цифровая обработка сигнала. ПЗ исправленный!. Анализ технического задания
 Скачать 3.62 Mb.
|
ОглавлениеВведение 4 1. Анализ технического задания 7 2. Разработка структурной схемы 7 3 Выбор элементной базы 9 3.1.Выбор процессора ЦОС 9 3.2. Выбор микроконтроллера 22 4 Разработка алгоритмов работы и особенности фукционирования 25 4.1.HOST-интерфейс 25 4.2.Выбор кварцевого резонатора 28 4.3. Выбор сторожевого таймера и супервизора 29 4.4. Контроллер LCD дисплея 32 4.5.Выбор кодека 33 4.6. Обмен информации между ПЦОС и кодеком 35 4.7. Выбор последовательного порта 37 4.8 Выбор кварцевого резонатора и синхронизация всех микросхем. 38 5. Программная реализация 40 Заключение 49 Список литературы 50 Приложения 52 ВведениеЦифровые процессоры обработки сигналов (ЦПОС) появились намного позже микропроцессоров общего назначения. Их разработка была обусловлена спецификой алгоритмов ЦОС, которые обычно сводятся к вычислениям разнообразных сумм, где каждое слагаемое представляет собой произведение двух сомножителей. Отсюда следует, что в алгоритмах ЦОС наиболее распространенной является операция, представляющая собой комбинацию операций умножения с накоплением, названная базовой операцией ЦОС. ЦПОС предназначены для реализации алгоритмов ЦОС и систем управления в реальном времени. ЦПОС являются одной из разновидностей микропроцессоров, четко выделившейся в отдельное направление развития электронной индустрии. Традиционно, во многих радиотехнических устройствах, аналоговая обработка сигнала является более дешевым способом достижения результата. Однако, когда требуется высокая точность, миниатюрность и стабильность параметров - альтернативы цифровой обработке нет. Исторически сложилось так, что методы цифровой обработки сигналов разрабатывались для решения задач реального времени в оборонных отраслях. Например, для обнаружения самолетов и борьбы с ними служили комплексы, состоящие из радиолокаторов, управляющих вычислительных машин и ракетных установок. Первый цифровой процессор обработки сигналов (ЦПОС) TMS320C10 с производительностью 5 миллионов операций в секунду фирмы TexasInstruments появился в начале 80-х годов XX века. Современный рынок представлен большим разнообразием ЦПОС с производительностью, достигающей нескольких миллиардов операций в секунду. Фантастические, непрерывно возрастающие темпы совершенствования ЦПОС в свою очередь активизируют разработку новых методов и алгоритмов цифровой обработки сигналов (ЦОС) все возрастающей вычислительной сложности. Разработками в области процессоров цифровой обработки сигналов традиционно занимаются такие фирмы как TexasInstruments с широко известной серией процессоров TMS320C, AnalogDevices (ADSP-21XX), Motorola (серия DSP56XXX), Hitachi (SP-DSP), NEC, Siemens, Zilog. Тенденция последнего развития процессоров ЦОС состоит в использовании двух и более аппаратных устройств умножения-накопления, что позволяет, по меньшей мере, удвоить вычислительную мощность цифровой обработки. Другой интересной инновацией явилось использование фирмой TexasInstruments в процессоре TMS320C67 сверхдлинного командного слова - а именно длиной 128 разрядов, что позволяет говорить о максимальной глубине параллелизма в 8 команд за один процессорный такт. Другое направление – интеграция на одном кристалле функциональных возможностей обычных процессоров обработки данных и процессоров, предназначенных для цифровой обработки сигналов. Добавления устройства умножения с накоплением результата в структуру обычного процессора обработки данных позволяет фирмам Motorola, NEC, SGSThompson говорить о расширении функциональных возможностей предлагаемых на рынок процессоров. Крайний случай интеграции – объединение на одной подложке полноценных процессоров данных и цифровой обработки сигналов – Hyperstone, Siemens, ZSP. Среди многочисленных задач, решаемых на базе ЦОС, можно выделить группу наиболее полно характеризующих как традиционные, так и нетрадиционные области применения ЦОС. Каждая задача – в зависимости от конкретного приложения – может решаться с использованием различных методов и алгоритмов, например, задача выделения сигнала из помех может решаться методами линейной, адаптивной и нелинейной фильтрации. В свою очередь, цифровая линейная фильтрация может быть осуществлена алгоритмами КИХ - или БИХ – фильтрации. Основные особенности, характеризующие цифровые процессоры обработки сигналов: быстрая и гибкая арифметика, возможность выполнения операций умножения и умножения с накоплением за один командный цикл; защита от переполнений при вычислении сумм; расширенный динамический диапазон для операций сложения и умножения с накоплением, обеспечивающий высокую точность вычислений; целесообразность выборки двух операндов за один цикл для повышения быстродействия операций; гибкая система адресации с учетом специфики алгоритмов ЦОС, в частности, наличие модульной и бит-реверсивной адресации для организации циклических буферов; эффективная организация циклов и ветвлений. 1. Анализ технического заданияЗадание на курсовое проектирование связано с проектированием системы ЦОС на основе микропроцессоров одной из ведущих фирм - Motorola (ныне FreescaleSemiconductor процессоры семейств DSP56ХXX и DSP96ХХX). При проектировании системы необходимо обеспечить ввод и вывод аналоговых сигналов. Частотный диапазон, точность преобразования аналоговых сигналов, а также количество входных каналов заданы в техническом задании (ТЗ). При разработке функциональной схемы необходимо учесть требования ТЗ к количеству процессоров ЦОС, наличию внешней памяти у процессоров ЦОС и организации последовательного канала связи HOST-процессора. Разработка программного обеспечения связана с решением таких задач, как реализация быстрого преобразования Фурье (БПФ), преобразования Хартли, преобразования звуковых сигналов (реверберация, эхокомпенсация, децимация идр), цифровая генерация сигналов , а также реализацией полосовых фильтров (ПФ) или фильтров низкой частоты (ФНЧ) с конечной импульсной характеристикой (КИХ) или с бесконечной импульсной характеристикой (БИХ). 2. Разработка структурной схемыВвод и преобразование входных аналоговых сигналов осуществляется с помощью АЦП, вывод информации в аналоговой форме выполняется цифро-аналоговым преобразователем. Для управления работой сигнальных процессоров и устройствами ввода-вывода использован микроконтроллер. Связь с внешними устройствами осуществляется через последовательный канал USB. Современная система ЦОС состоит из следующих основных компонентов: HOST процессор, как правило, реализованный на универсальном микроконтроллере, например MCS 51, обеспечивающем дружественный интерфейс с пользователями и управление процессорами ЦОС; Клавиатура и дисплей используются для управления, настройки и отображения состояния системы; Последовательный интерфейс необходим для взаимодействия с удаленными объектами по последовательному каналу связи. Тип интерфейса определен в техническом задании; Процессоры ЦОС непосредственно реализуют заданный алгоритм цифровой обработки сигналов; Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) и цифроаналоговые преобразователи (ЦАП). Возможные структурные схемы для реализации данной системы представлены на рисунках 2.1 и 2.2.  Рис.2.1. Структурная схема №1  Рис.2.2. Структурная схема №2 На основе анализа структурных схем более предпочтительно выглядит схема № 2, так как в 1-ой схеме используется четыре микросхемы АЦП и ЦАП, когда как во второй схеме используется одна схема кодека, в которой реализовано аналого-цифровое и цифро-аналоговое преобразование. |