CP1251; MAC; КОИ-8; ALT866; ISO; TRANSLIT;

Компьютерная обучающая программа

по курсу "Основы цифровой обработки сигналов"

тема: "Рекурсивные цифровые фильтры"

Программа предназначена для проведения практических занятий по проектированию и исследованию рекурсивных цифровых фильтров и дополняет теоретические сведения, получаемые студентами на лекциях по "теме 3. Методы синтеза цифровых фильтров" учебной программы курса.

.Целью разработки данной программы являлось, во-первых, обеспечение автоматизации расчета коэффициентов передаточных функций цифровых фильтров по заданным требованиям к его амплитудно-частотной характеристики (АЧХ), и, во-вторых, обеспечение возможностей исследования реализационных характеристик рассчитанного фильтра (влияния на АЧХ полученного фильтра конечной разрядности представления коэффициентов передаточной функции и конечной разрядности регистров арифметико-логического устройства, на базе которого реализуется данный фильтр).

Методически данная программа предназначена для проведения практического занятия по теме "Расчеты передаточных функций фильтров с бесконечной импульсной характеристикой" и может быть условно разбита на два раздела:

1. Расчет коэффициентов передаточных функций цифрового фильтра по заданным требованиям к его АЧХ;

2. Исследование реализационных характеристик рассчитанного фильтра..

 

1. Расчет коэффициентов передаточных функций цифрового фильтра по заданным требованиям к его АЧХ

В первом разделе программы сразу после ее запуска и выхода из титульной заставки на экране появляется меню, предлагающее выбрать тип проектируемого фильтра (нижних частот ФНЧ, верхних частот ФВЧ, полосовой ПФ или заграждающий (режекторный) ЗФ).

После выбора типа фильтра и нажатия клавиши <ENTER>, появляется окно ввода исходных данных для расчета коэффициентов его передаточной функции. Для расчета фильтра необходимо задать: граничные частоты полос пропускания и задерживания, частоту дискретизации, допустимую неравномерность АЧХ в полосе пропускания и требуемое подавление в полосе задержания. Причем, для ПФ и ЗФ необходимо ввести по два значения граничных частот пропускания и задерживания. Расположение этих частот для фильтров различных типов показано здесь. Для удобства пользования программой (здесь и далее) в окнах ввода всех числовых данных после наименования вводимой величины в скобках указываются ее значение, введенное при предыдущем расчете фильтра. При наборе нового значения и нажатии клавиши <ENTER> старое значение перестает действовать, а при нажатии <ENTER> без ввода нового значения, сохраняется старое (то которое указано в скобках).

После ввода исходных данных на экране появляется окно выбора вида аппроксимации АЧХ фильтра. Предлагаются три вида аппроксимирующих функций: по Баттерворту, по Чебышеву и по Золотареву.

При нажатии клавиши <ENTER> начинается расчет коэффициентов передаточной функции фильтра, результаты которого выводятся на экран. Значения коэффициентов выводятся в предположении, что фильтр будет реализовываться в виде последовательного соединения биквадратных звеньев. Коэффициенты А0, А1, А2 принадлежат числителю передаточной функции биквадратного звена, а коэффициенты В1, В2, В3 - знаменателю. На этом заканчивается процедура расчета коэффициентов передаточной функции цифрового фильтра.

 

2. Исследование реализационных характеристик рассчитанного фильтра

Основной целью этих исследований является получение ответа на вопрос: как повлияет на результирующую АЧХ фильтра ограничение разрядности представления коэффициентов его передаточной функции, разрядности арифметико-логического устройства и разрядности АЦП на входе фильтра при его реализации на конкретной элементной базе.

Реализуются эти исследования в программе путем моделирования рассчитанного фильтра с указанными ограничениями и подачи на вход модели фильтра гармонических колебаний с изменяющейся с заданным шагом частотой. Диапазон изменения частоты так же задается пользователем программы. По результатам измерения амплитуд сигнала на выходе модели фильтра при всех частотах входного сигнала строится его АЧХ, учитывающая введенные ограничения разрядности. Если, полученная таким образом АЧХ, не удовлетворяет требованиям, можно вернуться к началу программы, задать более жесткие требования к фильтру, произвести его повторный расчет и снова, задав ограничения, произвести его моделирование. Этот цикл следует повторять до тех пор, пока требования к фильтру не будут выполнены при задаваемых ограничениях.

Ввод указанных ограничений производится в специальных окнах, которые появляются на экране при нажатии клавиши <ENTER> в следующей последовательности:

  1. разрядность АЦП;
  2. амплитуда входного сигнала (максимальное значение амплитуды ограничивается разрядностью АЦП, о чем выдается соответствующее предупреждение). В этом же окне задаются диапазон изменения частоты входного сигнала (минимальное и максимальное значения частот в пределах которых требуется исследовать АЧХ фильтра) и шаг изменения частоты;
  3. разрядность арифметико-логического устройства;
  4. разрядность представления коэффициентов передаточной функции фильтра.

После ввода ограничений на экране появляются окна со значениями коэффициентов передаточной функции фильтра после ограничения разрядности их представления; вначале в двоичной, а затем в десятичной форме.

Затем начинается процесс измерения результирующей АЧХ фильтра, занимающий некоторое время. Прогресс измерений отображается на экране.

По окончании измерения АЧХ на экране появляется меню, позволяющее: просмотреть результаты расчета в табличной форме или в виде графика, перейти к повторному расчету фильтра или выйти из программы. При многократных расчетах фильтра и измерении полученной АЧХ на графике отображаются результаты трех последних измерений.

В заключение следует отметить, что данная программа может использоваться (и не раз уже использовалась) не только в учебных целях, но и при практическом проектировании цифровых фильтров.

 

Если у Вас есть желание, то можете скачать отсюда эту программу и попробовать с ней поиграться. Если у Вас возникнут какие-либо пожелания или замечания, сообщите мне, пожалуйста, об этом. kedrbgtu@chat.ru

Главная страница | Компьютерные обучающие программы | Гостевая книга

Rambler's Top100 Aport Ranker