13	19	107	263	FFFFFFFF2A	-214
25	000C	12	FFFFFFFF3A	-198	FFFFFFFEC6	-314
26	1	1	FFFFFFFE25	-475	01F9	505
27	FFFFFFFFF6	-10	FFFFFFFED	-307	FFFFFFFFA4	-92
28	FFFFFFFFED	-19	96	150	FFFFFFFE62	-414
29	FFFFFFFFE9	-23	01D7	471	01BF	447
30	FFFFFFFFEA	-22	162	354	20	32
31	FFFFFFFFF1	-15	FFFFFFFFA4	-92	FFFFFFFE24	-476
32	FFFFFFFFFB	-5	FFFFFFFE3B	-453	174	372
33	6	6	FFFFFFFE72	-398	99	153
34	10	16	16	22	FFFFFFFDA	-518
35	15	21	01A1	417	105	261
36	15	21	01A7	423	010E	270
37	10	16	002A	42	FFFFFFFE14	-492
38	6	6	FFFFFFFE93	-365	00C4	196
39	FFFFFFFFFB	-5	FFFFFFFE61	-415	01A5	421
40	FFFFFFFFF1	-15	FFFFFFFFB8	-72	FFFFFFFE3E	-450
41	FFFFFFFFEA	-22	133	307	FFFFFFFFE2	-30

Исходя из данных таблицы 3.2., получаем графики сигнала на выходе КИХ фильтра при значениях частоты входного сигнала F1, F2 и F3.

В качестве метода расчёта использовался метод окна Кайзера с в=2.5.

Согласно графикам на рисунках 3.5-3.7 при одинаковой амплитуде входного сигнала амплитуда выходного сигнала в установившемся режиме равна:

- единиц на частоте F1=0.8 кГц;

- единиц на частоте F2=1.6 кГц;

- единиц на частоте F3=3.2 кГц;

Для сравнения полученных результатов программного моделирования с теоретическим расчетом АЧХ КИХ фильтра на Рис. 7 оценим величины подавления внеполосных сигналов на частотах

F1=0.8 кГц и F3=3.2 кГц по сравнению с прохождением сигнала на частоте F21.6 кГц в пределах полосы прозрачности фильтра:

дБ;

дБ.

Теперь вновь вернёмся к варианту расчёта методом окна Гаусса с б=1.4

Таблица 3.3. Результаты программного моделирования КИХ фильтра

В качестве метода расчёта использовался метод окна Гаусса с б=1.4

n	y(n) при F=0.8 кГц		y(n) при F=1.6кГц		y(n) при F=3.2 кГц
1	0	0	0	0	0	0
2	1	1	3	3	3	3
3	7	7	000B	11	4	4
4	10	16	10	16	0	0
5	15	21	9	9	FFFFFFFFFD	-3
6	10	16	FFFFFFFFEF	-17	FFFFFFFFF7	-9
7	FFFFFFFFF9	-7	FFFFFFFFCD	-51	FFFFFFFFF0	-16
8	FFFFFFFFD3	-45	FFFFFFFFB7	-73	FFFFFFFFEF	-17
9	FFFFFFFFAE	-82	FFFFFFFFD0	-48	FFFFFFFFFB	-5
10	FFFFFFFFB3	-77	37	55	20	32
11	005D	93	169	361	0,00E+00	0
12	005F	95	51	81	FFFFFFFE0D	-499
13	32	50	FFFFFFFED5	-299	00CF	224
14	2	2	FFFFFFFE90	-368	01B4	436
15	FFFFFFFFE3	-29	FFFFFFFFC8	-56	FFFFFFFE47	-441
16	FFFFFFFFD8	-40	012C	300	FFFFFFFFE5	-27
17	FFFFFFFFDD	1	008B	139	20	32
18	FFFFFFFFE9	-23	01CB	459	FFFFFFFFFB	-5
19	FFFFFFFFF6	-10	FFFFFFFEF3	-269	FFFFFFFFDA	-38
20	1	1	FFFFFFFE06	-506	01D5	469
21	9	9	FFFFFFFF09	-247	FFFFFFFE89	-375
22	10	19	0,00E+00	2,32E+02	FFFFFFFEFF	-257
23	12	18	01DD	477	01EF	495
24	10	19	109	265	FFFFFFFF2A	-214
25	9	12	FFFFFFFF39	-199	FFFFFFFEC7	-313
26	1	1	FFFFFFFE23	-477	01FB	507
27	FFFFFFFFF8	-8	FFFFFFFECC	-308	FFFFFFFFA5	-91
28	FFFFFFFFF1	-15	97	151	FFFFFFFE62	-414
29	FFFFFFFFED	-19	01DA	474	01BF	447
30	FFFFFFFFEE	-18	165	357	20	32
31	FFFFFFFFF4	-12	FFFFFFFFA4	-92	FFFFFFFE24	-476
32	FFFFFFFFFC	-4	FFFFFFFE38	-456	174	372
33	5	5	FFFFFFFE6F	-401	98	152
34	000D	13	15	21	FFFFFFFDF8	-520
35	11	17	01A3	419	104	260
36	11	21	01AA	426	010E	270
37	000D	16	002A	42	FFFFFFFE14	-492
38	5	6	FFFFFFFE91	-367	00C4	196
39	FFFFFFFFFC	-4	FFFFFFFE5E	-418	01A5	421
40	FFFFFFFFF4	-12	FFFFFFFFB8	-72	FFFFFFFE3E	-450
41	FFFFFFFFEE	-18	135	309	FFFFFFFFE2	-30

В качестве метода расчёта использовался метод окна Гаусса с б=1.4.

В качестве метода расчёта использовался метод окна Гаусса с б=1.4.

Согласно графикам на рисунках 3.9-3.11 при одинаковой амплитуде входного сигнала амплитуда выходного сигнала в установившемся режиме равна:

- единиц на частоте F1=0.8 кГц;

- единиц на частоте F2=1.6 кГц;

- единиц на частоте F3=3.2 кГц;

Для сравнения полученных результатов программного моделирования с теоретическим расчетом АЧХ КИХ фильтра на Рис. 7 оценим величины подавления внеполосных сигналов на частотах

F1=0.8 кГц и F3=3.2 кГц по сравнению с прохождением сигнала на частоте F21.6 кГц в пределах полосы прозрачности фильтра:

дБ;

дБ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения работы была изучена архитектура процессора TMS320C25, проведено моделирование фильтра в модуле FDATool программной среды Matlab двумя методами (методом окна Кайзера с параметром в=2.5 и методом окна Гаусса с б=1.4).

Дано описание программы работы фильтра на выбранной программируемой элементной базе. Также были представлены:

1. описание и результаты расчета коэффициентов КИХ фильтра;

2. описание и результаты расчета массивов отсчетов входного сигнала;

3. описание и результаты программного моделирования КИХ фильтра при различных частотах входного сигнала;

4. обработка результатов программного моделирования КИХ фильтра при различных частотах входного сигнала.

Результаты, полученные при расчёте фильтра двумя методами, близки друг другу, что соответствует истине. Приведённые графики сигнала на выходе КИХ фильтра при различных частотах входного сигнала и частоте дискретизации FS= 10 кГц, а также графики входного сигнала данного фильтра свидетельствуют о корректной работе фильтра. Расхождения между начальными областями графиков сигнала на выходе КИХ фильтра при частоте входного сигнала F1=0.8 кГц и частоте дискретизации FS= 10 кГц объясняются разницей в плане подходов к расчёту у двух методов - это расхождение повторяет расхождение участков АЧХ фильтра для F1=0.8 кГц для двух методов. Также при использовании метода окна Кайзера с в=2.5

=-26.6 дБ, при использовании метода окна Гаусса с б=1.4 - =-28.2., это в достаточной степени отличается от других участков, где расхождение не превышает 0.1 дБ (к примеру, в случае частоты F3=3.2 кГц 0.056 дБ).

Теоретически и экспериментально полученные характеристики фильтра в достаточной степени близки: для начальной области графика наибольшее совпадение с экспериментальными имеется у данных, рассчитанных по методу окна Гаусса с б=1.4, для области частот от 1 кГц - у данных, рассчитанных по методу окна Кайзера с в=2.5.

Таким образом, задание курсового проекта можно считать выполненным.



Библиографический список

1) Журнал "Электроника" том 59, No.03 (736), 1986г - пер. с англ. М.: Мир, 1986, стр.11.

2) Интернет-ресурс: http://www.ti.com.

3) Цикин И.А. Свойства сигналов, используемых в радиосистемах. Учебное пособие.- Л., изд. ЛПИ, 1980. 64с.

4) Справочная система MATLAB 6. Filter Design Toolbox.

5) Ветров Ю.В., Радченко Н.Н. Применение программируемой элементной базы в радиотехнических системах. Учебное пособие. СПб., Издательство Политехнического Университета, 2010

Размещено на Allbest.ru