17566

Фільтри та пристрої синхронізації

Лабораторная работа

Информатика, кибернетика и программирование

Лабораторна робота №8 з дисципліни: Автоматизоване проектування ТЗЗІ Тема: Фільтри та пристрої синхронізації Теоретическая часть Фильтры Фильтрами называют устройства обеспечивающие выделение из входного сигнала тех или иных временных time domain или часто...

Украинкский

2013-07-04

157 KB

0 чел.

Лабораторна робота №8

з дисципліни: «Автоматизоване проектування ТЗЗІ»

Тема: «Фільтри та пристрої синхронізації»

Теоретическая часть

Фильтры

Фильтрами называют устройства, обеспечивающие выделение из входного сигнала тех или иных временных (time domain) или частотных (frequency domain) составляющих.

В течение длительного времени, начиная с первых шагов развития, в электросвязи и радиотехнике широкое распространение получили аналоговые фильтры на основе индуктивных и емкостных элементов, а также электромеханических и пьезокерамических резонаторов. Такие элементы имеют большие габариты, достаточно сложную технологию изготовления и, в связи достижениями микроэлектроники, успешно заменяются цифровыми фильтрами, построенными на элементах временной задержки и цифровых блоках. Так, например, такие фильтры являются основой цифровых сигнальных процессоров, обеспечивающих резкое снижение стоимости и повышение качества фильтрации.

Цифровой фильтр – это фактически дискретно-временная система, преобразующая цифровой входной сигнал в модифицированный цифровой выходной. Математически он описывается системой дифференциальных уравнений, которая обычно представляется в конечно-разностном виде:

(7.1)

Это уравнение представляет отношение между -м отсчетом выходного сигнала,  предыдущими и  последующими значениями отсчетов входного сигнала .

Фильтры могут задаваться также передаточными характеристиками. Например, если уравнение дискретного фильтра класса time domain задано в виде , то он может быть создан как в виде устройства с отдельными блоками, так и в виде блока с передаточной функцией .

Согласно дуальности (двойственности) понятий времени и частоты, временные и частотные фильтры могут быть преобразованы друг в друга. Наиболее распространены частотные фильтры, характеризующиеся АЧХ, ФЧХ характеристиками и реализованными в них математическими функциями. По виду АЧХ фильтры делятся на Low Pass – низкочастотные (ФНЧ); High Pass – высокочастотные (ФНЧ); Band Pass – полосовые (ПФ); Stop Pass – полосовые заградительные (ЗФ) фильтры. По используемым математическим функциям фильтры делятся на фильтры Баттерворта (Butterworth), Бесселя (Bessel), Чебышева (Chebyshev) и др.

Фильтр Бесселя обеспечивает одинаковую временную задержку сигналов всех частот, максимально плоскую АЧХ (без колебаний в полосе пропускания и задержки) и потому часто используется для частотной селекции. Фильтр не искажает сигнал, спектр которого лежит в пределах полосы пропускания, однако переходная характеристика этого фильтра имеет небольшое перерегулирование (выброс).

Фильтр Баттерворта имеет максимально плоскую АЧХ, что делает его предпочтительным для частотной селекции; все производные фильтра от первой до ()-й равны нулю. Нормированная АЧХ такого фильтра -го порядка задается аппроксимацией: , где  – нормированная частота (относительно частоты среза ).

Фильтры Чебышева (прямой и инверсный) обеспечивают максимальное подавление сигнала в области частот выше частоты среза. Они имеют колебательную АЧХ, но эти колебания одинаковы по уровню. Наилучшей для этих фильтров считается следующая аппроксимация: , где  – коэффициент, определяющий неравномерность АЧХ в полосе пропускания;  – полином Чебышева первого рода -го порядка. В полосе пропускания подкоренное выражение колеблется между 1 и .

Рассматриваемые в VisSim цифровые фильтры делятся на два больших класса:

IIR (Infinity Impulse Response) – рекурсивные фильтры с бесконечной импульсной характеристикой;

FIR (Finite Impulse Response) – нерекурсивные фильтры с конечной импульсной характеристикой, для которых в формуле (7.1) все .

Устройства синхронизации

Вопросы синхронизации наиболее остро стоят в синхронных системах передачи информации. Для надежного выделения на приемной стороне синхроимпульсов используются различные методы, включая и специальное кодирование (см разд. 4 6). На рис 7.18 показаны некоторые схемы аппаратной поддержки синхронизации приемников, на всех схемах выходной сигнал снимается с зажима U0, а выделенный тем или иным образом синхроимпульс подается на зажим U1.

Рис. 7.18. Схемы фазировки синхросигналов в приемнике

В схеме на рис 7.18,а выделенный в приемнике из информационной последовательности сигнал синхронизации поступает на вход  фазового детектора PhDet, а на его другой вход  – сигналы тактового генератора Osc. Если эти два сигналы не сфазированы (смешены по фазе), то разность фаз преобразуется детектором в пропорциональный ей сигнал, который через блок управления ContrDr воздействует на генератора Osc таким образом, чтобы его фаза (соответственно, и частота) отличалась на величину, определяемую коэффициентом усиления в петле отрицательной обратной связи. Распространенной реализацией такой схемы является использование управляемого напряжением генератора и усилителя выходного сигнала детектора в качестве блока управления.

В схеме на рис 7.18,б на вход детектора  подается сигнал с преобразователя Ref. в качестве которого используется двоичный или реверсивный счетчик. В первом случае, в зависимости от соотношения фаз на входах фазового детектора, блок управления ContrDr добавляет или вычитает некоторое количество импульсов из содержимого счетчика (возможен вариант и программируемого счетчика, коэффициент счета которого  меняется блоком управления). Во втором случае блоком управления осуществляется переключение направления счета – суммирование или вычитание. Очевидно, что частота генератора Osc должна быть выше тактовой в К раз.

Схема на рис 7.18,в относится к классу разомкнутых (без обратной связи), т. е. предполагается, что тактовая частота надежно выделяется из информационного потока. В этой схеме частота тактового сигнала удваивается блоком DoubF и через узкополосный фильтр , настроенный на частоту тактового сигнала, и фазовращатель PhChang подается на усилитель-ограничитель Аmр для формирования прямоугольных импульсов тактовой частоты. Удвоение частоты вводится в целях повышения надежности выделения сигналов тактовой частоты в случае нарушения периодичности следования информационных нулей и единиц. Фазовращатель предназначен для компенсации задержки сигнала в удвоителе и фильтре. Устойчивая работа схемы обеспечивается при изменении тактовой частоты передатчика, не превышающем полосы пропускания фильтра.

Ход работы

1. Конструирование IIR-фильтров

В диалоговом окне блока TransferFunction задаем коэффициенты передаточной функции :

В результате моделировани имеем:

Вызываем диалоговое окно конструктора IIR-фильтра, задаем необходимые параметры:

Method – Chebyshev (Чебышева);

Туре – тип фильтра по виду АЧХ: Low Pass (низкочастотные);

Specification Method – порядок (Order) фильтра – 3-й;

Advanced Options – погрешности (Epsilon) – 0,05 при Band Gain по умолчанию;

Frequency Specifications – частота среза – 10 Гц;

Сразу же производится расчет коэффициентов передаточной функции.

В результате моделировани имеем:

2. Конструирование FIR-фильтров

Вызываем диалоговое окно конструктора FIR-фильтра, задаем необходимые параметры:

Order – порядок фильтра – 5-й;

Kind Filter – тип устройства: FIR Filter;

Band Specification – спецификация полосы пропускания: нижняя частота (Start Freq) – 0 Гц, верхняя (End Freq) – 10 Гц, ширина полосы пропускания (Band Weight) – 10 Гц, коэффициент передачи в полосе пропускания (Band Gain) – 1. Сразу же производится расчет коэффициентов передаточной функции.

В результате моделировани имеем:


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

1567. Внутренние методы диагностики беременности вагинальный и ректальный 19.26 KB
  Вагинальный метод диагностики беременности включает осмотр и пальпацию. Метод пальпации заключается во введении руки во влагалище и в прощупывании плода через свод влагалища.
1568. Врожденное бесплодие: инфатилизм, фриматизм, гермафродизм и другие 22.64 KB
  Бесплодие — это потеря животным способности к воспроизводству при нарушении функции размножения взрослого организма. Врожденное бесплодие — неспособность к воспроизводству как следствие аномалий развития полового аппарата самцов и самок.
1569. Гигиена нормальных родов. Прием новорожденного и уход за ним. Уход за родильницей 22.24 KB
  Роды - сложный физиологический процесс, заключается в выведении зрелого, жизнеспособного плода и его плодной оболочки из полости матки через родовые пути. Родовые пути-шейка матки, влагалище и его преддверие, вульва.
1570. Финансовая система Российской Федерации 199.5 KB
  Финансовая система РФ: понятие, структура. Фонды социального страхования. Пособие по временной нетрудоспособности. Единовременное пособие женщинам, вставшим на учет в женской консультации в ранние сроки беременности. Пособие по беременности и родам выплачивается застрахованной женщине за весь период отпуска по беременности и родам продолжительностью.
1571. Підприємницька діяльність як суб’єкт господарювання 204.27 KB
  Охарактеризувати сфери і напрямки діяльності підприємств. Розкрити сутність добровільних об’єднань підприємств. Розкрити сутність життєвого циклу підприємства та характеристика його етапів. Характеристика соціальної інфраструктури підприємства. Охарактеризувати організаційні структури управління підприємством.
1572. Реконструкція житлового кварталу в центральній частині міста 58.25 KB
  Місцеположення кварталу відносно центру міста – квартал знаходиться в центральній частині міста і розміщається у ІІ зоні містобудівної цінності. Планувальна структура, границі й розміри території (га), функціональне зонування.
1573. Супружеские конфликты в молодых семьях 712.55 KB
  Особенности стиля поведения и механизмов психологических защит в супружеских конфликтах у членов молодых семей. Мужчины и женщины из молодых семей в конфликтной ситуации реже всего используют сотрудничество, как стиль поведения, и наиболее часто проявляют такие психологические защиты как проекция и отрицание.
1574. Особенности профессии Электромеханик по ремонту и обслуживанию счетно–вычислительных машин 217 KB
  Служебные обязанности практиканта. Техническое обслуживание и ремонт лазерного принтера. Замена и ремонт печки. Чистка поверхности от пыли и грязи. Типовые проблемы с лазерными принтерами HP.
1575. Сети ЭВМ 154.93 KB
  Основные характеристики корпоративных компьютерных систем. Производительность корпоративных компьютерных сетей. Надёжность, отказоустойчивость и безопасность корпоративных компьютерных сетей. Расширяемость и масштабируемость корпоративных компьютерных сетей. Исследование и выбор базового метода при построении системы информационного обеспечения объекта.