budowa i pomiary układów dsp działających na procesorze sygnałowym adsp 2181
DESCRIPTION
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 - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
![Page 1: Budowa i pomiary układów DSP działających na procesorze sygnałowym ADSP 2181](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062723/56813b3f550346895da414a9/html5/thumbnails/1.jpg)
Budowa i pomiary układów DSP działających na procesorze sygnałowym ADSP 2181
Katedra Telekomunikacji Morskiej
![Page 2: Budowa i pomiary układów DSP działających na procesorze sygnałowym ADSP 2181](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062723/56813b3f550346895da414a9/html5/thumbnails/2.jpg)
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
![Page 3: Budowa i pomiary układów DSP działających na procesorze sygnałowym ADSP 2181](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062723/56813b3f550346895da414a9/html5/thumbnails/3.jpg)
Procesor ADSP 2181
16 bitowy stałoprzecinkowy Częstotliwość pracy 33MHz Oddzielna pamięć programu (24 bitowa) i
oddzielna pamięć danych (16 bitowa)
![Page 4: Budowa i pomiary układów DSP działających na procesorze sygnałowym ADSP 2181](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062723/56813b3f550346895da414a9/html5/thumbnails/4.jpg)
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++
![Page 5: Budowa i pomiary układów DSP działających na procesorze sygnałowym ADSP 2181](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062723/56813b3f550346895da414a9/html5/thumbnails/5.jpg)
ADSP-2181 EZ-KIT Lite
![Page 6: Budowa i pomiary układów DSP działających na procesorze sygnałowym ADSP 2181](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062723/56813b3f550346895da414a9/html5/thumbnails/6.jpg)
Rozkład elementów na płytce ADSP-2181 EZ-KIT Lite
![Page 7: Budowa i pomiary układów DSP działających na procesorze sygnałowym ADSP 2181](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062723/56813b3f550346895da414a9/html5/thumbnails/7.jpg)
Środowisko programistyczne VisualDSP++
Edycja kodu Debugowanie
Wykonywanie programu krok po kroku Możliwość sprawdzenia stanu rejestrów Możliwość zaglądania do pamięci z
możliwością analizy Fouriera zawartości
![Page 8: Budowa i pomiary układów DSP działających na procesorze sygnałowym ADSP 2181](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062723/56813b3f550346895da414a9/html5/thumbnails/8.jpg)
![Page 9: Budowa i pomiary układów DSP działających na procesorze sygnałowym ADSP 2181](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062723/56813b3f550346895da414a9/html5/thumbnails/9.jpg)
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
![Page 10: Budowa i pomiary układów DSP działających na procesorze sygnałowym ADSP 2181](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062723/56813b3f550346895da414a9/html5/thumbnails/10.jpg)
Potrzebne przyrządy pomiarowe
Oscyloskop Analizator widma Zestaw do pomiary charakterystyk
amplitudowych filtrów wobuloskop generator i woltomierz
Zestaw do pomiary filtrów adaptacyjnych Odpowiedni zestaw kabli
![Page 11: Budowa i pomiary układów DSP działających na procesorze sygnałowym ADSP 2181](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062723/56813b3f550346895da414a9/html5/thumbnails/11.jpg)
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
![Page 12: Budowa i pomiary układów DSP działających na procesorze sygnałowym ADSP 2181](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062723/56813b3f550346895da414a9/html5/thumbnails/12.jpg)
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
![Page 13: Budowa i pomiary układów DSP działających na procesorze sygnałowym ADSP 2181](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062723/56813b3f550346895da414a9/html5/thumbnails/13.jpg)
Okno programu Oscyloskop
![Page 14: Budowa i pomiary układów DSP działających na procesorze sygnałowym ADSP 2181](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062723/56813b3f550346895da414a9/html5/thumbnails/14.jpg)
Oscylogram przedbiegu sinusoidalnego wygenerowanego przez urządzenie EZ-KIT
![Page 15: Budowa i pomiary układów DSP działających na procesorze sygnałowym ADSP 2181](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062723/56813b3f550346895da414a9/html5/thumbnails/15.jpg)
Obliczone widmo amplitudowe przebiegu sinusoidalnego
2sf
![Page 16: Budowa i pomiary układów DSP działających na procesorze sygnałowym ADSP 2181](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062723/56813b3f550346895da414a9/html5/thumbnails/16.jpg)
Wynik rekonstrukcji sygnału sinusoidalnego o częstotliwości 3840Hz
próbkowanego z częstotliwością 8kHz
![Page 17: Budowa i pomiary układów DSP działających na procesorze sygnałowym ADSP 2181](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062723/56813b3f550346895da414a9/html5/thumbnails/17.jpg)
Widmo amplitudowe zrekonstruowanego sygnału sinusoidalnego o częstotliwości 3840Hz próbkowanego z częstotliwością 8kHz
2sf
![Page 18: Budowa i pomiary układów DSP działających na procesorze sygnałowym ADSP 2181](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062723/56813b3f550346895da414a9/html5/thumbnails/18.jpg)
Wynik rekonstrukcji sygnału prostokątnego o częstotliwości 1280Hz próbkowanego bez filtru antyaliazingowego z częstotliwością 32kHz
![Page 19: Budowa i pomiary układów DSP działających na procesorze sygnałowym ADSP 2181](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062723/56813b3f550346895da414a9/html5/thumbnails/19.jpg)
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’
![Page 20: Budowa i pomiary układów DSP działających na procesorze sygnałowym ADSP 2181](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062723/56813b3f550346895da414a9/html5/thumbnails/20.jpg)
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)
![Page 21: Budowa i pomiary układów DSP działających na procesorze sygnałowym ADSP 2181](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062723/56813b3f550346895da414a9/html5/thumbnails/21.jpg)
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
![Page 22: Budowa i pomiary układów DSP działających na procesorze sygnałowym ADSP 2181](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062723/56813b3f550346895da414a9/html5/thumbnails/22.jpg)
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
![Page 23: Budowa i pomiary układów DSP działających na procesorze sygnałowym ADSP 2181](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062723/56813b3f550346895da414a9/html5/thumbnails/23.jpg)
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
![Page 24: Budowa i pomiary układów DSP działających na procesorze sygnałowym ADSP 2181](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062723/56813b3f550346895da414a9/html5/thumbnails/24.jpg)
Wymuszenie szerokopasmowe
![Page 25: Budowa i pomiary układów DSP działających na procesorze sygnałowym ADSP 2181](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062723/56813b3f550346895da414a9/html5/thumbnails/25.jpg)
Widmo amplitudowe odpowiedzi zwartej karty dźwiękowej na pobudzenie szerokopasmowe
![Page 26: Budowa i pomiary układów DSP działających na procesorze sygnałowym ADSP 2181](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062723/56813b3f550346895da414a9/html5/thumbnails/26.jpg)
Widmo amplitudowe odpowiedzi zwartej karty dźwiękowej na pobudzenie szerokopasmowe
![Page 27: Budowa i pomiary układów DSP działających na procesorze sygnałowym ADSP 2181](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062723/56813b3f550346895da414a9/html5/thumbnails/27.jpg)
Wynik pomiaru charakterystyki amplitudowej zwartej karty dźwiękowej
![Page 28: Budowa i pomiary układów DSP działających na procesorze sygnałowym ADSP 2181](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062723/56813b3f550346895da414a9/html5/thumbnails/28.jpg)
Wynik pomiaru charakterystyki amplitudowej zwartej karty dźwiękowej
![Page 29: Budowa i pomiary układów DSP działających na procesorze sygnałowym ADSP 2181](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062723/56813b3f550346895da414a9/html5/thumbnails/29.jpg)
Przykład pomiaru charakterystyki amplitudowej filtru FIR
![Page 30: Budowa i pomiary układów DSP działających na procesorze sygnałowym ADSP 2181](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062723/56813b3f550346895da414a9/html5/thumbnails/30.jpg)
Przykład pomiaru charakterystyki amplitudowej filtru FIR
![Page 31: Budowa i pomiary układów DSP działających na procesorze sygnałowym ADSP 2181](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062723/56813b3f550346895da414a9/html5/thumbnails/31.jpg)
Przykład pomiaru charakterystyki amplitudowej filtru FIR
![Page 32: Budowa i pomiary układów DSP działających na procesorze sygnałowym ADSP 2181](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062723/56813b3f550346895da414a9/html5/thumbnails/32.jpg)
Przykład pomiaru charakterystyki amplitudowej filtru FIR
![Page 33: Budowa i pomiary układów DSP działających na procesorze sygnałowym ADSP 2181](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062723/56813b3f550346895da414a9/html5/thumbnails/33.jpg)
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
![Page 34: Budowa i pomiary układów DSP działających na procesorze sygnałowym ADSP 2181](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062723/56813b3f550346895da414a9/html5/thumbnails/34.jpg)
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
![Page 35: Budowa i pomiary układów DSP działających na procesorze sygnałowym ADSP 2181](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062723/56813b3f550346895da414a9/html5/thumbnails/35.jpg)
Okno programu do badania filtrów adaptacyjnych
![Page 36: Budowa i pomiary układów DSP działających na procesorze sygnałowym ADSP 2181](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062723/56813b3f550346895da414a9/html5/thumbnails/36.jpg)
Pomiar jednokrokowego predyktora liniowegosygnał wejściowy x(n) – zielony, sygnał wyjściowy y(n) – czerwony
![Page 37: Budowa i pomiary układów DSP działających na procesorze sygnałowym ADSP 2181](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062723/56813b3f550346895da414a9/html5/thumbnails/37.jpg)
Pomiar jednokrokowego predyktora liniowegowidmo amplitudowe sygnału wej. x(n) – zielone,widmo amplitudowe sygnału wyj. y(n) – czerwone
![Page 38: Budowa i pomiary układów DSP działających na procesorze sygnałowym ADSP 2181](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062723/56813b3f550346895da414a9/html5/thumbnails/38.jpg)
Pomiar jednokrokowego predyktora liniowegosygnał wejściowy x(n) – zielony, sygnał wyjściowy y(n) – czerwony
![Page 39: Budowa i pomiary układów DSP działających na procesorze sygnałowym ADSP 2181](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062723/56813b3f550346895da414a9/html5/thumbnails/39.jpg)
Pomiar jednokrokowego predyktora liniowegowidmo amplitudowe sygnału wej. x(n) – zielone,widmo amplitudowe sygnału wyj. y(n) – czerwone
![Page 40: Budowa i pomiary układów DSP działających na procesorze sygnałowym ADSP 2181](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062723/56813b3f550346895da414a9/html5/thumbnails/40.jpg)
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
![Page 41: Budowa i pomiary układów DSP działających na procesorze sygnałowym ADSP 2181](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062723/56813b3f550346895da414a9/html5/thumbnails/41.jpg)
Przykładowy pomiar charakterystyki amplitudowej liniowego filtru predykcyjnego
![Page 42: Budowa i pomiary układów DSP działających na procesorze sygnałowym ADSP 2181](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062723/56813b3f550346895da414a9/html5/thumbnails/42.jpg)
Przykładowy pomiar charakterystyki amplitudowej liniowego filtru predykcyjnego
![Page 43: Budowa i pomiary układów DSP działających na procesorze sygnałowym ADSP 2181](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062723/56813b3f550346895da414a9/html5/thumbnails/43.jpg)
Przykładowy pomiar charakterystyki amplitudowej liniowego filtru predykcyjnego
![Page 44: Budowa i pomiary układów DSP działających na procesorze sygnałowym ADSP 2181](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022062723/56813b3f550346895da414a9/html5/thumbnails/44.jpg)
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