Устройство цифровой фильтрации на основе микроконтроллера фирмы AVR Atmega - Курсовая работа

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ КУРСОВОЙ ПРОЕКТ по дисциплине: “ЦИФРОВАЯ ОБРАБОТКА СИГНАЛОВ” на тему: «Устройство цифровой фильтрации на основе микроконтроллера фирмы AVR Atmega8»В настоящее время большинство радиотехнических систем строится на микропроцессорах либо на микроконтроллерах, которые облегчают управление множественными технологическими процессами и операциями в связи с этим достигается универсальность и гибкость при подходе решения различных технологических задач при производстве и прикладных приложениях. В Данных системах возможно использовать как встроенное ППЗУ так и доступ к внешним носителям информации к примеру ч-з встроенный интерфейс SPI , пример работы с которым и будет приведен на страничках данной работы. Основное место в структуре микропроцессорного устройства занимает микропроцессор, который выполняет арифметические и логические операции над данными, программное управление процессором обработки информации, организует взаимодействие всех устройств, входящих в систему. Микропроцессор представляет собой функционально законченное устройство, состоящее из одной или нескольких программно-управляемых БИС и предназначенное для выполнения операций по обработке информации и управления вычислительным процессом Эти распространенные на данный момент контроллеры характеризуются наиболее развитой периферией, наибольшими среди всех микроконтроллеров AVR объемами памяти программ и данных, поддерживают несколько режимов пониженного энергопотребления, имеют блок прерываний, сторожевой таймер и допускают программирование непосредственно в готовом устройстве и к тому же имеют не высокие стоимостные показатели, что не мало важно при построении микропроцессорных систем ориентированные на экономические показатели.В дальнейшем сигнал усиленный и отфильтрованный от высокочастотных составляющих подается на встроенный АЦП МП ATMEGA8, где оцифрованное значение входного сигнала обрабатывается по алгоритму согласно ТЗ и в дальнейшем водится на ЦАП, где сигнал обрабатывается в аналоговый вид выводится на последующие устройства. Таким образом фильтром на основе ОУ решается задача по фильтрации и усилении сигнала, МП решается аналитическая часть задачи где сигнал рассчитывается (увеличивается) до нужного нам уровня в 1.2в миную сопутствующие сопровождающие шумы если бы применялась стандартная многоуровневая схема последовательного подключения ОУ.При разработке структурной схемы и обосновании условий к компонентной базе применим последовательный подход, начиная разработку с фильтра построенного на базе широко распространенного сдвоенного ОУ LM358 со структурной схемой, показанной на Рисунок 1. Согласно ТЗ мы можем применить фильтр с частотой среза около fc =150гц что обеспечит необходимую полосу пропускания сигнала и коэффициентом передачи 100, где входящий сигнал в 3МВ увеличится до 0.3В что достаточно для обработки АЦП с ИОП 2.5В График приведен для случая, когда wc=1 рад/с, а соответственно частота, на которой нужно необходимое затухание - 2 рад/с. Общий график для передаточной функции фильтра Баттерворта: Определяем схемную реализацию фильтра: Выбираем 1/2 (первое звено) активного фильтра нижних частот четвертого порядка со сложной отрицательной обратной связью: Чтобы желаемая схема имела желаемую амплитудно-частотную характеристику, входящие в нее элементы могут быть подобраны с не очень высокой точностью, что является плюсом данной схемы. Шенк «Полупроводниковая схемотехника» п.13.4.2 стр.204: Передаточная функция первого звена имеет вид: где wc - круговая частота среза фильтра, wc=2pfc.Ведущий переводит периферийное устройство в активное состояние и формирует тактовый сигнал и данные. В ответ ведомое устройство передает ведущему свои данные. Служит для передачи данных от ведущего устройства к ведомому. Служит для передачи данных от ведомого устройства к ведущему. В нашем случае типовая схема соединения двух устройств по SPI выглядит так. где Slave1-2-3-4 подключение ЦАП к МП обмен данными может происходить только с одним из них, остальные должны находиться в неактивном состоянии, выбор Slave устройства происходит подачей лог.0 на SS вход ЦАПВ микроконтроллере AT mega8 используется напряжение 5 В, подаваемое на вход VCC.Тактировать микроконтроллер можно несколькими способами: использовать внешний тактирующий сигнал, либо подключать внешний кварцевый резонатор или RC-цепочку, либо использовать встроенный генератор с внутренней RC-цепочкой. В данном случае нам не нужна особая точность вычислений и нет согласования с другими тактируемыми устройствами, поэтому вполне можно воспользоваться встроенным генератором с внутренней RC-цепочкой.В данном случае нет смысла использовать отдельную кнопку сброса, сброс будет осуществляться по включению питания. При включении устройства подается питание на контроллер и автоматически осуществляется сброс, при выключении устройства, просто снимается питание с контроллера.

Содержание

Введение

Техническое задание

1.Анализ существующих решений

2.Разработка структурной схемы

2.1 Расчет фильтра низкой частоты Баттерворта 4-го порядка

2.2 Аналитический обзор микроконтроллера Atmega

2.3 АЦП

2.4 Встроенный интерфейс передачи данных SPI

2.5 ЦАП

3.Проектирование принципиальной схемы устройства

3.1 Схема включения микроконтроллера и его быстродействие

3.2 Формирование тактовых импульсов

3.3 Организация сброса

4.Программная реализация

4.1 Разработка алгоритма программы

4.2 Проектирование процедуры чтения данных с АЦП

4.3 Проектирование инициализации порта D

4.4 Процедура передачи ЦАП

4.5 Вызов прерывания

4.6 Процедура main

4.7 Энергопотребление

Заключение

Используемая литература