Реферат: Разработка микропроцессорного устройства цифрового фильтра

          Операции NOP предназначены для синхронизации работы АЦП с программой. Также для этой цели было добавлено 4 команды перед операциями над текущим значением отсчета. В составленном алгоритме данные коррекции небыли предусмотрены. Время выполнения программы, реализующей цифровой фильтр, равно 49 мкс. Интервал дискретизации сигнала равен 24,6 мкс, соответственно частота дискретизации равна 41000Гц. В программе используются два перехода: один для обнуления ОЗУ, другой – для возврата программы на место запуска АЦП. При использовании более современных PIC процессоров возможно исключение операций NOP.

6 РАЗРАБОТКА И ОПИСАНИЕ                                      ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ

           Для технической реализации ЦФ необходимы следующие элементы:

-     процессор;

-     ЦАП;

-     Блок питания от сети 220 В, 50 Гц.

Описание процессора:

Основным блоком ЦФ является процессор PIC16C711 (рис.6.1). Приведём краткую характеристику интересующих для данной задачи выводов процессора.

RA4/RTCC - Вход через триггер Шмита. Ножка порта ввода/вывода с открытым стоком или вход частоты для таймера/счетчика RTCC. RA0/AIN0 - Двунаправленная линия ввода/вывода. Аналоговый вход канала 0. Как цифровой вход имеет уровни ТТЛ.

RA1/AIN1 - Двунаправленная линия ввода/вывода. Аналоговый вход канала 1. Как цифровой вход имеет уровни ТТЛ.

RA2/AIN2 - Двунаправленная линия ввода/вывода.Аналоговый вход канала 2. Как цифровой вход имеет уровни ТТЛ.

RA3/AIN3/Vref - Двунаправленная линия ввода/вывода. Аналоговый вход канала 3. Как цифровой вход имеет уровни ТТЛ.

RB0/INT - Двунаправленная линия порта вывода или внешний вход прерывания. Уровни ТТЛ.

RB1 - RB5 - Двунаправленные линии ввода/ вывода. Уровни ТТЛ.

RB6 - Двунаправленные линии ввода/ вывода. Уровни ТТЛ.

RB7 - Двунаправленные линии ввода/ вывода. Уровни ТТЛ.

/MCLR/Vpp - Низкий уровень на этом входе генерирует сигнал сброса для контроллера. Активный низкий. Вход через триггер Шмитта.

OSC1 - Для подключения кварца, RC или вход внешней тактовой частоты.

OSC2 /CLKOUT - Генератор,  выход тактовой частоты в режиме RC генератора, в остальных случаях - для подключения кварца.

Vdd - Напряжение питания.

Vss – Общий (земля).

 

                           RA2/AIN2  1                  18  RA1/AIN1

                    RA3/AIN3/Vref                         RA0/AIN0

                          RA4/RTCC                          OSC1/CLKIN   

                         /MCLR/Vpp                         OSC2/CLKOUT

                                       Vss      PIC16C711     Vdd

                              RB0/INT                          RB7        

                                      RB1                         RB6

                                  RB2                             RB5              

      RB3   9                 10   RB4

Рисунок 6.1 – Выводы процессора PIC16C711

       Описание ЦАП:

В качестве ЦАП используется микросхема фирмы Analog Devices AD7302. Данный ЦАП имеет следующие основные характеристики:

AD7302 двойной, 8-битный ЦАП, который работает от однополярного  источника питания с напряжением +2.7 - +5.5 В. AD7302 имеет интерфейс, совместимый параллельным выходом микропроцессоров и цифровых сигнальных процессоров (DSP). Интерфейс обладает высокоскоростными регистрами и двойной буферизированной логикой. Данные загружаются при повышенном уровне на CS или WR. С помощью пина ~A/B  выбирают какой из 2 встроенных ЦАП будет использоваться.

Приведём краткую характеристику интересующих для данной задачи выводов ЦАП.

D7-D0 - Параллельные информационные входы. 8-битные  данные загружаються  во входной регистр  AD7302 под управлением CS и  WR.

CS - Выбор кристалла. Активный низкоуровневый логический ввод.

WR -  Ввод записи. Активный низкоуровневый логический ввод. Используеться вместе CS и A/B, чтобы писать данные в регистр выбранного ЦАП.

A/B – Выбор ЦАП.

PD – Активный низкоуровневый ввод, используемый для перехода в режим потребления малой мощности.

LDAC – Логический ввод загрузки ЦАП. Когда на этот ввод подаеться низкий уровень, оба ЦАП синхронно обновляются со своими регистрами.

CLR – Асинхронный вход сброса. Когда на него подаеться низкий уровень, все регистры ЦАП обнуляються и на выход напряжение не поступает.

Vdd – Напряжение питания.

REFIN – Внешний ввод ссылки. Может использоваться как ссылка для обоих ЦАП. Диапазон этого ввода 1 В – Vdd/2.

AGND – Земля для аналоговой части микросхемы.

VoutB – Аналоговый вывод ЦАП B.

VoutA – Аналоговый вывод ЦАП А.

DGND – Земля для цифровой части схемы.

 

                                     DB7  1                  20  DGND

       DB6                             VoutA

                                      DB5                         VoutB     

                                      DB4                         AGND

                                      DB3        AD7302        REFIN

                                      DB2                         Vdd        

                                      DB1                         CLR

                                  DB0                             LDAK          

       CS                               PD

       WR  10                 11  A/B

Рисунок 6.2 – Выводы ЦАП AD7302

        Блок питания от сети 220 В, 50 Гц :

На рисунке 6.3 приведена простая схема блока питания на 3 В (ток в нагрузкеке 200 мА) с автоматической электронной защитой от перегрузки (Iз = 250 мА). Уровень пульсации выходного напряжения не превышает 1 мВ.В схеме в качестве источника опорного напряжения используется светодиод HL1. Трансформатор Т1 можно приобрести из унифицированной серии ТН любой, но лучше использовать самые малогабаритные ТИ1-127/220-50 или ТН2-127/220-50. Подойдут также и многие другие типы трансформаторов со вторичной обмоткой на 5...6 В. Конденсаторы С1...СЗ типа К50-35. Схема использует интегральный стабилизатор DA1, для нормальной работы микросхемы необходимо, чтобы входное напряжение превышало выходное не менее чем на 3,5 В. Это снижает КПД стабилизатора за счет тепловыделения на микросхеме — при низком выходном напряжении мощность, теряемая в блоке питания, будет превышать отдаваемую в нагрузку. Необходимое выходное напряжение устанавливается подстроечным резистором R2. Микросхема устанавливается на радиатор.

           

Рисунок 6.2 – Схема генератора

ВЫВОД

          Спроектированная система является достаточно простой. Схема электрическая принципиальная составлялась на ПК с использованием пакета ACCEL. С помощью утилит, входящих в данный пакет, можно провести трассировку  печатной платы по готовой схеме электрической принципиальной и довести проект до готового изделия.

          По результатам курсового проекта можно оценить погрешности связанные с оцифровкой сигнала. Основную погрешность будет вносить ограниченная восемью разрядами шина АЦП, чем больше уровней квантования - тем лучше. Также, ввиду отсутствия операций с плавающей точкой, деление на два нечетных чисел будет давать неточный результат.

          Для оцифровки аналоговых сигналов должно выполняться условие . На практике и выше для улучшения качества передаваемого сигнала. Спектр речевого сигнала качественной телефонии  составляет 0,3 – 3,4 кГц в соответствии с установленным международным стандартом. Цифровой фильтр, спроектированный в ходе курсовой работы, удовлетворяет требованиям обработки не только сигналов качественной речи, но и сигналов с верхней частотой спектра 15..20кГц (музыка, каналы ШК и т.д.).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.   Калабеков Б. А. Микропроцессоры и их применение в системах

     передачи и обработки сигналов: Учеб. Пособие для вузов. – М.:  

     Радио и связь, 1988. – 368с.: ил.

2.   Корнеев В. В., Киселев А. В. Современные микропроцессоры. – М.:НОЛИДЖ, 1998. – 240 с.; ил.

3.   MICROCHIP PIC16/17 MICROCONTROLLER DATA BOOK.

4.   Документация на CD, поставляемая компанией MICROCHIP.