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

48803. Расчет тепловой схемы комбинированных парогазовых установок 1.88 MB
  Указанные особенности позволяют существенно повысить КПД производства электроэнергии путем объединения в одной парогазовой установке (ПГУ) высокотемпературного подвода в ГТУ и низкотемпературного отвода тепла в конденсаторе паровой турбины
48808. Система автоматического регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока 12.08 MB
  Значительное изменение температуры может привести к существенному изменению сопротивлений обмоток возбуждения и якорных обмоток электрических машин (изменятся статические характеристики машин).