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

21903. Номенклатура и разграфка топографических карт 164.5 KB
  Общегеографические карты делятся на три вида: обзорные масштаб 1:I 000000 и мельче; обзорнотопографические масштаб 1:100000 1:1000000; топографические масштаб 1:100000 и крупнее. Обзорнотопографические карты составляются по картам более крупных масштабов. Топографические карты составляются по результатам съемок территорий и отличаются детальностью изображения местности. Это многолистные карты т.
21904. Атрибутивное описание. Векторная модель. Топологическая модель 121 KB
  Атрибутивное описание Одних координатных данных недостаточно для описания картографической или сложной графической информации. Атрибуты соответствующие тематической форме данных и определяющие различные признаки объектов также хранятся в таблицах. Применение атрибутов позволяет осуществлять анализ объектов базы данных с использованием стандартных форм запросов и разного рода фильтров а также выражений математической логики. Кроме того с помощью атрибутов можно типизировать данные и упорядочивать описание для широкого набора некоординатных...
21905. Растровая модель. Оверлейные структуры. Трехмерные модели 158 KB
  Трехмерные модели. При этом каждой ячейке растровой модели соответствует одинаковый по размерам но разный по характеристикам цвет плотность участок поверхности объекта. В ячейке модели содержится одно значение усредняющее характеристику участка поверхности объекта. В растровых моделях в качестве атомарной модели используют двухмерный элемент пространства пиксель ячейка.
21906. Введение в дистанционное зондирование. Восстановление (коррекция) видеоинформации. Предварительная обработка изображений. Классификация. Преобразование изображений 145.5 KB
  К настоящему времени накоплен огромный фонд более 100 миллионов аэрокосмических снимков полностью покрывающих всю поверхность Земли а для значительной части районов с многократным перекрытием. Геометрическая коррекция или трансформирование снимков предназначено для устранения искажений вызванных кривизной и вращением Земли а также углом наклона орбиты спутника к плоскости экватора. Часто для представления и совместной обработки материалов разных видов типов съемок а также разновременных снимков одной и той же территории используется...
21907. Отраслевые геоинформационные проекты 139.5 KB
  Создание карт распределения геологической продукции и информации: а по административным районам; б по геологическим структурам. Создание двумерных и трехмерных моделей подсчета запасов полезных ископаемых и карт в изолиниях. Персональные компьютеры в руках геолога представляют собой надежный инструмент который дает большие возможности как по созданию геологических отчетов геологических карт научных разработок так и по решению различных модельных задач по теории рудообразования геотектонике стратиграфии металлогении и т.
21908. Некоторые вопросы оценки качества цифровых карт 110 KB
  Для быстрой оценки точности цифровой карты необходимо проверить значения реальных координат объектов карты. Проверить значения координат в углах рамки карты. в зависимости от вида и масштаба карты. Если югозападный угол карты имеет неточную привязку то весьма вероятно что все объекты карты будут иметь координаты со сдвигом.
21909. История развития ГИС 77.5 KB
  Одна из наиболее интересных черт раннего развития ГИС особенно в шестидесятые годы заключается в том что первые инициативные проекты и исследования сами были ГЕОГРАФИЧЕСКИ РАСПРЕДЕЛЕНЫ по многим точкам причем эти работы осуществлялись независимо часто без упоминания и даже с игнорированием себе подобных. Возникновение и бурное развитие ГИС было предопределено богатейшим опытом топографического и особенно тематического картографирования успешными попытками автоматизировать картосоставительский процесс а также революционным достижениями...
21910. Классификация ГИС технологий 96.5 KB
  Множество задач решаемых современными ГИС научных прикладных образовательных наконец бытовых не поддается исчислению складываясь из необозримого числа достойных внимания и описания объектов реальности помноженных на разнообразие мотивов и целей человеческой деятельности. При всем многообразии типов ГИС возможна их классификация по нескольким основаниям: пространственному охвату объекту и предметной области информационного моделирования проблемной ориентации функциональным возможностям уровню управления и некоторым другим...
21911. Ввод данных в ГИС. Базовые структуры данных в ГИС. Представление пространственных данных. Структура геоинформационных систем 73 KB
  Базовые структуры данных в ГИС. Представление пространственных данных. Ввод данных в ГИС.