Разработка схемы электронного эквалайзера

Разработка схемы электронного эквалайзера

МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ РФ

Московский Государственный Университет Путей Сообщения

Кафедра «РЭС»

Курсовой проект по дисциплине:

«Микропроцессорные информационно-управляющие системы связи»

на тему: «Разработка эквалайзера».

Выполнил студ. гр. АТС-531

Проверил

.

Москва 2004

Содержание

|Введение |3 |

|Задание к курсовому проекту |4 |

|Цифровая фильтрация |5 |

|Характеристика FIRF |6 |

|Определение порядка и синтез коэффициентов цифрового фильтра, |7 |

|входящих в состав эквалайзера | |

|Общая схема DSP-система |16 |

| Организация интерфейса между устройствами аналогового |18 |

|ввода-вывода, кодеками и DSP-процессорами | |

|Структурная схема ИС ADSP-2111 |19 |

|Вывод |22 |

|Список использованной литературы |23 |

Введение

Цифровой эквалайзер (многополюсный регулятор тембра) – это набор

активных фильтров с амплитудами, настраиваемыми на создание формы

передаточной функции ряда частотных полос.

Коэффициенты всех фильтров, образующих эквалайзер, хранятся в памяти

сигнального процессора и считываются при настройке процессора на

пропускание сигнала через соответствующий фильтр.

На одном сигнальном процессоре программно реализуется весь набор

цифровых фильтров. Выборки сигнала частично хранятся в кольцевом буфере

процессора и постоянно обновляются.

Вычисления проводятся в реальном масштабе времени, поэтому

быстродействие процессора должно быть соотнесено с частотой дискретизации

обрабатываемого сигнала.

Задание к курсовой работе

В курсовой работе необходимо разработать эквалайзер – устройство,

относящееся к цифровой обработке сигналов и применяемое в микропроцессорной

технике в системах передачи информации.

В курсовом проекте рекомендуется использовать в качестве базового

сигнальный процессор семейства ADSP-21xx фирмы ANALOG DEVICES (США), так

как процессоры этой фирмы являются оптимальными по соотношению

цена/качество и находят широкое применение в отечественных системах

цифровой обработки сигналов.

Границы диапазонов частот фильтра представлены таблице 1:

Таблица 1.

|ФНЧ |ПФ1 |ПФ2 |ПФ3 |ПФ4 |

|Границы диапазонов частот фильтров, кГц |

n a

|81 |-0,088285002|

| 82|-0,048185366|

|83 |-0,002473726|

|84 |0,048388594 |

|85 |0,103829644 |

|86 |0,163175427 |

|87 |0,225660716 |

|89 |0,356611612 |

|90 |0,423214887 |

|91 |0,489266451 |

|92 |0,553768875 |

|93 |0,615731167 |

|94 |0,674187436 |

|95 |0,728215241 |

|96 |0,77695324 |

|97 |0,819617762 |

|98 |0,855517962 |

|99 |0,884069233 |

|100|0,904804592 |

|101|0,917383797 |

|102|0,9216 |

Таким образом, получим 2*N+1=103..

Полосовой фильтр 1. (ПФ1)

Частоты среза фильтра: [pic] кГц, [pic] кГц ;

[pic]рад/с;

[pic]рад/с;

Частота дискретизации fД=13 кГц;

Период дискретизации фильтра для определения порядка данного фильтра:

[pic] мс.

Переходная функция [pic]:

[pic].

[pic]

[pic]

Рис.4. Переходная функция ПФ1.

[pic] [pic] [pic]

Определим коэффициенты фильтра ПФ1:

Таблица 3.

|n |a |27 |0,050566544 |

|0 |-0,027392762 |28 |0,009754081 |

|1 |-0,049172612 |29 |-0,011037791 |

|2 |-0,057498995 |30 |-0,001629017 |

|3 |-0,049981285 |31 |0,033889051 |

|4 |-0,031300945 |32 |0,077854621 |

|5 |-0,011253529 |33 |0,106118285 |

|6 |-0,000340822 |34 |0,098772242 |

|7 |-0,004862821 |35 |0,049903812 |

|8 |-0,023768747 |36 |-0,028191457 |

|9 |-0,048803001 |37 |-0,108781867 |

|10 |-0,068018861 |38 |-0,161509497 |

|11 |-0,071175102 |39 |-0,166035038 |

|12 |-0,054593763 |40 |-0,122644307 |

|13 |-0,023199651 |41 |-0,054716469 |

|14 |0,011335417 |42 |-0,001027688 |

|15 |0,035666075 |43 |-9,11331E-05 |

|16 |0,040864762 |44 |-0,072393216 |

|17 |0,026753627 |45 |-0,207878004 |

|18 |0,002377281 |46 |-0,36456585 |

|19 |-0,017802566 |47 |-0,480163419 |

|20 |-0,020450558 |48 |-0,493412799 |

|21 |0,000250373 |49 |-0,367750032 |

|22 |0,039336231 |50 |-0,108340337 |

|23 |0,082625786 |51 |0,234522697 |

|24 |0,112674731 |52 |0,57791205 |

|25 |0,116628962 |53 |0,831063217 |

|26 |0,09245668 |54 |0,924 |

Таким образом, получим 2*27+1=55.

Полосовой фильтр 2. (ПФ2)

Частоты среза фильтра: [pic] кГц, [pic] кГц ;

[pic] рад/с;

[pic] рад/с;

Частота дискретизации fД=18 кГц;

Период дискретизации фильтра для определения порядка данного фильтра:

[pic] мс.

Переходная функция [pic]:

[pic].

[pic]

[pic]

Рис.5. Переходная функция ПФ2.

[pic] [pic] [pic]

Определим коэффициенты фильтра ПФ2:

Таблица 4.

|12|0,005692888|38 |0,000376818|63 |0,047575263|

|13|0,002823747|39 |-0,02217120|64 |0,039797492|

| | | |2 | | |

|14|-0,00707413|40 |-0,04366771|65 |-0,05614679|

| |5 | |5 | |3 |

|15|0,002253171|41 |-0,01977277|66 |-0,15279228|

| | | |2 | |4 |

|16|0,028241957|42 |0,041957097|67 |-0,12388535|

| | | | | |5 |

|17|0,037692296|43 |0,079697904|68 |0,034673544|

|18|0,008942625|44 |0,047836289|69 |0,175624872|

|19|-0,03559797|45 |-0,02517668|70 |0,159227505|

| |3 | |6 | | |

|20|-0,05108544|46 |-0,06675377|71 |0,017255804|

| |2 | |7 | | |

|21|-0,02221679|47 |-0,04417540|72 |-0,08582462|

| | | |8 | |7 |

|22|0,01877206 |48 |0,001261156|73 |-0,05828349|

| | | | | |1 |

|23|0,031228765|49 |0,012420123|74 |0,003729665|

|24|0,013463011|50 |-0,00888554|75 |-0,04715643|

| | | |7 | |3 |

|25|-0,00094748|

| |1 |

Таким образом, получим: 2*N+1=87.

Полосовой фильтр 3. (ПФ3)

Частоты среза фильтра: [pic] кГц, [pic] кГц ;

[pic] рад/с;

[pic] рад/с;

Частота дискретизации fД=18 кГц;

Период дискретизации фильтра для определения порядка данного фильтра:

[pic] мс.

Переходная функция [pic]:

[pic].

[pic]

Рис.6. Переходная функция ПФ3.

[pic] [pic] [pic]

Определим коэффициенты фильтра ПФ3:

Таблица 5.

|n |a |n |a |n |a |

|0 |0,040797115|16 |-0,020022291|32 |0,033266|

|1 |0,001220133|17 |0,055837751 |33 |0,260118|

|2 |0,039978222|18 |0,098343639 |34 |-0,09252|

|3 |0,02276506 |19 |-0,121159876|35 |-0,25744|

|4 |-0,10534877|20 |-0,099106166|36 |0,086745|

| |5 | | | | |

|5 |-0,01613281|21 |0,105674587 |37 |0,060059|

| |2 | | | | |

|6 |0,099578035|22 |0,034090375 |38 |0,051138|

|7 |0,000120154|23 |0,00765609 |39 |0,204207|

|8 |-0,01805417|24 |0,033408102 |40 |-0,26949|

| |6 | | | | |

|9 |-0,00485929|25 |-0,15056655 |41 |-0,34219|

| |8 | | | | |

|10|-0,08288445|26 |-0,049309806|42 |0,383098|

| |3 | | | | |

|11|0,033032806|27 |0,20912763 |43 |0,239879|

|12|0,12739375 |28 |0,019199721 |44 |-0,17655|

|13|-0,05094636|29 |-0,114030202|45 |0,0433 |

| |7 | | | | |

|14|-0,08105254|30 |0,000617104 |46 |-0,43205|

| |1 | | | | |

|15|0,02041495 |31 |-0,089953059|47 |-0,30865|

| | | | |48 |1,286545|

| | | | |49 |0,361651|

| | | | |50 |-2,03978|

| | | | |51 |-0,1583 |

| | | | |52 |2,34 |

Таким образом, получим: 2*N+1=53

Полосовой фильтр №4 (ПФ4)

Частоты среза фильтра: [pic] кГц, [pic] кГц ;

[pic] рад/с;

[pic] рад/с;

Частота дискретизации fД=18 кГц;

Период дискретизации фильтра для определения порядка данного фильтра:

[pic] мс.

Переходная функция [pic]:

[pic]

[pic][pic]

Рис.7. Переходная функция ПФ4.

[pic] [pic] [pic]

Определим коэффициенты фильтра ПФ4:

Таблица 6.

|n |a |n |a |

|0 |-0,039924801 |13 |-0,14859 |

|1 |-0,036859051 |14 |-0,03612 |

|2 |-0,030099957 |15 |0,339846 |

|3 |0,181767777 |16 |-0,44409 |

|4 |-0,262616392 |17 |0,188865 |

|5 |0,179398893 |18 |0,21898 |

|6 |-0,00735706 |19 |-0,34919 |

|7 |-0,074570718 |20 |-0,03768 |

|8 |-0,033569017 |21 |0,674093 |

|9 |0,236141895 |22 |-0,90173 |

|10 |-0,323321834 |23 |0,190798 |

|11 |0,185039538 |24 |1,350195 |

|12 |0,056604813 |25 |-2,93165 |

| | |26 |1,8 |

Таким образом, получим: 2*N+1=27

Результаты определения порядка фильтров удобно представить в следующем

виде:

Таблица 7.

|Фильтр |Полоса |N Tд, с |N |Максимальная |

| |пропускания | | |точка АЧХ |

|ФНЧ1 |0-0,54 |0,0042 |93 |4,2 |

|ПФ1 |0,54-1 |0,0043 |95 |4,3 |

|ПФ2 |1-2,9 |0,0162 |36 |1,6 |

|ПФ3 |2,9-7 |0,0009 |20 |0,88 |

|ПФ4 |7-11 |0,0006 |13 |0,56 |

После ограничения функции и внесения запаздывания можно произвести

вычисление коэффициентов фильтра:

a0=k(0)=a2N;

a1=k(Tд)=a2N-1;

a2=k(2*Tд)=a2N-2;

…

aN=k(N*Tд).

Получив массив коэффициентов, можно записать АФЧХ фильтра с конечным

импульсным откликом.

H(Z)=a0+a1*Z^-1+…+a2N+1*Z^-(2N+1), Z=e^jwt

H(jw)=a0+a1*e^-jwt+…+a2N+1*e^-

(2N+1)*jwt=a0+a1*Cos(w*Tд)+…+a2N+1*Cos(2N+1)*w*Tд-

j*(a1*SinwTд+…+a2N+1*Sin(2N+1)wTд)

Запишем это выражение в более удобной для программирования форме:

H(jw)=Re(w)+jJm(w),

Тогда АЧХ фильтра

/H(jw)/= Re^2(w)+Jm^2(w)

[pic]

Рис.8. Общая схема DSP-системы

Сигнал, поступающий на аналоговый вход системы предварительно

ограничивается по частоте с помощью противопомехового фильтра нижних

частот. Затем он передается на АЦП. В выделенный момент дискретизации

конвертер прерывает работу процессора и формирует соответствующую выборку.

В DSP входные данные обрабатываются по программному алгоритму. Когда

процессор заканчивает необходимые вычисления, он посылает результат в ЦАП.

ЦАП конвертирует выход DSP в желаемую аналоговую форму. Выход конвертора

сглаживается восстанавливающим фильтром нижних частот.

Произвольный главный машинный интерфейс служит для связи DSP с

внешними системами, передающими и принимающими данные и сигналы управления.

Организация интерфейса между устройствами аналогового

ввода-вывода, кодеками и DSP-процессорами.

Так как большинство приложений цифровой обработки сигналов требует

наличия одновременно АЦП и ЦАП, то широкое развитие получили универсальные

устройства, интегрирующие функции кодека и портов ввода-вывода на одном

кристалле и обеспечивающие простое подключение к стандартным DSP-

процессорам. Эти устройства называют аналоговыми оконечными устройствами

(далее по тексту-AFE-Analog Front End ) .

Функциональная схема микросхемы AD73322 показана на рис.3. Данный

прибор представляет собой двойной AFE с двумя 16-разрядными АЦП и двумя 16-

разрядными ЦАП с возможностью работы с частотой дискретизации 64 кГц. ИС

AD73322 разработана для универсального применения, включая обработку речи и

телефонию с использованием сигнал/шум на уровне 77дБ в пределах голосовой

полосы частот.

Каналы АЦП и ЦАП имеют программируемые коэффициенты усиления по входу

и выходу с диапазонами до 38дБ и 21 дБ соответственно. Встроенный источник

опорного напряжения величиной +2ю7-5.5 В. Его потребляемая мощность при

напряжении питания +3 В составляет 73 мВт.

[pic]

Рис. 9. Функциональная схема микросхемы ADSP-2189.

Системный интерфейс DSP

Системный интерфейс представляет собой, набор программный и аппаратных

возможностей управления DSP, сигналы управления включают в себя:

- Reset – сигнал сброса,

- Синхроимпульсы,

- Входы флагов,

- Сигналы запроса прерывания

Reset – останавливает выполнение инструкций и осуществляет аппаратный

сброс. После сброса значение всех регистров, ВУ и генератора адреса не

определенно.

Синхроимпульсы

Процессор использует ТТЛ совместимые импульсы подаваемые на вход

CLKIN, или кварцевый резонатор включается между входами CLKIN и XTAL.

Программная загрузка процессора может инициализироваться не только

сигналом RESET, но и программным путем. Процессор содержит управляющий

регистр и при установке в нем бита BFORCE и 1 инициализируется программная

загрузка. Во время программной загрузки все прерывания маскируются.

DSP имеет 1 или несколько входов для внешних прерываний IRQ1 и IRQ0,

сюда подключаются сигналы запроса прерываний, каждый из который имеет свой

уровень приоритета.

FI – входной флаг, может использоваться в условных командах перехода.

FO – может использоваться для разных целей как выходной управляющий

сигнал. Сигнал FO не затрагивается аппаратным сбросом. Все остальные флаги

устанавливаются в 1, при аппаратном сбросе.

ADDR – 14 разрядная шина адреса.

DATA – 24 разрядная шина данных.

RW/WR – управление направлением передачи данных (чтение из внешней

памяти или запись)

Сигналы BMS, PMS, DMS позволяют выбирать одно из 3-х адресных

Страницы: 1, 2