Цифрово филтриращо устройство, базирано на микроконтролер AVR ATmega16
Във връзка с широкото разпространение на цифрови системи за управление, необходимостта от тяхното развитие и подобряване непрекъснато нараства.
Повечето цифрови системи са изградени на микропроцесори или микроконтролери. С помощта на микропроцесорни системи се управляват различни технологични процеси и операции. Тези системи са почти универсални, тъй като имат много висока скорост и достатъчен капацитет за извършване на различни изчисления в производството. Използвайки EPROM в тези системи, е възможно с помощта на една компютърна система да се управлява различно оборудване. Тоест, трябва да се промени само програмата за управление.
Централното място в структурата на микропроцесорното устройство се заема от микропроцесор, който извършва аритметични и логически операции с данни, софтуерно управление на процесора за обработка на информация и организира взаимодействието на всички устройства, включени в системата. Микропроцесорът е функционално завършено устройство, състоящо се от един или повече програмно управлявани LSI и проектирано да извършва операции по обработка на информация и да контролира изчислителния процес.
В курсовата работа е разработено устройство на базата на микроконтролера AVR от семейството Mega.
Микроконтролерът ATmega16 е избран въз основа на факта, че той напълно отговаря на изискванията за внедряване на дадено устройство, а също така има достъпна цена и е широко използван.
1. АНАЛИЗ НА ПОСТАВЕНАТА ЗАДАЧА
Процесът на проектиране на интегратор се състои от същите стъпки като процеса на проектиране на аналогови филтри. Първоформулират се изисквания към желаните характеристики на интегратора, според които след това се изчисляват неговите параметри. Амплитудните и фазовите характеристики се формират подобно на аналоговите филтри. Ключовата разлика между аналоговите и цифровите интегратори е, че вместо да се изчисляват съпротивленията, капацитетите и индуктивностите за аналоговия интегратор, се изчисляват коефициентите за цифровия интегратор. С други думи, в цифровия интегратор числата заместват физическите съпротивления и капацитети на аналоговия. Тези числа са коефициенти, те са постоянно в паметта и се използват за обработка (филтриране) на дискретни данни, идващи от ADC.
Интеграторът в реално време работи с дискретни времеви данни, за разлика от непрекъснат сигнал, обработен от аналогов интегратор. В този случай следващата проба, съответстваща на отговора на интегратора, се формира в края на всеки период на семплиране.
Първо, сигналът трябва да бъде дигитализиран с ADC, за да се получи проба от x(n). След това тази проба се изпраща на цифров интегратор. Извадките от изходни данни y(n) се използват за реконструиране на аналоговия сигнал с помощта на DAC с нисък псевдоним.
Дискретните системи, дори тези с висока степен на свръхсемплиране, изискват аналогови нискочестотни филтри преди ADC и след DAC, за да се елиминира псевдонимът.
1.1 Описание на интегратора от първи ред
Интегриращо устройство (ID), интегратор - изчислително устройство за определяне на интеграла, например, където x и y са входни променливи. Входните променливи могат да бъдат механично изместване, налягане, електрически ток (напрежение), брой импулси, температура и др.
Интеграторът се използва като самостоятелно изчислително устройство за решаване на математически задачи чрез интеграционни методи; може да служи като елемент на системата за автоматично управление (интегрираща връзка); да бъде част от компютър; да се използва за моделиране на физически процес и т.н. Интеграторът се използва за изследване на филтрацията.
Цифровите интегратори са част от цифровите диференциални анализатори, както и някои специализирани изчислителни устройства, като интерполатори. Интегрирането на функция в цифрови DUT се заменя с операцията за сумиране на краен брой последователни стойности на тази функция (нейните увеличения), дадени в отделни точки. В този случай входната и изходната цифрова информация се представят под формата на електрически импулси, а интегрирането се извършва чрез сумиране на тези импулси. Чрез избора на достатъчно малка цена на импулсите е възможно да се осигури практически необходимата точност при замяна на интеграла със сума; точността на аналоговото DUT е ограничена.
IE се описва със система от уравнения
където y[n], x[n] са входни и изходни последователности;
xi [n] е състоянието на i-тия възел на графиката на схемата за осредняване;