Анализ задачи и ее формализация.

Введение.

В радиотехнике, наряду с методами аналоговой обработки сигналов, широкое распространение получили методы и устройства цифровой обработки сигналов, реализованные на основе микропроцессоров (МП). Применение МП в радиотехнических системах (РТС) существенно улучшает ихтехнико-экономические показатели (потребление энергии, габариты, стоимость и т.д.), открывает широкие возможности реализации сложных алгоритмов цифровой обработки сигналов (ЦОС).

Применение МП целесообразно в тех случаях, когда реализация определенных функций РТС с использованием «жесткой логики» требует большого количества микросхем .

Микропроцессоры находят применение при решении широкого круга радиотехнических задач, таких как построение радиотехнических измерителей координат, сглаживающих и экстраполирующих фильтров устройств вторичной обработки сигналов, специализированных вычислительных устройств бортовых навигационных комплексов, устройств кодирования и декодирования сигналов, весовой обработки пачечных сигналов в радиолокации, различного рода измерительных устройств и т.п.

 При создании радиоэлектронной аппаратуры используются три основных подхода реализации цифровых устройств: аппаратный, программный и аппаратно- программный. При аппаратном получают цифровые устройства с традиционной «жесткой'' логикой, что обеспечивает наибольшее быстродействие устройств, но требует трудоемкой разработки индивидуальной структуры цифрового устройства – спецпроцессора.

При программном подходе цифровое устройство реализуется в виде программы для готовой универсальной ЭВМ, в качестве которой можно использовать микроЭВМ, предназначенную для встраивания непосредственно в разрабатываемые блоки. Аппаратно-программный подход предполагает разработку как программных, так и аппаратных средств. К ним относятся цифровые устройства, реализованные как автоматы с микропрограммным управлением и хранимой в ПЗУ программой, а также цифровые устройства, построенные на основе микропроцессора. Аппаратно-программный подход при использовании современных интегральных схем позволяет в наибольшей степени учесть особенности решаемых задач.

Выбор варианта построения цифрового устройства в каждом конкретном случае осуществляется с учетом всех требований технического задания. Применение «жесткой” логики оправдано в двух основных случаях I) при необходимости получения предельно бысокого быстродействия; 2) при построении относительно несложных устройств на интегральных схемах малой и средней степени интеграции.

Если же от устройства требуетсягибкость, т.е. способность изменения функций программным путем в процессе работы или расширения круга решаемых задач, тогда становится целесообразным использование микропроцессоров (МП), Применение оправдано при построении устройств большой сложности, если быстродействие МП оказывается достаточным. Ограничения, связанные с недостаточным быстродействием МП, можно преодолеть построением многопроцессорных устройств или выполнением части функций с помощью специально разработанных аппаратных средств, работающих совместно с МП.

Наибольшая экономичность цифрового устройства по объему оборудования и другим эксплуатационным параметрам, а также наименьшая трудоемкость проектирования достигаются при использовании однокристальных МП.

Анализ задачи и ее формализация.

 Согласно техническому заданию разностное уравнение имеет вид:

 Для упрощения программы и сокращения числа выполняемых машинных циклов, т.е. для повышения быстродействия, упростим данное выражение и представим его в следующем виде:

 Согласно данному уравнению изобразим структурную схему проектируемого устройства:

где Тз- время задержки, равное интервалу дискретизации.

 По заданию проектируемое устройство, т.е. корректирующий фильтр, должно быть реализовано на базе комплекта БИС серии КП580.

Помимо МП ВМ80А, для построения законченного модуля ЦП необходимы:

- генератор тактовых импульсов КР580ГФ24, который вырабатывает тактовые импульсы, импульс сброса и обеспечивает синхронизацию всего устройства в целом.

- системный контроллер и формирователь шины КР580ВК28/38, который обеспечивает работу с памятью и портами, а так же аппаратно формирует команду векторного прерывания RST7.

- буферные регистры КП580ИП82/ИП83

 Преобразование входного аналогового сигнала в цифровой код осуществляется с использованием АЦП К1108ПВ1. Поскольку диапазон входного сигнала оказывается не согласованным с рабочим диапазоном используемого АЦП, на входе устройства придется поставить масштабирующий усилитель.

Данные из АЦП выходят в виде 8 разрядного прямого кода. В ЦП они обрабатываются в форме 16 разрядного дополнительного кода, поэтому переполнения не происходит.

Перевод прямого кода в дополнительный реализуем программно.

 Из формул видно что, для формирования выходного отчёта необходимо использовать текущее значение входного отчёта и его предыдущие значения. Для хранения входных, выходных, предыдущих значений отсчетов и промежуточных результатов вычисления необходимо выделить область памяти в ОЗУ, поскольку реализовать в полном объеме функции проектируемого устройства с использованием программно доступных регистров МП не возможно.

 Обработка отсчетов производится программой, хранящейся в ПЗУ. К моменту прихода следующего отсчета устройство должно закончить обработку предыдущего и находиться в состоянии готовности. Для реализации данного условия необходимо чтобы частота дискретизации была меньше времени обработки одного отсчета.

Для передачи данных внешнему устройству потребуется порт вывода, в качестве которого может служить регистр с параллельной загрузкой. Согласование рабочего кода МП, т.е. параллельного дополнительного кода, с требуемым выходным кодом представления данных реализуем программно.

Процедура вывода данных выполняется независимо от состояния внешнего устройства. Такой вид обмена называется прямым или безусловным. Процедура вывода инициируется и выполняется непосредственно программой, реализуемой ЦП. Программно- управляемый обмен не является единственным типом обмена. Но судя по аппаратным затратам, это наиболее эффективный тип обмена.