Коммерциялық емес акционерлік қоғам 

АЛМАТЫ ЭНЕРГЕТИКА ЖӘНЕ БАЙЛАНЫС УНИВЕРСИТЕТІ

Электроника кафедрасы

 


СИГНАЛДЫҚ ПРОЦЕССОРЛЕР 

5В071900 – Радиотехника, электроника және телекоммуникация мамандығының студенттеріне арналған курстық жұмысты орындаудың әдістемелік нұсқаулары

 

 

 

 

Алматы 2011

ҚҰРАСТЫРУШЫЛАР: С.Н.Петрищенко, Г.Д. Мусапирова. Сигналдық процессорлер. 5В071900 – Радиотехника, электроника және телекоммуникация мамандығының бакалаврларына арналған курстық жұмысты орындауға арналған әдістемелік нұсқаулар.  - Алматы: АЭжБУ, 2011. – 11 б.

 

Әдістемелік нұсқауда курстық жұмысты орындауға екі тапсырма және оларды орындаудың әдістемелік сілтеулері келтірілген. Бірінші тапсырма берілген динамикалық аймақ шамасы  және сигнал/шу қатынасы бойынша цифрлық жүйе параметрлерін анықтауға, екіншісі – шекті импульсті сипаттамалы сүзбені ассемблер тілінде бағдарламалауға арналған.

 

Без. 1, кестелер - 2, әдебиет тізімі - 7 атау.

  

Пікір беруші: тех.ғыл.канд., доцент Б.Б. Ордабаев

 

 

«Алматы энергетика және байланыс университеті» коммерциялық емес акционерлік қоғамының 2011 жылғы жоспары бойынша басылады.
    
      
© «Алматы энергетика және байланыс университеті»  КЕАҚ, 2011 ж.          

Кіріспе 

Курстық жұмыстың негізгі мақсаты цифрлық жүйелердегі сигналдарды кванттау сұрақтары және сигналдық процессорлер негізінде сүзбелерді бағдарламалау меселелері бойынша білімдерін тереңдету мен бекіту болып табылады.

Курстық жұмыстың бірінші тапсырмасы сигналдық процессор негізіндегі бірінші дәрежелі шексіз импульсті сипаттамалы сүзбе түрінде жұмыс істейтін цифрлық жүйенің белгілі параметрлері бойынша аналогтыөцифрлық түрлендіргіш разрядтылығвн анықтаумен байланысты. Екінші тапсырма Texas Instruments (TI) сигналдық процессорінде іске асқан шекті импульсті сипаттамалы сүзбенің жұмысын ассемблер тілінде бағдарламалаумен байланысты.

 

1 Курстық жұмысқа тапсырма

 

1-ші тапсырма

Беріліс функциясы 1 кестесіндегі нұсқаға сәйкес цифрлық сүзбе келесі сипаттамалы сигналдық процессор негізінде іске асады:

а) жады элементтерінің разрядтылығы ;

б) көбейткіштер мен қосқыштар регистрлерінің разрядтылығы ;

в) сандарды келтіргенде қосымша код қолданылады;

г) сигналдарды кванттау кезінде жуықтау қолданылады.

Белгілі сигнал/шу  қатынасы бойынша берілген динамикалық аймақ  шамасын қамтамасыз ету үшін АЦТ-ның қажетті разрядтылығын анықтау керек. 

 

1 Кесте

Сүзбенің түрі

Бірінші дәрежелі негізгі рекурсивті сүзбе

Бірінші дәрежелі рекурсивті сүзбе

 

Коэффициенттер

-0,3

-0,5

-0,7

-0,9

-0,6

-0,8

-0,9

-0,5

-0,7

-0,9

Динамикалық аймақ, дБ

40

50

60

70

40

50

70

50

60

70

Сигнал/шу, дБ

5

15

10

15

10

10

15

  5

15

20

Нұсқа N

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

Жеке тапсырма нұсқасы студенттің сынақ кітапшасының нөмірі бойынша соңғының алдындағы санмен анықталады.

2-ші тапсырма

Texas Instruments фирмасының TMS320 сериалы сигналдық процессорінде шекті импульсті сипаттамалы сүзбесін іске асыру үшін орындалу әрекеті толық көрсетілген бағдарламасын құру. Сигналдарды өңдеудің дискреттеу жиілігі және басқа параметрлері 2 кестесінде келтірілген.

 

2 Кесте

Вариант N

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

N сүзбе дәрежесі 

5

10

15

20

25

30

33

35

38

39

Xn  ®  Порт №

0

2

4

6

8

1

3

5

7

0

Yn  ®  Порт №

1

3

5

7

2

4

6

8

0

1

Fд, кГц

10

15

20

25

30

35

40

45

48

50

ТЕСҚ бастапқы адресі

0E

11

0F

2B

0F

0E

0C

0B

0A

0D

 

Жеке тапсырма нұсқасы студенттің сынақ кітапшасының нөмірі бойынша соңғы санмен анықталады.

 

2    1-ші тапсырманы орындауға әдістемелік нұсқаулар

 

Цифрлық сүзбе шығысында пайдалы сигнал әр қашан шумен қатар болады. Сигнал/шу қатынасы цифрлық сүзбенің маңызды сипаттамасы болып табылады.

Сигнал/шу қатынасы деп  шығыс сигнал қуатының  сүзбе шығысындағы шу қуатына  қатынасын айтады:

 

 

Цифрлық сүзбенің динамикалық аймағы D болып шығыс сигналының максималды амплитудасының  минималды амплитудасына  қатынасы болып табылады, ол кезде сүзбе шығысында белгілі сигнал/шу  қатынасы қамтамасыз етіледі:

 

 

егер                         

 

мұндағы - динамикалық аймақтың төменгі шегіндегі шығыс сигнал қуаты (шығыс сигнал амплитудасы  кезінде);

-  шығыстағы шу қуаты;

- АЦТ разрядтылығы.

Іс жүзіде сигналдарды цифрлық өңдеу жүйелерін жобалау кезінде,  Белгілі сигнал/шу  қатынасы бойынша берілген динамикалық аймақ  шамасын қамтамасыз ету үшін АЦТ-ның қажетті разрядтылығын анықтау қажет болады.

Келесі мысал үлгісінде АЦТ разрядтылығын есептеу әдісін қарастырайық.

Белгілі параметрлер бойынша: , сигналдық процессор көмегімен цифрлық сүзбе жұмысы іске асады, сигналдарды кванттау кезінде жуықтау қолданылады және сандар қосымша кодпен берілген.  

Мысалға цифрлық сүзбе келесі беріліс функциясына ие: . Сигнал/шу қатынасы  = 20 дБ болғанда динамикалық аймағы = 40 дБ-ді қамтамасыз ету үшін АЦТ-нің қажетті разрядтылығын анықтау керек.

1) Берілген динамикалық аймақты қамтамасыз ету үшін керек АЦТ разрядтылығын () және  сандық разряд санын анықтаймыз ( керекті шамасын есепке алмай тұрып)

 

          ,

 

бұл жерде  - ең кішірек бүтін сан, бірақ жақша ішіндегіден кем емес.

2) Берілген   шамасы қамтамасыз етілген кездегі мүмкін болатын шығыс шу қуатын келесі формуламен анықтаймыз:

 

 

мұндағы - шығыс шу дисперсиясы (қуат).

3) Сүзбенің меншікті шу дисперсиясын бағалау үшін оның сызықтық моделін құрамыз, ол 1 суретінде көрсетілген.

1 суретінде көрсетілгендей математикалық үміті  және  дисперсиялы eу(n) шу сигналдары көбейткіш шығысындағы кванттау әсерлерін сипаттайды. Сызықты жүйенің қасиетін қолдана отырып, үш шу көзін бір эквивалентті дисперсиямен  алмастыруға болады. Сүзбенің меншікті шу дисперсиясын бағалау келесі формуламен анықталады:

 

 

мұндағы  - кванттау қадамы, жады элементтерінің кіші сандық                                           

               разрядының салмағымен анықталады;

      - берілген беріліс функциясы алымының коэффициенттері.

 

 

 

 

 

 

 

1 Сурет

 

4) АЦТ шуымен шартталған, шығыс шу құрамындағы дисперсияның мүмкін болатын шамасын келесі формуламен анықтаймыз:

 

 

5) -дің қажетті шамасын қамтамсыз ететін аналогты-цифрлық түрлендіргіш разрядтылығын келесі формуламен есептейміз:

мұндағы   -  импульстік сипаттама санақтары квадраттарының қосындысы, оны келесі формуламен анықтаймыз:

 

 

 

 және  шамаларын салыстыра отырып 7-разрядты АЦТ () берілген D шамасын қамтамасыз ететінін айтуға болады, бірақ талап етілген сигнал/шу қатынасын қамтамасыз етпейді.

6) Соңғы АЦТ разрядтылығын келесі формуламен анықтаймыз:

 

 

 

Таңдап алынған 8-разрядты АЦТ үшін қайтадан  мен D-ні есептейміз.  

7)  шамасын келесі формуламен есептейміз:

 

 

бұл жерде  - сандық разрядтар саны, берілген динамикалық аймақты қамтамасыз ету үшін керек;

 

 -

 

сүзбе шығысындағы шу қуаты;

 

≈ - 8-разрядты АЦТ шығаратын кіріс шу;

 - кіріс сигнал санақтарындағы сандық разрядтар саны.

8) Ең аз сигнал/шу қатынасының шамасын келесі формула бойынша анықтаймыз:

14,8 дБ.

 

9) АЦТ-ның динамикалық аймағын келесі формуламен анықтаймыз:

 

 дБ.

 

Сонымен берілген цифрлық жүйеде DАЦТ= 48 дБ > D = 40, а = 14,8 дБ  < = 20 дБ .

 

3    2-ші тапсырманы орындауға әдістемелік нұсқаулар

 

Екінші тапсырманы орындағанда бағдарламаны құрмас бұрын дәріс материалдарын қайталап, [3,4] әдебиеттерін қарап шығу керек. Шекті импульсті сипаттамалы сүзбелерді бағдарламалық іске асыру үшін Texas Instruments  фирмасының TSM320 сериялы сигналдық процессорлерінің кез келгенін қолдануға болады.

Мысал ретінде TSM 320С10 процессорын бағдарламалау фрагменттерін қарастырамыз, бұл процессордың секундына 5 млн. операция орындау қабілеті бар. Осындай жоғарғы өнімділік тиімді командалар жүйесін құру мен жоғары дамыған конвейерлі архитектураның нәтижесі.

Шекті импульсті сипаттамалы сүзбе келесі түрдегі айырымдық теңдеумен жазылады:

,

бұл жердегі   - әсер ету санақтары;

 - реакция санақтары;

< 1 – цифрлық сүзбенің қасиеттерін толық анықтайтын нақты коэффициенттер;

 < 1 – сәйкесіншедискреттеуіне  периодына кідірілген әсер ету санақтары.

Шекті импульсті сипаттамалы сүзбені келесі бағдарлама фрагментін циклдік қайталау арқылы іске асыруға болады:                          

 

                                  MET:  MPY  *, 1

                                                 LTD  * , - , 0

                                                 BANZ

                                                 MET.

 

Бұл фрагменттің орындалу уақыты – 200 нс-нан  4 тактіпо, яғни 800 нс. Берілген сүзбені іске асыру үшін, мысалы, 39-шы дәрежелі келтірілген фрагментті цикл бойынша 40 рет орындау керек, сол кезде орындалуға кететін уақыт: 

 

Tорын = 800*40 = 32 мкс.

 

Берілген дискреттеу жиілігінде, мысалы, 48 кГц әр бір санақ цифрлық сүзбе кірісіне 20,8 мкс сайын келіп отырады, өйткені:

 

Тд = 1 / 48 = 0,0208 мс = 20,8 мкс.

 

Есептеулер нәтижесі бойынша тезәрекеттілік жағынан бұл шешім бізге жарамайды. Бұны уақыттың жартысы BANZ MET шартты өту бұйрығын орындауға кететінімен түсіндіруге болады. Сондықтан, бұл жағдайда бағдарламаны циклдық құрудан бас тартқанымыз дұрыс және MPY мен LTD бұйрықтарының бірнеше рет қайталанатын сызықтық бағдарламасын құру керек. Ол шартты өту бұйрығынан бас тартып тезәрекеттілігін өсіреді, бірақ бағдарламаның ұлғаюы мен жады көлемінің ұлғаюын талап етеді.

Бағдарламаны құру үшін TMS320С10 сигналдық процессор мәліметтерінің ішкі жады ұяшықтарын бөлу керек.

Мысалы, сүзгінің A0…A39 коэфициенттерін 0 … 27 адресті жады ұяшықтарында сақтауға болады (оналтылық санақ жүйесінде), ал X(n)…X(n-39) әсер санақтарын енгізу порттары арқылы енгізілетін  30 … 57 ұяшықтарында сақтауға болады. Ал реакция санақтары 3 кестесінде келтірілген нұсқаға сәйкес  нөмірлері берілген порттары арқылы шығарылады. 

Сүзбе жұмысының бағдарламасы бағдарламаларға арналған тұрақты есте сақтау құрылғысына (ТЕСҚ) 3 кестесінде берілген  нұсқаға сәйкес адрестерде жазылады.

 

Әдебиеттері тізімі 

1. Солонина А.И., Улахович Д.А., Арбузов С.М., Соловьева Е.Б. Основы цифровой обработки сигналов: курс лекций. / Изд. 2-е испр. и перераб.– СПб.: БХВ - Петербург, 2005. - 768 с.

2. Ланне А.А., Матюшкин Б.Д., Улахович Д.А. Основы цифровой обработки сигналов. Часть 3. Эффекты квантования сигналов в цифровых системах. / Учебное пособие. – СПб.: СПбГУТ, 1995. – 96 с.

3. Гольденберг Л.М. и др. Цифровые устройства и микропроцессорные системы. Задачи и упражнения: учебное пособие.- М.: Радио и связь,  1992.-256 с.

4. Айфичер Эммануил, Джервис Барри. Цифровая обработка сигналов: практический подход. - М.: Издательский дом «Вильямс», 2004.- 992 с.

5. Солонина А.И., Улахович Д.А., Яковлев Л.А. Алгоритмы и процессоры цифровой обработки сигналов – СПб.: БХВ - Петербург, 2001. - 464 с.

6. Куприянов М.С., Матюшкин Б.Д. Цифровая обработка сигналов: процессоры, алгоритмы, средства проектирования.- СПб.: Политехника,  1999.- 592 с.

7. Петрищенко С.Н. Цифровая обработка сигналов. Конспект лекций для магистрантов специальности 6M0719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации. - Алматы: АИЭС, 2009. –  36 с. 

 

Мазмұны 

Кіріспе 

1 Курстық жұмысқа тапсырма

2 1-ші тапсырманы орындауға әдістемелік нұсқаулар 

3 2-ші тапсырманы орындауға әдістемелік нұсқаулар

Әдебиеттер тізімі   

3

3

4

8

10