Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство связи

Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования

“Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики” (ФГОБУ ВПО “СибГУТИ”)

Курсовая работа по дисциплине

«Программное обеспечение инфокоммуникационных технологий»

на тему: «Расчёт параметров селективных АЦП с передискретизацией»

Выполнил: Баздырев С.А.

Проверил: Оболонин И.А.

Новосибирск 2021



Содержание

Введение

1. Задание на курсовое проектирование

2. ИКМ - преобразователь с передисретизацией

3. Аналоговый фильтр нижних частот

3.1 Расчёт элементов схемы АФНЧ

4. Листинг программы

4.1 Расчет АЧХ аналогового ФНЧ Баттерворта

4.2 Расчет цифрового фильтра Чебышева 1-го рода

Вывод

Список литературы



Введение

Целью выполнения курсовой работы является приобретение навыков применения пакета прикладных программ MathCAD.

Исходя из цели курсовой работы можно определить основные задачи:

1) Изучить основные положения синтаксиса среды MathCAD и правила выполнения расчетов и построения графиков в ней.

2) Проведение расчета и анализа полученных результатов для такого важного элемента техники телекоммуникаций как частотно-селективные устройства (фильтры).

3) Построение графиков зависимостей группового времени запаздывания от частоты, амплитудно-частотных характеристик выбранных типов фильтров и схема АФНЧ.

Во многих радиотехнических устройствах часто возникает необходимость выделения заданных частотных диапазонов из имеющегося спектра частот. Выделение требуемой полосы частот с очень малым затуханием осуществляется фильтрами.

В начале нашего столетия электрические фильтры, составленные из ряда катушек индуктивности и конденсаторов, получили широкое применение в технике. Благодаря их применению оказалось возможным осуществление многих магистралей дальней телефонной, телеграфной и других видов связи.

При расчете фильтра, с одной стороны, необходимо определить, с какими допустимыми искажениями передается входной сигнал, являющийся функцией частоты или времени, на выход фильтра, и, с другой стороны, из каких конкретных элементов должен состоять этот фильтр. Получение наивыгоднейших выходных характеристик с минимальными искажениями и создание принципиальной схемы фильтра с минимальным числом элементов, осуществляющей требуемую передачу сигнала, является содержанием расчета фильтров.

В данной курсовой работе нам предоставляется возможность благодаря программной среде MathCAD рассчитать параметры различных фильтров и их элементов.

1. Задание на курсовое проектирование

В процессе выполнения задания необходимо:

1) привести структурную схему АЦП с передискретизацией и описать назначение каждого элемента этой схемы;

2) по данным таблицы 1 (в соответствии с вариантом задания, № варианта определяется последней цифрой студенческого билета либо № в списке группы ) выбрать данные для расчета аналогового фильтра нижних частот (АФНЧ) Расчет характеристик фильтра ведется по заданным значениям неравномерности группового времени запаздывания (A_max, дБ) в полосе пропускания (граничная частота f_PP ) и требуемому затуханию (A_min, дБ) на граничной частоте полосы непропускания (f_pn) (рис. 1)

Рисунок 1 Значениям неравномерности группового времени запаздывания (A_max, дБ) в полосе пропускания (граничная частота f_PP ) и требуемое затухание (A_min, дБ) на граничной частоте полосы непропускания (f_pn)

3) рассчитать минимальный порядок АФНЧ заданного типа;

4) для фильтра рассчитать с помощью программной среды MathCAD амплитудно-частотную (АЧХ), фазо-частотную (ФЧХ) характеристики и зависимость группового времени запаздывания от частоты (ф(w));

5) сравнить полученные значения времени запаздывания с нормами для звуковых сигналов в радиовещательных трактах (таблица 2). Если полученные значения для заданного типа АФНЧ не удовлетворяют нормам, то необходимо уменьшить требования к АФНЧ по A_min на 2-10 дБ, пока требования не будут удовлетворяться и повторить расчеты;

6) произвести расчеты элементов схемы аналогового фильтра и составить ее;

7) для цифрового фильтра определить требуемое затухание на граничной частоте полосы непропускания, равной

дБ,

здесь - рабочее затухание АФНЧ;

8) выполнить расчет АЧХ, ФЧХ и группового времени запаздывания ф(w) для заданного вида цифрового фильтра нижних частот (ЦФНЧ) - таблица 3;

9) произвести анализ полученных результатов.

Для выполнения курсового проекта достаточно методических указаний и лекционного материала.

Пояснения к обозначениям в таблице 1, 2, 3.

· f_в ( обычно f_PP = f_в )- верхняя частота звукового сигнала, соответствует граничной полосы пропускания ФНЧ (обычно при расчете фильтра принимается в качестве нормирующей частоты);

· А_min - рабочее затухание на граничной частоте полосы непропускания АФНЧ (выбирается равной половине частоты дискретизации f_д из таблицы 3);

· А_max - неравномерность затухания в полосе пропускания АФНЧ;

· f_д - исходная частота дискретизации (f_д ? 2f_в);

· - неравномерность затухания в полосе пропускания ЦФНЧ;

В таблице 2 заданы нормы на групповое время запаздывания (ф_d) для ряда частот в соответствии со стандартами для трактов радиовещательных сигналов.

В таблице 3 в строке «тип фильтра» букве Ч1 соответствует фильтр Чебышева 1-го рода, Б - Баттерворта и К - Кауэра.

Таблица 1

Данные для расчета аналогового фильтра нижних частот (АФНЧ)

№	7
Amin, дб	16
Amax, дб	1
Wn	1,6
fв, кГц	16
Тип АФНЧ	Б

Таблица 2

Нормы для звуковых сигналов в радиовещательных трактах

f, Гц	40	75	100	6400	7000	14000	15000
фd, мс	55	24	20	5	10	8	12

Таблица 3

Заданный вид цифрового фильтра нижних частот (ЦФНЧ)

№	7
fд, кГц	48
, дб	1,2
Тип фильтра	Ч1



2. ИКМ - преобразователь с передисретизацией

В устройствах цифровой записи и воспроизведения звука важное место в обеспечении высоких качественных показателей занимают устройства аналогоцифрового и цифроаналогового преобразований (ИКМ кодеры и декодеры).

Рисунок 2 Структурная схема ИКМ кодера

В состав ИКМ кодера входит фильтр нижних частот (ФНЧ), ограничивающий спектр входного сигнала и предотвращающий появление помех субдискретизации.

После фильтрации аналоговый сигнал подвергается дискретизации, квантованию и кодированию в АЦП, работающим на повышенной частоте субдискретизации fд1=n fд.

Чем выше fд1, тем ниже требования к входному ФНЧ, выше качество преобразования и сложнее (а, следовательно, и дороже) АЦП.

После АЦП ставится цифровой фильтр, осуществляющий фильтрацию сигнала. Он имеет параметры: частоту среза fср, неравномерность АЧХ в полосе аудиосигнала Amax, подавление сигнала на частоте fд/2 не менее Amin. Цифровой фильтр с такими параметрами предотвратит наложение спектров цифрового сигнала при дальнейшем понижении частоты субдискретизации.

После цифрового фильтра ставится дециматор, понижающий частоту субдискретизации fд1 в n раз до необходимого значения fд.



3. Аналоговый фильтр нижних частот

Аналоговые электронные устройства (АЭУ) - это устройства увиливания и обработки аналоговых электрических сигналов, выполненные на электронных приборах.

Преимущества аналоговых устройств - сравнительная простота, надёжность и быстродействие.

К аналоговым относятся сигналы, которые изменяются по тому же закону, что и отражаемые (описываемые) ими физические процессы. Аналоговые сигналы заданы во все моменты времени. Аналоговый сигнал как функция времени может быть наглядно представлен графически или

3.1 Расчёт элементов схемы АФНЧ

Активные фильтры формируются в виде каскадного соединителя четырехполюсников, обладающих относительно простой структурой и называемых звеньями ARC - фильтра. Поскольку в данной курсовой работе наименьший порядок фильтра был равен 4, то функция нижних частот будет реализована двумя звеньями второго порядка.

Рисунок 3 Звенья ARC - фильтра

Активный фильтр нижних частот второго порядка с отрицательной обратной связью



Рисунок 4 Звено второго порядка, используемое в фильтре



4. Листинг программы

Определение порядка фильтров:

Порядок фильтра Баттерворта:

4.1 Расчет АЧХ аналогового ФНЧ Баттерворта

Полюсы функций определяются по формуле:



Рисунок Нормированная АЧХ аналогового фильтра Баттерворта

Рассчет рабочего затухания фильтра Баттерворта:



Рисунок Рабочее затухание фильтра Баттерворта

Расчет ФЧХ:

ФЧХ фильтра является аргументом комплексной функции передачи:

Рисунок ФЧХ аналогового фильтра Баттерворта

Рассчет группового времени запаздывания:

Рисунок Групповое время запаздывания аналогового ФНЧ Баттерворта

Построение графика нормы и группового запаздывания:

Рисунок ГВЗ фильтра Баттерворта и идеального АФНЧ

Схема АФНЧ

Мы имеем фильтр 6-го порядка, который можно реализовать тремя звеньями передаточной функцией второго порядка.

Реализаци звеньев

Рассчитаем элементы схемы АФНЧ:

Рассчитаем элементы 1-го звена 2-го порядка:

Выбираем сопротивление 1 кОм

Расчет первого звена второго порядка:

Расчет второго звена второго порядка:



Расчет третьего звена второго порядка:



4.2 Расчет цифрового фильтра Чебышева 1-го рода

По данным варианта расчитаем перид дискретизации:

Рассчитаем (билейное) Z преобразование

Рассчитаем порядок:

Рассчитаем полюса:



Построим передаточную функцию цифрового фильтра Чебышева:

Рисунок АЧХ цифрового фильтра Чебышева

Построим рабочее затухание цифрового фильтра:



Рисунок Рабочее затухание аналогового ФНЧ Чебышева

Построим групповое время запаздывания:

Рисунок Групповое время запаздывания аналогового ФНЧ Чебышева

Построим ФЧХ цифрового фильтра Чебышева:

Рисунок ФХЧ аналогового ФНЧ Чебышева



Вывод

график mathcad зависимость фильтр

В результате выполнения работы были выполнены поставленные задачи:

1) Изучены основные положения синтаксиса среды MathCAD и правила выполнения расчетов и построения графиков в ней.

2) Проведены расчет и анализ полученных результатов для такого важного элемента техники телекоммуникаций как частотно-селективные устройства (фильтры).

3) Построены графики зависимостей группового времени запаздывания от частоты, амплитудно-частотных характеристик выбранных типов фильтров и схема АФНЧ.



Список литературы

1. Единая система конструкторской документации. Обозначения условные графические в схемах. ГОСТ 2.723 - 68, ГОСТ 2.725 - 68, ГОСТ 2.728 - 74, ГОСТ 2.729 - 68, ГОСТ 2.730 - 73. Официальное издание. Москва.

2. И.А. Оболонин. Задания и методические указания по выполнению курсовой работы по дисциплине «Запись аудиосигналов»./ СибГУТИ. - Новосибирск 2010. - 41 с.

3. Ищук А.А., Оболонин И.А. Проектирование радиотехнический устройств в среде «MatchCAD». Учебное пособие. - Новосибирск: СибГУТИ, 2008.

4. Катунин Г.П., Мамчев Г.В., Попантонопуло В.Н., Шувалов В.П. Телекоммуникационные системы и сети. т.2. Учебное пособие. Новосибирск. ЦЭРИС, 2000.

5. Конспект Лекций.

6. Оболонин И.А. Задания и методические указания по выполнению курсовой работы по дисциплине «Программное обеспечение инфокоммуникационных технологий»

Размещено на Allbest.ru