Budowa i pomiary układów DSP działających na procesorze sygnałowym ADSP 2181
description
Transcript of Budowa i pomiary układów DSP działających na procesorze sygnałowym ADSP 2181
Budowa i pomiary układów DSP działających na procesorze sygnałowym ADSP 2181
Katedra Telekomunikacji Morskiej
Założenia
Budowa i pomiary układów DSP działających na procesorze sygnałowym ADSP 2181 wykonywane są w celach dydaktycznych
Celem wykonywanych pomiarów jest przedstawienie zjawisk i urządzeń omawianych na wykładach i w podręcznikach
Wykonywanie pomiarów powinno być proste i nie zajmować dużo czasu tak, aby studenci skupiali się na działaniu badanych urządzeń DSP, a nie na obsłudze przyrządów pomiarowych
Wyniki pomiarów powinny być prezentowane w formie graficznej i być łatwe do zapisania w formie elektronicznej
Budowa rzeczywistych urządzeń i wykonywanie ich pomiarów, nawet ułomnymi przyrządami, jest lepsze od samej tylko symulacji urządzeń
Procesor ADSP 2181
16 bitowy stałoprzecinkowy Częstotliwość pracy 33MHz Oddzielna pamięć programu (24 bitowa) i
oddzielna pamięć danych (16 bitowa)
ADSP-2181 EZ-KIT Lite
Dwukanałowe wejście analogowe (stereo) Dwukanałowe wyjście analogowe (stereo) Maksymalna częstotliwość próbkowania
48KHz Możliwość programowania przez łącze
RS-232 z komputera PC za pomocą środowiska programistycznego VisualDSP++
ADSP-2181 EZ-KIT Lite
Rozkład elementów na płytce ADSP-2181 EZ-KIT Lite
Środowisko programistyczne VisualDSP++
Edycja kodu Debugowanie
Wykonywanie programu krok po kroku Możliwość sprawdzenia stanu rejestrów Możliwość zaglądania do pamięci z
możliwością analizy Fouriera zawartości
Układy DSP realizowane w ramach laboratorium (projektu)
Generatory przebiegów okresowych sinusoida, prostokąt i trójkąt
Modulatory i mieszacze – mnożenie sygnałów Filtry FIR Filtry adaptacyjne – filtr predykcyjny
Potrzebne przyrządy pomiarowe
Oscyloskop Analizator widma Zestaw do pomiary charakterystyk
amplitudowych filtrów wobuloskop generator i woltomierz
Zestaw do pomiary filtrów adaptacyjnych Odpowiedni zestaw kabli
Karta dźwiękowa komputera PC
Typowa maksymalna częstotliwość próbkowania Wejście karty 96kHz Wyjście karty 48kHz
Wejście i wyjście stereo – 2 kanałowe Gniazda stereo takie same jak w EZ-KIT
Oscyloskop z analizatorem widma
Pobiera z wejścia karty dźwiękowej 2048 próbek sygnału
Praca dwukanałowa Możliwość obliczenia widma amplitudowego
pobranego sygnału – stosuje się FFT, w celu zmniejszenia przecieków widma zastosowano okno Humminga
Możliwość zapisu wyników pomiarów w formie pliku graficznego
Okno programu Oscyloskop
Oscylogram przedbiegu sinusoidalnego wygenerowanego przez urządzenie EZ-KIT
Obliczone widmo amplitudowe przebiegu sinusoidalnego
2sf
Wynik rekonstrukcji sygnału sinusoidalnego o częstotliwości 3840Hz
próbkowanego z częstotliwością 8kHz
Widmo amplitudowe zrekonstruowanego sygnału sinusoidalnego o częstotliwości 3840Hz próbkowanego z częstotliwością 8kHz
2sf
Wynik rekonstrukcji sygnału prostokątnego o częstotliwości 1280Hz próbkowanego bez filtru antyaliazingowego z częstotliwością 32kHz
Widmo amplitudowe zekonstruowanego sygnału prostokątnegoo częstotliwości 1280Hz próbkowanego bez filtru antyaliasingowego z częstotliwością 32kHz
2sf
1
3
5
7
9 11
1313’15’17’19’21’23’
Schemat układu do pomiaru charakterystyk częstotliwościowych
Komputer PC
Program do pomiaru
charakterystyk
Karta dźwiękowa EZ-KIT 2181
AC
H(z)
CA
CA
AC
x(t)
y(t)
x(n)
y(n)
fskfsn
x’(k)
y’(k)
Pomiar odpowiedzi impulsowej
Założena: RzeczywistośćKarta dźwiękowa i zestaw EZ-KIT są dwoma różnymi urządzeniami cyfrowymi taktowanymi różnymi niezsynchronizowanymi zegarami, a
oba urządzenia są połączone przez złącze analogowe.
)()()()( nhnynnx
))((DTFT)( nheH j
))((DFT)( nhkH )()(')()( nxkxnnx
Sygnały impulsowe są źle przenoszone przez połączenie analogowe układów cyfrowych, znacznie lepiej przenoszone są sygnały sinusoidalne
Pomiar odpowiedzi na wymuszenie sinusoidalne
)(
)()(
X
YH
i
ii X
YH )(
Przy odpowiednim doborze zbioru częstotliwości Ωi wartości amplitud Yi
można obliczać dokonując szybkiej transformacji Fouriera ciągu y(n) .
)sin()()sin()( nYnynXnx
m
iyiii
m
ixiii nYnynXnx
11
)sin()()sin()(
Liczenie charakterystyki punkt po punkcie jest czasochłonne i kłopotliwe, dlatego wygodniej jest policzyć wszystkie punkty w jednym kroku
Przyjęte założenia
Jeśli sygnał x(n) jest sygnałem okresowym o okresie N, to pobierając N kolejnych próbek odpowiedzi y(n) otrzymuje się okres tego sygnału.
Przyjęto N=2048, fs=48000Hz, f1=23,44Hz, f938=21987Hz Fazy φxi dobrano losowo, w taki sposób, aby dla równych Xi
uzyskać najmniejszą maksymalną wartość bezwzględną sygnału x(n) – dla Xi=1 uzyskano maksimum równe 64
Przed pomiarem filtru cyfrowego należy dokonać pomiaru zwartej karty dźwiękowej pomiar pozwala obliczyć rzeczywiste amplitudy składowych
sygnału wymuszającego Xi oraz pozwala wyeliminować wpływ filtrów analogowych karty
dźwiękowej na wyniki pomiarów filtrów cyfrowych
938 ..., 3, 2, 1, , ifN
if si
Wymuszenie szerokopasmowe
Widmo amplitudowe odpowiedzi zwartej karty dźwiękowej na pobudzenie szerokopasmowe
Widmo amplitudowe odpowiedzi zwartej karty dźwiękowej na pobudzenie szerokopasmowe
Wynik pomiaru charakterystyki amplitudowej zwartej karty dźwiękowej
Wynik pomiaru charakterystyki amplitudowej zwartej karty dźwiękowej
Przykład pomiaru charakterystyki amplitudowej filtru FIR
Przykład pomiaru charakterystyki amplitudowej filtru FIR
Przykład pomiaru charakterystyki amplitudowej filtru FIR
Przykład pomiaru charakterystyki amplitudowej filtru FIR
Filtr adaptacyjny – predykcja liniowa
Sygnał wejściowy x(n) ma postać: )()()( nznsnx
gdzie: s(n) jest sygnałem sinusoidalnym lub sumą sygnałów sinusoidalnych,z(n) jest szumem nieskorelowanym z sygnałem s(n) ani z samym sobą.
Z-1 +x(n)
y(n)
e(n)
+
_Filtr adaptacyjny stopnia M
(predyktor)
Sygnał wyjściowy y(n) jest prognozą części zdeterminowanej sygnału x(n), czyli:
)(ˆ)( nsny
Rys. Struktura blokowa jednokrokowego predyktora liniowego
Jednokrokowy liniowy filtr predykcyjny
_
Z-1 Z-1
+
h1(n) h2(n)
Z-1
+
Z-1
+
hM-1(n) hM(n)
x(n) x(n-1) x(n-2) x(n-M-1) x(n-M)
+
+
d(n)=x(n)
e(n)algorytm LMS )()()()1( inxnenhnh ii
)(ˆ)( ndny
Okno programu do badania filtrów adaptacyjnych
Pomiar jednokrokowego predyktora liniowegosygnał wejściowy x(n) – zielony, sygnał wyjściowy y(n) – czerwony
Pomiar jednokrokowego predyktora liniowegowidmo amplitudowe sygnału wej. x(n) – zielone,widmo amplitudowe sygnału wyj. y(n) – czerwone
Pomiar jednokrokowego predyktora liniowegosygnał wejściowy x(n) – zielony, sygnał wyjściowy y(n) – czerwony
Pomiar jednokrokowego predyktora liniowegowidmo amplitudowe sygnału wej. x(n) – zielone,widmo amplitudowe sygnału wyj. y(n) – czerwone
Pomiar charakterystyki amplitudowej liniowego filtru predykcyjnego
kanał 1
Filtr FIRkanał 2
kanał 1Filtr predykcyjny
kanał 2
Kanał 1 – x1(n)=s(n)+z(n) – sygnał sinusoidalny plus szum
Kanał 2 – x2(n) – sygnał szerokopasmowy jak przy pomiarze charakterystykamplitudowych filtrów, zasada pomiaru taka jak poprzednio
Przykładowy pomiar charakterystyki amplitudowej liniowego filtru predykcyjnego
Przykładowy pomiar charakterystyki amplitudowej liniowego filtru predykcyjnego
Przykładowy pomiar charakterystyki amplitudowej liniowego filtru predykcyjnego
Wnioski
Wirtualne przyrządy wykorzystujące kartę dźwiękową komputera PC nadają się do wykorzystania w laboratorium do celów dydaktycznych
Zastosowanie tych przyrządów pozwala na zbadanie istotnych, ze względów dydaktycznych, właściwości realizowanych układów DSP