РЯЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
к курсовой работе по дисциплине:
Основы проектированияцифровых устройств наПЛИС
на тему: Цифровой фильтр высокой частоты
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
РЯЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра радиотехнических систем
ЗАДАНИЕ НАКУРСОВУЮ РАБОТУ
по дисциплине «Основы проектирования цифровых устройств на ПЛИС»
СтудентГорюнов Д.Ю. кодIeH3-04-06-30-1-11группа 5110
1. ТемаЦифровой фильтр высокой частоты
2. Срок представления проекта к защите 12ноября2008 г.
3. Исходные данные для проектирования:
3.1. Линейное разностное уравнение фильтра:
3.3. Коэффициенты фильтра:
b1
b2
b3
b4
0.126464868216455
-0.211575649599258
0.211575649599257
-0.126464868216455
a1
a2
a3
a4
1.000000000000000
0.927241545063816
0.888040485768699
0.284717905073458
3.4. Разрядность коэффициентов: выбрать (см.п.3.5 и 3.6. ТЗ)
3.5. Отклонение АЧХ в полосе пропускания: не более ±0,6 дБ
3.6. Затухание АЧХ в полосе непропускания: не менее 29дБ
3.7. Входные данные: 8-разрядный параллельныйпрямой код
3.8. Выходные данные: 16-разрядный параллельныйдополнительный код
3.9. Частота дискретизации: 2,8 МГц
3.10. Тактовая частота синхронизации: 25,175 МГц
3.11. ПЛИС: EPF10K20RC240-4(семейство FLEX10KфирмыAltera)
4. Содержание пояснительной записки курсового проекта
4.1. Титульный лист
4.2. Задание на курсовую работу
4.3. Содержание
4.4. Введение
4.5. Анализ, формализация и декомпозиция задачи
4.6. Разработка и обоснование структурной схемы устройства
4.7. Составление и описание принципиальной схемы устройства
4.8. Разработка и отладка программы на языке AHDL
4.9. Определение быстродействия, импульсной и переходной характеристик фильтра
4.10. Заключение
4.11. Список использованных источников
4.12. Приложение
5. Перечень графического материала: схема принципиальная электрическая
Содержание:
1. Введение 5
2. Анализ, формализация и декомпозиция задачи 6
3. Разработка и обоснование структурной схемы устройства 12
4. Составление и описание принципиальной схемы устройства 13
5. Разработка и отладка программы на языке AHDL 14
6. Определение быстродействия, импульсной и переходной характеристик фильтра 16
7. Заключение 18
8 Список использованных источников 19
9 Приложение 20
Введение
В данном курсовой работе я(?!)буду разрабатывать и моделировать цифровой фильтр высокой частоты (БИХ). Характеристики этого фильтра указаны в выданном преподавателем задании.
Фильтр будет выполнен на основе программируемой логической интегральной схемы EPF10K20RC240-4 из семейства FLEX10K фирмы Altera с помощью специальных программ MAX+plus II 10.2 BASELINE и MATLAB 6.5.
ПЛИС семейств FLEX10K — самая популярная элементная база для реализации алгоритмов ЦОС. Их часто используют так, как они имеют большую логическую емкость, удобную архитектуру с встроенными блоками памяти(EAB, Embedded Array Block), высокую надежность и приемлемую цену, относительно других ПЛИС. Этого достаточно для решения проблем, возникающих у разработчиков.
Анализ, формализация и декомпозиция задачи
В данной работе я(?!) буду проектировать цифрой фильтр с бесконечной импульсной характеристикой третьего порядка.
Запишем линейное разностное уравнение для БИХ-фильтра:
Преобразуем данное уравнение и получаем три формы реализации БИХ-фильтра:
Рис.1 Прямая форма 1 Рис.2 Прямая форма 2 Рис.3 Транспонированная
прямая форма 2
1)Прямая форма 1
2)Прямая форма 2
3)Транспонированная прямая форма 2
Для фильтра порядка М=3 получим:
>
Проанализировав формы реализаций фильтров, прихожу к выводу, что нужно использовать транспонированную прямую форму 2, так как имеет встроенный конвейер и наименьшее количество сумматоров(?!). Данную форму можно представить в виде трех блоков, которые мы в последствии и будем использовать при программировании:
Рис.4 Блок Mult_a
Рис.5 Блок Mult_b Рис.6 Блок Mult_c
Программировать будем ПЛИС фирмы Altera FLEX10K20RC240-4.Укажем характеристики этой схемы:
Логическая емкость
20000
Число логических элементов
1152
Число логических блоков
144
Память (бит)
12288
Используемые выводы
189
Число строк
6
Каналов в строке
144
Число столбцов
24
Каналов в столбце
24
Таблица 1
В задании были получены коэффициенты фильтра. Но они дробные и поэтому MAX+plus с ними работать не может. Необходимо их перевести в целые числа. Это производится с помощью масштабирования. Масштабирование коэффициентов производится путем умножения заданных коэффициентов ai на 2mи biна 2n. Выбираем n и m так, чтобы выполнялись условия технического задания(отклонение АЧХ в полосе пропускания и затухание АЧХ в полосе непропускания). С учетом этого выберем m=n=6.
Используем MATLAB и получаем характеристики фильтра при различных округлениях:
-без округления
-с отбрасыванием дробной части (fix);
-с округлением до ближайшего целого (round);
-с округлением до ближайшего меньшего целого (floor);
-с округлением до ближайшего большего целого (ceil);
>
Рисю7 АЧХ при различных способах округления
>
Рис.8 АЧХ в полосе непропускания Рис.9 АЧХ в полосе пропускания
Выбираем округление до ближайшего целого, так как это единственное округление, которое удовлетворяет техническому заданию. Оно соответствует красному графику.
(Отклонение АЧХ в полосе пропускания: не более ± 0,6 дБ
Затухание АЧХ в полосе непропускания: не менее 29 дБ)
(Определите реальные величиныотклонений!!)
>
Рис.10 Импульсная характеристика фильтра
>
Рис.11 Переходная характеристика фильтра
>
Рис.12 ФЧХ фильтра
>
Рис.13 Карта нулей и полюсов фильтра
Данный фильтр является устойчивый, так как все полюса находятся внутри единичной окружности.
Выпишем округленные и отмасштабированные коэффициенты:
№
Заданные коэффициенты
(DEC)
Округлённые коэффициенты
(DEC)