Микропроцессорное устройство цифровой обработки сигналов

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО

И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

РЯЗАНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ РАДИОТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

КАФЕДРА РАДИОУПРАВЛЕНИЯ И СВЯЗИ

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине ЦОС и МП

Тема: МИКРОПРОЦЕССОРНОЕ УСТРОЙСТВО

ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ

                                                                               Выполнил: студент гр. 616

                                                        Якунин И. В.

                                                                              Проверил: Езерский В. В.

Рязань 2000

Техническое задание

Импульсная РСЛ измерения дальности.

t_и = 1 мкс, Т_п = 3 мс. Выбрать процессор, организовать цифровое формирование модулирующего колебания, Выходные данные выдавать по стандарту RS232.

Содержание

Введение....................................................................................................4

1.  Обзор литературы..........................................................................................5

2.  Постановка задачи.........................................................................................6

3.  Описание алгоритма работы устройства и расчёт основных

характеристик.................................................................................................7

4.  Расчет разрядности микропроцессора.........................................................15

5.  Разработка структурной схемы устройства................................................16

6.  Разработка блок схемы алгоритма...............................................................18

7.  Разработка текста программы......................................................................20

        Заключение..................................................................................................21

       Приложение 1 Структурная схема устройства........................................22

        Приложение 2 Блок схема алгоритма.......................................................23

Введение

В настоящее время трудно представить себе авиацию без радиолокационных станций. С помощью радиолокации определяют скорость, высоту, расстояния, координаты. Аппаратура, которая выполняет задачи поиска этих параметров, становится сложнее, массивнее. Один из способов уменьшения массогабаритных показателей – использование микропроцессоров, контроллеров, сигнальных процессоров. К тому же системы, построенные на этой элементной базе, более универсальны, «гибки».

В данной курсовой работе будет рассмотрен импульсный радиодальномер на основе однокристального микропроцессора.

Обзор литературы:

1.  Проектирование импульсных и цифровых устройств радиотехнических систем. Под ред. Казаринова Ю. М. – М. Высшая школа. 1985 г.

2.  Марков С. Цифровые сигнальные процессоры. Книга 1. – М. Микроарт. 1996 г.

Постановка задачи

          В данной работе, опираясь на техническое задание, определяем задачу проектирования: необходимо смоделировать микропроцессорное устройство цифровой обработки сигналов импульсной РЛС измерения дальности.

 Для этого надо выбрать подходящее схемное решение измерителя. Нам предстоит найти основные параметры и требования РЛС, выбрать математический метод решения задачи, по ним выбрать наилучший по всем показателям  микропроцессор. Далее выбрать оптимальный алгоритм работы МП, разработать структурную схему устройства обработки сигнала и блок-схему, составить наиболее принципиальные, важные части программы, изобразить функциональную схему устройства программного обмена.

Описание алгоритма и расчёт основных характеристик

          В состав РТС наряду с устройствами поиска и обнаружения сигналов могут входить так называемые дискриминаторы. Их функциональным назначением является отсчёт рассогласования текущего значения измеряемого параметра (по отношению к априорному значению) в пределах интервала селекции полезного сигнала.

          Алгоритм обработки принимаемого сигнала в дискриминаторах можно условно разделить на две операции: 1) формирование характерной точки отсчёта времени прихода сигнала (эта операция называется фиксацией временного положения сигнала) и 2) определение отклонения этой точки от предполагаемого значения, выработанного ранее, на основе предшествующей обработки (фильтрации и экстраполяции измеряемого параметра).

          Оптимальная операция фиксации сводится к определению точки максимума t^ функции z(t)

В подобных случаях роль цифровых схем, осуществляющих сопряжение дискриминатора с последующим устройством фильтрации, сводится к выполнению аналого-цифровой операции преобразования временного интервала e^ между точкой фиксации t^ и некоторым заранее выработанным (априорным) значением t_a в цифровой код N_e.

          Принцип построения таких дискриминаторов поясняется структурной схемой и временными диаграммами на рис 1 и 2.

Здесь показан случай фиксации по максимуму функции z(t).

         
Способ обработки сигналов основывается на том,  что оптимальная процедура оценивания временного параметра сигнала, которая состоит в решении уравнения

где     сводится к формированию функции

И её линейной аппроксимации в окрестности точки t^, удовлетворяющей уравнению (1). При такой аппроксимации решение (1) определяется с учётом соотношения

из которого видно, что значение функции d(t) в точке t=t_a характеризует отклонение e^ текущей оценки t^ измеряемого параметра от выбранного ранее значения t_a с точностью до масштабного коэффициента с, зависящего от параметров полезного сигнала и характера мешающих воздействий.

 
Отсюда следует, что одной из основных операций обработки сигнала в измерительной системе является выработка значения d(t_a), пропорционального оценке e^ временного рассогласования e=t_з - t_a . Эту операцию выполняет дискриминатор.

          Структура устройства обработки, выполняющего операции над принятой реализацией u(t), зависит от вида полезного сигнала s(t), который необходимо конкретизировать для дальнейшей детализации рассматриваемого устройства. Задача точного измерения параметра t_a имеет смысл при условии, что предварительно выполнена операция поиска и селекции импульсов (см рис 3), передающих амплитудную информацию, так что полезный сигнал представляет собой дискретную функцию вида

Где d-функция используется для описания периодической последовательности импульсов с известным временным положением, форма которых не играет роли с точки зрения дальнейшей обработки сигнала, так как вся информация заложена только в амплитудах импульсов.

          В этом случае выражение для алгоритма обработки принимает вид

где

U_i – выборочные значения реализации u(t) в дискретные моменты времени, соответствующие известным моментам прихода сигнальных импульсов, а b_i – весовые коэффициенты, вычисляемые заранее для дискретных значений параметра t_a. Для упрощения аппаратной реализации устройства дискриминирования удобно принять интервал дискретизации параметра t_a равным периоду дискретизации Т_д. Тогда

Результатом обработки сигнала в дискриминаторе является накопленное в регистре памяти цифровое значение функции d_j , соответствующее дискретному значению аргумента t_aj=jT_и. Как видно из двух последних формул, изменение аргумента jT_и сводится к сдвигу последовательности весовых коэффициентов {b_i-j, i=[1,n]} относительно последовательности принятых выборочных значений {u_i, i=[1,n]}, как показано на рис. 4 для трёх значений аргумента t_a, соответствующих отрицательному, нулевому и положительному рассогласованиям e.

          Для упрощения алгоритма работы дискриминатора и уменьшения требований к быстродействию микропроцессора в данном случае возможно применить квазиоптимальный метод. Варианты упрощения алгоритма

дискриминирования показаны на рис. 5.