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

26450. Семенник, семенниковый мешок 22.5 KB
  В головчатый конец вступают сосуды и нервы семенника участвующие в образовании семенного канатика. В центре органа средостение семенника. Придаток семенника epididymis является частью выводного протока.
26451. Семяпровод, семенной канатик, мочеполовой канал 22.5 KB
  В составе семенного канатика семяпровод направляется через паховый канал в брюшную полость далее идет в формируемой брюшиной брыжейке семяпровода в тазовую полость. Здесь семяпровод образует расширенную железистую часть ампулу. Позади шейки мочевого пузыря семяпровод соединяется с выводным протоком пузырьковидной железы в короткий семяизвергательный канал который открывается на семенном холмике в начале мочеполового канала.
26452. Сердце: топография, особенности птиц 20 KB
  У птиц отсутствует мышечная часть диафрагмы поэтому сердечная сумка связана связками с позвоночником и с печенью.
26453. Сердце (cardia, cor) 21.5 KB
  Сообщение с кругами кровообращения: в правое предсердие впадают краниальная и каудальная полые вены и сердечные вены; в левое предсердие впадают легочные вены; из правого желудочка выходит ствол легочных артерий; из левого желудочка аорта с венечными артериями. Нервномышечная система: синоатриальный узел между синусом краниальной полой вены и правым предсердием атриовентрикулярный узел в основании межпредсердной перегородки пучок Гиса идёт в межжелудочковой перегородке имеет 2 ножки. Кровоснабжение: правая и левая венечные артерии...
26454. Симпатическая НС 20 KB
  Ганглий скопление тел нейронов на периферии. Голова иннервируется через краниальный шейный ганглий органы грудной полости звездчатый ганглий органы брюшной полости по большому и малому внутренностным нервам через полулунный ганглий тазовая полость каудальный брыжеечный ганглий.
26455. Скелет, его значение и функции. Кость как орган. Фило-онтогенез скелета 22 KB
  Кость как орган. Филоонтогенез скелета В скелете свыше 200 костей каждая из которых это орган занимающий в скелете определённую топографию имеющий определённую форму в связи с выполняемой функцией. В организме скелет полифункционален:: механические функции: опорная защитная двигательная формообразующая антигравитационная; биологические: участник минерального обмена и арена его свершения участник общего обмена веществ гомеостатическая функция крометворная иммунологическая энергетическая. Как орган кость состоит из нескольких...
26456. Слюнные железы (glandulae salivales) 21.5 KB
  Выводной проток стенонов проток огибает нижний край н челюсти и открывается в защёчное преддверие на уровне 35 коренного зуба. У собак проток проходит поперёк массетера открывается напротив 2 моляра вместе с дополнительной глазничной скуловой слюнной железой. Выводной проток открывается в дно ротовой полости в области голодной бородавки складки слизистой расположенной под верхушкой языка а у собак на уздечке языка. Имеет 2 части: многопротоковая многими протоками открывается в дно ротовой полости; однопротоковая открывается...
26457. Спинной мозг (medulla spinalis) 22 KB
  Расположен в позвоночном канале и на уровне заднего края затылочного отверстия переходит в головной мозг. На мозге заметны шейное и поясничнокрестцовое утолщения в области которых отходят дорсальные и вентральные корешки нервов плечевого и поясничнокрестцового сплетений органов тазовой полости и брюшных стенок. Каудально от поясничнокрестцового утолщения спинной мозг образует мозговой конус который переходит в концевую нить достигающего 6 хвостового позвонка.
26458. Стилоподий грудной конечности и плечевой сустав 21 KB
  Между ней и лопаткой формируется плечевой сустав articulatio humeris простой многоосный шарообразный. В области лопатки располагаются мышцы действующие на плечевой сустав: экстензоры: предостная supraspinatus и флексоры: дельтовидная большая круглая teres major малая круглая.