Моделирование фильтра - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника курсовая работа

Разработка модели работы фильтра с использованием микроконтроллера ATMEGA 8535 в среде CodeVision AVR. Тестирование ее работоспособности odesolve с помощью дифференциальных уравнений, решением конечно-разностных уравнений функцией mysolve в среде MathCad.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Смоделировать работу фильтра (Рис.1) с использованием микроконтроллера ATMEGA 8535 в среде CodeVision AVR.
2.1 Составление интегро-дифференциальных уравнений фильтра относительно переменных
Составим уравнения, описывающие работу фильтра изображённого на Рис.1. Интегро-дифференциальные уравнения составляются по законам Кирхгофа.
Т.к. известно, что для системы из n неизвестных достаточно n уравнений, то оставляем только 3 уравнения: 2 интегро-дифференциальных уравнения, а именно первое и третье, составленных по обходу контура, и последнее уравнение, составленное по узлу.
2.2 Определение независимых и зависимых начальных условий
Независимые начальные условия определяются из предположения о том, что напряжения на всех конденсаторах и токи во всех катушках индуктивности, до коммутации равны нулю.
Определим зависимые начальные условия:
2.3 Преобразование системы уравнений к нормальному виду (к системе линейных неоднородных дифференциальных уравнения с постоянными коэффициентами)
Дифференцируя левые и правые части составленных интегрально-дифференциальных уравнений, получим систему линейных неоднородных дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами
Введя дополнительные переменные , получим нормальную систему неоднородных дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами.
2.4 Решение системы уравнений средствами пакета MathCad. Построение графика i 1 (t),i 2 (t),i 3 (t) решений системы
Система уравнений, состоящая из трех дифференциальных уравнений и одного алгебраического, с указанными начальными условиями, решается средствами пакета MathCad.
Для решения используется функция пакета Odesolve.
Графики решений системы уравнений (t- переменная интегрирования) получены при следующих условиях: шаг Дt (d1t) равен 0,0252 секунды, число шагов (steps) равно 100, время интегрирования (T1=d1t*steps) равно 2,52 секунды, e_(t) это единичное входное воздействие.
2.5 Построение амплитудно-частотной и фазо-частотной характеристики (АЧХ и ФЧХ) передаточной функции фильтра средствами пакета MathCad
Комплексные значения сопротивлений ветвей фильтра, зависящие от частоты, вычисляются по следующим формулам:
Рис.3. Передаточная функция фильтра
Амплитудно-частотная и фазо-частотная характеристики передаточной функции для заданного варианта значений сопротивлений, емкостей и индуктивностей, построенные средствами пакета MathCad, представлены на Рис.4.
Рис.4. Амплитудно-частотная и фазо-частотная характеристики.
3.1 Получение системы разностных уравнений из системы дифференциальных уравнений
Преобразуем уравнения нормальной системы неоднородных дифференциальных уравнений к разностному виду.
Разностные уравнения оформлены средствами пакета MathCad в виде процедуры
3.2 Построение графиков решений системы разностных уравнений i 1 ,i 2 ,i 3 средствами пакета MathCad (при заданном числе шагов интегрирования steps и временном интервале Дt)
Графики решений системы разностных уравнений с использованием процедуры mysolve представлены на Рис.5. Графики получены при следующих условиях: шаг Дt (d1t) равен 0,0252 секунды, число шагов (steps) равно 100, время интегрирования равно 2,52 секунды, e(t) - единичное входное воздействие.
Рис.5. Результаты интегрирования. Процедура mysolve.
Сравним результаты решений системы процедурами Odesolve и mysolve путем наложения графиков решений, полученных этими процедурами. Предполагая, что стандартная процедура Odesolve дает более точное решение, чем процедура mysolve, с помощью рисунка можно оценить точность интегрирования по схеме Эйлера.
4. Описание микроконтроллера ATmega 8535
ATmega8535/L является КМОП 8- битным микроконтроллером, построенным на расширенной AVR RISC архитектуре. Используя команды, исполняемые за один машинный такт, контроллер достигает производительности в 1 MIPS на рабочей частоте 1 МГц, что позволяет разработчику эффективно оптимизировать потребление энергии за счёт выбора оптимальной производительности.
AVR ядро сочетает расширенный набор команд с 32 рабочими регистрами общего назначения. Все 32 регистра соединены с АЛУ, что обеспечивает доступ к двум независимым регистрам на время исполнения команды за один машинный такт. Благодаря выбранной архитектуре достигнута наивысшая скорость кода и соответственно высокая производительность в 10 раз превосходящая скорость соответствующего CISC микроконтроллера. ATmega8535/L содержит: 8К байт внутрисистемной программируемой FLASH памяти программ с возможностью чтения в процессе записи, 512 байтов EEPROM, 512 байтов SRAM, 32 входа-выхода общего назначения, 32 рабочих регистра, три гибких таймера/счётчика с режимом сравнения, внешние и внутренние прерывания, последовательный программируемый USART, байт ориентированный последовательный двухпроводный интерфейс, 8-канальный, 10-битный АЦП с дополнительным программируемым дифференциальным усилителем (для TQFP корпуса), программируемый Watchdog таймер с внутренним генератором, последовательный SPI порт, и шесть, выбираемых программно, режимов сбережения энергии.
В режиме Idle ЦПУ не функционирует, в то время как функционируют SRAM, таймеры/счётчики, SPI порт и система прерываний. В ATmega8535 существует специальный режим подавления шума АЦП, при этом в целом в спящем режиме функционирует только АЦП и асинхронный таймер для исключения цифровых шумов в процессе преобразования АЦП. В режиме Выкл. процессор сохраняет содержимое всех регистров, замораживает генератор тактовых сигналов, приостанавливает все другие функции кристалла до прихода внешнего прерывания или поступления внешней команды Reset. В режиме ожидания работает генератор тактовых частот, в то время как остальные блоки находятся в спящем режиме. Быстрый переход в нормальный режим работы обеспечивает малое потребление энергии. В расширенном режиме ожидания в рабочем состоянии находятся основной генератор и асинхронный таймер.
Микросхемы выпускаются при использовании Atmel технологии энергонезависимой памяти высокой плотности. Встроенная ISP FLASH позволяет перепрограммировать память программ внутрисистемно через последовательный SPI интерфейс стандартным программатором энергонезависимой памяти, или встроенной загрузочной программой работающей в ядре ЦПУ. Загрузочная программа может использовать любой интерфейс для экспорта рабочей программы во FLASH память.
Комбинация расширенной 8- и битной RISC архитектуры ЦПУ и твёрдотельной FLASH памяти обеспечивают ATmega8535 высокую гибкость и экономическую эффективность во встраиваемых системах управления.
Характеристики микроконтроллера ATmega 8535:
Архитектура микроконтроллера ATmega 8535 включает в себя:
· 130 команд процессора (большинство команд - однотактные);
· 32 8-разрядных регистра общего назначения;
· максимальная производительность 16 Mips (миллионов операций в секунду);
· встроенный 2-тактный перемножитель;
· 8 кбай встроенной электрически перепрограммируемой FLASH памяти (с возможностью перепрограммирования), число циклов стирания-записи памяти не менее 10000;
· 512 байт энергозависимой памяти EEPROM;
· возможность защиты от чтения и модификации памяти программ и данных;
· возможность программирования непосредственного в системе через последовательный интерфейс SPI.
· 2 8-разрядных независимых таймера-счетчика;
· счетчик реального времени с отдельным тактовым генератором;
· 2-проводный последовательный интерфейс;
· 4 порта ввода-вывода, включающие 32 линии;
Рис.7. Структурная схема микроконтроллера ATmega 8535:
5. Программирование в среде CodeVision AVR
5.1 Решение системы по разностной схеме
Программа (для среды CodeVision AVR), соответствующая системе разностных уравнений, написанная на языке С++, представлена ниже.
Интервал между прерываниями соответствует шагу интегрирования Дt равному 0,0252 секунды.
interrupt [TIM0_OVF] void timer0_ovf_isr(void)
TCNT0=255-197; //установить частоту дискретизации
interrupt [ADC_INT] void adc_isr(void)
// задание начальных условий для решения диф.ур.
// начальные условия в момент времени 0
//обнуление переменных, используемых на следующих шагах
} //бит индикации начальных условий
// начальные условия в момент времени 1
X11_n_1=(1/R1)*((EE_n_1-EE_n_2)/dt)-(1/(R1*C1))*X1_n_2-(R2/R1)*X22_n_2-(1/(R1*C2))*X2_n_2;
X33_n_1=X33_n_2+(R2/L3)*X22_n_2*dt+(1/(C2*L3))*X2_n_2*dt-Rn/L3*X33_n_2*dt;
//обнуление переменных, используемых на следующих шагах
X11_n=(1/R1)*((EE_n-EE_n_1)/dt)-(1/(R1*C1))*X1_n_1-(R2/R1)*X22_n_1-(1/(R1*C2))*X2_n_1;
X33_n=X33_n_1+(R2/L3)*X22_n_1*dt+(1/(C2*L3))*X2_n_1*dt-Rn/L3*X33_n_1*dt;
//рекурсия (присваивание старым значениям новые, чтобы их использовать на след. шаге)
PORTC=X3_n*60+255/2; //вывод тока I3
PORTD=X2_n*60+255/2; //вывод тока I2
PORTB=X1_n*60+255/2; //вывод тока I1
// конфигурирование порта A на ввод
// конфигурирование порта B на вывод
// конфигурирование порта C на вывод
// конфигурирование порта D на вывод
// инициализация таймера временных интервалов
TCCR0=0x05; // установка режима таймера
TCNT0=0x00; // установка начальных значений
// разрешение прерываний о т таймера
TIMSK=0x01; // установка режима таймера T0
// установка опорного напряжения АЦП
// глобальное разрешение прерываний
Решения разностных уравнений, смоделированные посредством среды VM Lab, и импортированные в MathCad представлены на рис.8 (импортированные данные были отмасштабированы) :
Рис.8. График решений, разностных уравнений посредством VM Lab
Сравним полученные ранее результаты, с результатами моделирования в среде VM lab (красным цветом показаны результаты моделирования в VM lab, синим - результаты полученные интегрированием mysolve):
Рис.9 Сравнение результатов решений
В результате работы для фильтра с заданными параметрами была создана модель в среде VMlab, работоспособность которой была проверена с помощью решения дифференциальных уравнений функцией odesolve, а также с помощью решения конечно-разностных уравнений функцией mysolve в среде MathCad.
Результаты моделирования фильтра в среде VMlab во время переходных процессов не соответствуют результатам, полученным функцией odesolve в виду неточности моделирования.
Погрешность составила порядка 0.05А. На основе значений погрешностей можно сделать вывод, что метод применим, но происходит потеря точности. Таким образом, был создан цифровой фильтр, повторяющий функции исходной аналоговой схемы.
1. Учебное пособие. Цифровая обработка сигналов средствами микроконтроллеров семейства AVR. Е.В. Коротицкий, Ю.Е. Коротицкая
2. Конспект лекций по дисциплине: Микропроцессорная техника.
Проблема помехоустойчивости связи, использование фильтров для ее решения. Значение емкости и индуктивности линейного фильтра, его параметры и характеристики. Моделирование фильтра и сигналов в среде Electronics Workbench. Прохождение сигнала через фильтр. курсовая работа [442,8 K], добавлен 20.12.2012
Изучение сущности цифровой фильтрации - выделения в определенном частотном диапазоне с помощью цифровых методов полезного сигнала на фоне мешающих помех. Особенности КИХ-фильтров. Расчет цифрового фильтра. Моделирование работы цифрового фильтра в MatLab. курсовая работа [2,0 M], добавлен 21.09.2010
Понятие математической модели линейной дискретной системы (ЛДС) как соотношение вход/выход в виде уравнения или системы уравнений с целью вычисления реакции на сигналы. Моделирование работы ЛДС в программной среде MATLAB. Порядок выполнения работы. контрольная работа [221,6 K], добавлен 29.09.2011
Цифровой фильтр с заданными характеристиками: рабочие коэффициенты, передаточная функция, параметры и структура. Программная и аппаратная реализация спроектированного фильтра, его тестирование. Особенности режимов работы фильтра в полосе пропускания. контрольная работа [1,9 M], добавлен 19.09.2012
Расчет переходного процесса на основе численных методов решения дифференциальных уравнений. Разработка математической модели и решение с использованием метода пространства состояний. Составление математической модели с помощью матрично-векторного метода. курсовая работа [161,1 K], добавлен 14.06.2010
Проектирование схемы LC-фильтра. Определение передаточной функции фильтра и характеристики его ослабления. Моделирование фильтра на ПК. Составление программы и исчисление параметров элементов ARC-фильтра путем каскадно-развязанного соединения звеньев. курсовая работа [824,9 K], добавлен 12.12.2010
Разработка полосового фильтра десятого порядка с аппроксимацией Баттерворта. Его схемная реализация с использованием структуры Рауха. Моделирование фильтра на функциональном и схемотехническом уровнях его характеристики в частотной и временной областях. дипломная работа [5,7 M], добавлен 03.12.2013
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .

© 2000 — 2021



Моделирование фильтра курсовая работа. Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника.
Реферат: Как дать отпор хакерам
Симонов Собрание Сочинений Купить
Реферат: Михаил Васильевич Исаковский . Скачать бесплатно и без регистрации
Реферат: Немецкая классическая философия. Скачать бесплатно и без регистрации
Современный Мир Технологий Эссе
Курсовая работа по теме Судовой двигатель внутреннего сгорания L21/31
Дипломная Работа На Тему Разработка Астраханского Газоконденсатного Месторождения
Курсовая работа: Философия Спинозы
Дипломная работа по теме Перспективы развития таксидермии в Шимановском районе Амурской области
Контрольная работа по теме Урок музыки в 3 классе
Доклад: Дискурс и текст: проблема дефиниции
Реферат: 1. Анализ теории качества в сфере услуг 5
Реферат по теме Современные тенденции развития каналов распределения
Курсовая работа по теме Условия повышения эффективности литературного образования дошкольников
Реферат по теме Рекреационная Германия )
Реферат по теме Cтоматология: инструменты из никель-титанового сплава
Реферат: Химия и запахи. Скачать бесплатно и без регистрации
Готовые Курсовые Работы По Экономике
Мой Город Димитровграда Сочинение 3 Класс
Сочинение Смерть Долгушева
Бухгалтерский учет в ЗАО "Ставропольский бройлер" - Бухгалтерский учет и аудит отчет по практике
Правовое регулирование охраны труда в Российской Федерации - Государство и право курсовая работа
Влияние права на взаимодействие личности и государства - Государство и право реферат