Гольденберг Л.М., Матюшкин Б.Д., Поляк М.Н. Цифровая обработка сигналов (2-е изд., 1990) (1245704), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Принцип работы АЦП иллюстрируется на примере схемы послсдовательног действия с обратной связью (рис. 2.12) 17]. Прн ипо„<и„на выходе компаратор напряжения (КН) образуется логический уровень у=!, импульсы ог генератор тактовых импульсов (ТИ) поступают на вход счетчика и с каждым вхолны импульсом изменяется код на вь!ходе счсучика и соответственно наменяетс выходное напРЯжсние цифРо-аналогового пРеобРазователк инхп При ин„н > и,„н выходе компаратора образуется логический уровень Т=О. прекращается подач импульсов в счетчик и на ег о выходе формируется число (х,, х„~ ... х, ) соответствующее уроишо аналогового сигнала и,„. Это число считывается и буферно!о регисгра, счетчик устанавливаеючя в исхолное нулевое состояние и процесс преобразования повторяется. Заметам, что вместо счетчика может бьц использоиан Ь-разрядный регистр (с соответствующими изменениями и схеме).
Ясно что реализация изложенного принципа преобразования приводи! к АЦП с низки быс гродействнем. На практике применяютса н АЦП параллельного действия, схем коз орых существенно сложнее рассмотренной. выше, но обеспечиваю~ более высок быстродействие. В качестве примеров приведем параметры пскозорых типов АЦ выпускаемых промышленносз ью: К-572ПВ! (число Разрядов !2, время преобразова ния 1!О мкс), К-1107ПВ1 (6! 0,1 мкс), К-1113ВП! (10, 30 мкс). 2,10, АППАРАТУРНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ЦФ дхя посзроепия специализированного устройства Реализуюгпсго алгоритм цифровой фильтрации, могут быть использованы Разливные операционн устройства; регисгры, умножители„сумматоры и т д.- -и соответствующ управляющее устройство для управления последовательностью операций.
После расче~а козффициснтон и выбора структуры фильгра решаются вопросы выбора кодирования чисел (прямой или дополнительный код), способов их представления (с фиксиронанной или плавающей запятой) и выбора злсмснгной базы. Естественно, чго возможны мно!ие варианты аппаразурной реализации. Выбор того или иного варианта определяется главным образом требованиями к быстролейсзвию и объему аппаразурных затрат. Быстродействие ЦФ опрсделяе!ся нремснной задержкой г,„при прохождении сигнала н ЦФ за один период дискретизации, в течение которого вычисляется очсрслная выборка выходного сигнала. Величина г„,„ находится непосрелствснно по структурной схеме ЦФ; при этом рассматриваются все возможные пути прохождения сигналов и выбирастсн тот путь, по которому наибольшая задер кка сигнала.
Это время и принимается за Величина г„,„определяется в основном временем выполнения операции умножения двух операнлов и числом операций умножения. которые необходимо выполнить для вычисления одного отсчета выходного сигнала. Поэтому число операций умножения часто рассматривасзся как основной критерий быстродействия н вообще качества реализации ЦФ. Лругим важным рсализационпым кризсрисм является, как уже упомянуго, объем аппаратурных затрат и прежде всего обьем оперативной и посгоннной памяти, необходимой лля хранения коэффициентов (параметров) фильтра и результагов выполнения арифметических и логических операций, необходимых для реализации а:поритма фильтра.
П р и мер 2.12. В качестве простейшего примера рассмотрим реализацию нсрекурсивпого цифрового фильтра н прямой форме (рис. 2.13,и), описываемого уравнением У(пТ)= 2. Ьгх(лТ вЂ” !гТ) =Ьот(лТ) +Ь,х((л — 1) Т) +Ьзл((л — 2) Т) 46зх((о — 3) Т) + о=о ЬЬ,х((в — 4) Т) изи передаточной функцией Н(з)= 2 Ьок ". о=о Простойных схема специализированного устройства приведена на рис. 2.13,6. Она содержит регистр сдан! а для получения единичных задержек, ПЗУ ллн хранения коэффициентов, умножитсль для получения произведений и накапливающий сумматор, в в!входном регистре К6 которого и накапливается сумма произведений.
Последовательность работы устройства слелуюшая: 1-й такт: регистр К6 очищается; 2-й такт: на вход регистра сдвига поступает входной сигнал .т(лТ), о,'!повременно в К6 происходит сдвиг на лг разрядов (ш чисдо разрядов я выборке вхолного сигнала) и выталкивается число х((н — 4) Т). Последнее умножается на коэффициент Ь„н результат Ь,х((н — 4) Т) поступает в накапливающий сумматор; 3-й такт: из регистра сдвига выталкивается значение т((л-3)Т), и в этом регистре имеет место сдвиг,' одновременно вычисляется 69 а) Рис. 2.13 Ьзх((и — 3) Т), и в накапливающем сумматоре образуется Ьхх((л — 4) Т) -ьЬзт((ив — 3) Т); 4-й такт: из регистра сдвига выталкивается хЦл — 2) 7). вычисляется Ь,х((л-2) Т), и в регистре КС накапливающего сумматора будет Ь,.т((я — 4) Т) ж -ь Ьзх((п — 3) Т) + Ььх((н — 2) Т); 5-й такт: из регистра сдвига выталкивается х(л-1) Т, вычисляется Ь,х(л — 1) т, н в 776 образуется Ь,х(н — 4) Тч-Ьзх(л — 3) Т+Ь,х(и — '2) Тч-Ь,х~п — 1) Т; 6-й такт: из регистра слви~ а выталкивается х(нТ), в Регистре сдвига оказываютсЯ записанными коды х(пТ) ....т(Я вЂ” 3)Т, вычнслЯетсЯ Ьсх(пТ), и на выходе накапливающего сумматора образуется у(лТ)= 2.
Ьзх(лТ-ЬТ). А — 0 далее вычисления пикличсски повторяются длд следующих моментов (н-ь 1) т, (л+2) Т и т. д. Таким образом, каждый выходной отсчет вычисляется за шесть тактов. Дтнгельность такта т дочжна быть не меньше времени, необходимо~о для реализации любой из операций: сдвига, умножения, сложения. Если, например, для сдан~а кодов в регистре сдвига на один разряд трсбуезся 0.5 мкс, а число разрядов в коде выборки х(нТ) равно т=8, число умножений;Ъ'=5, то общее время, необходимое для вычислсния одной выборки у(лТ), будет равно г„ц = Ьггнт = 20 мкс и, следовательно, частота Работы фильтРа Т *=1(г и=17(Мтт) =500 кГц. На практике порядок фильтра )т" может достигать многих сотен, и максимальная скорость обработки сигналов /', может оказш ься совершенно 70 недостаточной для использования в системах, функционирующих в реальном масштабе времени, Для различных областей применения требуются различимо частоты дискретизации.
Так, в системах связи 7,=8 кГц, в звукотехнике Тх=40...48 кГц, в системах обработки ТВ изображений Тя =14 МГц. Для обеспечения необходимой точности число разрядов в данных различно в различных областях применения; например, в технике связи обычно число разрядов в данных нг=8, в цифровой звукотехнике из=14...16. Во многих случаях используются цифровыс фильтры на основе ПЗУ, в ячейки которого заносится весь возможный набор значений произведений или даже сумм произведений. С целью ускорения процессов цифровой обработки сигналов наряду с применением современной быстродейсгвующей элементной базы используется ряд щггоритмяческих и ирхитектурных методов.
В мсгодс конвейерной обработки решаемая задача разбивается на несколько подзадач, например операцию умножения двух операндов можно выполнить за щ последовательно выполняемых этапов. Если кажлая подзадача (каждый этап) выполняется за время з)г, то операция умножения будет выполнена за время г,„=тбг. Однако при выполнении большой последовательности операций умно.кения важно время, через которое можно начинать очередную операцию умножения, т.
е. время Лг. Для реализации конвейерной обработки в системах ЦОС использую~ся специальные буферные регистры, в которых хранятся результаты решения отдельных подзадач. Во многих случаях имеется возможность реализации вычислений с определенной степенью распараллеливания операций, что, естественно, также приводит к ускорению процессов ЦОС. Необходимо отметить, что, вообще говоря, при реализации систем цифровой обработки сигналов большое внимание уделяется достижению высокой эффективности решения вычислительных задач, прежде всего вычисления сумм произ- велений типа ~и,хь Понятие эффективности включает н число аппаратных средств (аппаратная сложность), и скорость выполнения (время решения задачи), и затраты энергии, необходнмыс для решения ланной задачи.
Ключевую роль в нахождении компромиссных решений лля сложностно-временных и энергетических показателей системы ЦОС играют архитскгуры соответствующих вычислительных сетей. Спепнализированная архитектура обеспечивает более высокую производительность и, возможно, более высокую эффективность решения задач ЦОС. Примером специализированной вычислительной системы для задач ЦОС является система с РФ-архигскгурой (архитектурой с разделением функций), состоящей из совокупносзи идентичных процессорных элементов в сочетании с конвейерным принпипом Реализации вычислений, Большие перспективы практической реализации систем ЦОС в реальном масштабе времени связаны с весьма высокими темпами технологического прогресса в разработке БИС и специализированных кристаллов ЦОС. В качестве примера укажем на уже широко распространенный цифровой процессор обработки сигналов ТМЯ 32010 [10], изготовленный по я-МОП технологии на кристалле 71 плошадью 30 мм', рассеинасмая мощность ко пропессоре команды и данные предсгавляются 16-р умножения 16-разрядных опсранлов выполняется этог процессор может выполнять 5 млн опирали В пасгоящее время выпускаются новые мо ТМБ 320, выполненные по КМОП-технологии, к в системах ЦОС.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
