Цифровой полосовой фильтр

 

 
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

РЯЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту по дисциплине:

Проектирование  средств  РЭБ  на  ПЛИС

на тему:  Цифровой полосовой фильтр

Рязань 2011 г. 
 
 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

РЯЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра радиотехнических систем

ЗАДАНИЕ  НА  КУРСОВОЙ  ПРОЕКТ

по дисциплине «Проектирование средств РЭБ  на ПЛИС»

Студент  Козлов М. В.   код Iс1B6-05-07-2-25    группа  710 

1. Тема  Цифровой полосовой фильтр      

2. Срок представления  проекта к защите   5 мая   2011 г.    

3. Исходные данные  для проектирования:        

3.1.  Линейное разностное уравнение фильтра:       

3.2.  Порядок фильтра: M = 6         

3.3.  Коэффициенты фильтра:        

3.4.   Разрядность коэффициентов:   выбрать (см.п.3.5 и 3.6. ТЗ)  

3.5.   Неравномерность АЧХ в полосе пропускания:   не более  2,4 дБ  

3.6.   Затухание АЧХ в полосе непропускания:   не менее  24 дБ   

3.7.   Входные данные:   8-разрядный параллельный обратный код  

3.8.   Выходные данные: 16-разрядный параллельный обратный код  

3.9.   Частота дискретизации:   3,2 МГц    

3.10. Тактовая частота синхронизации: 25,175 МГц     

3.11. ПЛИС: EPF10K20RC240-4   (семейство FLEX10K фирмы Altera)  

4. Содержание  пояснительной записки курсового  проекта

4.1. Титульный лист

4.2.  Задание  на курсовую работу

4.3. Содержание

4.4. Введение

4.5.  Анализ, формализация и декомпозиция задачи

4.6. Разработка и обоснование структурной схемы устройства

4.7. Составление и описание принципиальной схемы устройства

4.8. Разработка и отладка программы на языке AHDL

4.9. Определение быстродействия, импульсной и переходной характеристик фильтра

4.10. Заключение

4.11. Список использованных источников

4.12. Приложение

5. Перечень графического  материала: схема принципиальная электрическая  

Руководитель  проекта    14.02.2011 г.  Соколов Ю.П.

Задание принял к исполнению   «14.02.2011 г.»    Козлов М.В.  

Содержание 

1. Введение………………………………………………………………..5
2. Анализ, формализация и декомпозиция задачи……………………..6
3. Разработка и обоснование структурной схемы устройства…………9
4. Составление и описание принципиальной схемы устройства……..11
5. Разработка и отладка программы на языке AHDL………………….15
6. Определение быстродействия, импульсной и переходной характеристик фильтра ………………………………………………………………………….18
7. Заключение……………………………………………………………21
8. Список используемой литературы…………………………………..22
9. Приложение……………………………………………………...……23

 
 

Введение

В данном курсовом проекте необходимо реализовать  цифровой полосовой фильтр в соответствии с ТЗ. Цифровой фильтр - устройство, пропускающее, а также подавляющее заданные в цифровой форме сигналы в определенном  диапазоне частот. Цифровые фильтры широко применяются в области обработки сигналов, изображений, звука, речи. Полосовые фильтры применяются во многих радиотехнических устройствах.

В передатчиках фильтры применяются для подавления гармоник за пределами разрешенной  полосы частот на выходе и для выделения нужных гармоник при умножении частоты.

В синтезаторах частот полосовые фильтры имеют  применение с целью выделения  комбинационной частоты.[3]

В цифровой обработке сигналов используется два самых распространенных способа реализации цифровой фильтрации: с помощью ПЛИС и с помощью ЦПОС (Digital Signal Processor – DSP). ПЛИС имеет ряд преимуществ перед DSP, а именно:

1. высокая тактовая частота;
2. гибкость при разводке платы;
3. большее число аппаратных интерфейсов.[2]

    В курсовом проекте должен быть спроектирован полосовой фильтр 6 порядка, реализованный на ПЛИС: EPF10K10RC240-4 (семейства FLEX10K фирмы Altera). В качестве пакета прикладных программ будем использовать MAX+plus II 10.2 BASELINE, в котором для программирования будет использоваться язык AHDL. 
 
 
 

Анализ, формализация и декомпозиция задачи.

Приведем ресурсы  используемой ПЛИС, на которой будет  реализован полосовой фильтр:

- логическая емкость, количество эквивалентных вентилей =20000

- число логических  элементов=1152

- число логических  блоков=144

- память(бит)=12288

- используемые  выводы=189

- число строк=6

- каналов в  строке=144

-число столбцов=24

- каналов в  столбце=24

По заданным коэффициентам необходимо получить АЧХ, импульсную характеристику ,переходную характеристику и карту нулей и полюсов. MAX+plus II 10.2 BASELINE работает только с целыми числами и поэтому необходимо масштабировать заданные в ТЗ коэффициенты фильтра. Для этого умножим коэффициенты а и b на  2ⁿ и на 2^m соответственно , что повлечет за собой смещение запятой в коэффициентах на n и m разрядов.

Найдем отношение  модулей максимальных коэффициентов  а и b:

|a3|_max / |b5|_max = 22,98

2⁴ < 22,98< 2⁵

d=4

n=m-d=5, следовательно m=9. 

Таблица1.Коэффицаенты фильтра.

 

  
 
 
 

  
 
 
 
 

Каждый график соответствует АЧХ фильтра с  разным способом округления коэффициентов, поэтому они имеют разные цвета. 

Синий - без округления;

Зеленый  - округление усечением - отбрасыванием дробной части;

Красный - округление до ближайшего целого;

Голубой - округление до ближайшего меньшего целого;

Сиреневый - округление до ближайшего большего целого. 
 
 

Таблица 2.Неравномерность и затухание АЧХ.

 

Минимальная неравномерность  АЧХ наблюдается при округлении до ближайшего меньшего среднего (голубая линия). Максимальное затухание- при округление до ближайшего целого. Выберем округление до ближайшего меньшего среднего (голубую), так как неравномерность и затухание удовлетворяют ТЗ.

Основные характеристики фильтра с точными коэффициентами и выбранным способом округления:

 
 
 

 
 
 
 

Рассмотрим импульсную и переходную характеристики фильтра:

 
 
 

Рассчитаем импульсную и переходную характеристики фильтра с помощью Exsel 2003.

Для этого нужно  посчитать разрядность произведений. Максимальная разрядность коэффициента а=7,коэффициента b=7; входные данные имеют разрядность 8, выходные - 16. Следовательно при умножении коэффициентов числителя с входными данными получится 15 разрядный результат. При умножении коэффициентов знаменателя с 16 разрядными выходными данными получаем 23 разрядый результат. Из-за разницы между разрядами конечный результат может получиться не совсем точным, поэтому необходимо увеличить разрядность коэффициентов числителя.