В прошлых выпусках мы поговорили о назначении интегратора и немного коснулись его характеристик, а также разработали испытательный стенд для исследования различных модулей в составе систем цифровой обработки сигнала (ЦОС). Пришло время провести первое испытание интегратора не просто путем моделирования, а уже посмотреть как он справляется с цифровым потоком.
Что будем делать?
В нашем распоряжении появился испытательный стенд, в состав которого входит обыкновенный компьютер с небольшим набором программного обеспечения, аппаратная платформа с ПЛИС в качестве вычислителя и кабель-переходник с интерфейса USB на RS-232.
На ПЛИС реализован цифровой интегратор. Его-то и будем испытывать. Для быстрого введения в курс дела - интегратор это устройство накапливающее значения цифровых отсчетов. Для этой операции интегратор использует сумматор и регистр.
Регистр (аккумулятор) сохраняет значение суммы входящего отсчета с содержимым аккумулятора. Математически это записывается следующим образом:
В уравнении выше r[n] - n-ое значение на выходе интегратора, r[n-1] - предыдущее значение на выходе интегратора, s[n-1] - входной отсчет.
Тестируем интегратор
Назначением интегратора является накопление (выделение) постоянной составляющей сигнала.
Это утверждение ярко показывается нарастанием значения на выходе интегратора при воздействии ненулевой константы на его вход. Константа это и есть составляющая сигнала на нулевой частоте.
А не проверить ли нам продемонстрированный ранее рисунок с, так называемой, амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ)? Википедия подсказывает, что
АЧХ это зависимость амплитуды установившихся колебаний выходного сигнала некоторой системы от частоты её входного гармонического сигнала
Ранее мы приводили ее вид:
Для проверки АЧХ программно сгенерируем синусоиду с увеличивающейся частотой, отправим ее на вход интегратора.
Частота следования отсчетов 8000 в секунду, каждые 0,1 секунды частота синусоиды ступенчато поднимается на 100 герц. Запишем каждый возвращающийся отсчет обработанного сигнала в файл и посмотрим что получилось.
Иногда, созерцание сигнала на временнОй оси дает очень мало, но в этом случае можно заметить снижение амплитуды выходного сигнала интегратора с увеличением частоты входного сигнала. Смещение сигнала относительно вертикальной оси это особенность операции интегрирования.
Спектральное представление
Спектральное представление обработанного сигнала даст гораздо больше информации.
На частоте входного сигнала 400 Гц выходной сигнал имеет уровень примерно -24 дБ.
На частоте входного сигнала 1000 Гц уровень выходного сигнала составляет уже -30 дБ.
На частоте входного сигнала 1800 Гц уровень на выходе -36 дБ.
На частоте входного сигнала 2100 Гц уровень на выходе -40 дБ.
Если провести эту лабораторную работу достаточно трудолюбиво, то мы непременно получим АЧХ того самого интегратора, находящегося в прошивке ПЛИС.
На этом с интегратором мы окончим, но впереди еще масса всего куда более интересного. Открытий сделаем еще большое количество.
Поддержите статью лайком если понравилось и подпишитесь чтобы ничего не пропускать.
Также не обойдите вниманием канал на YouTube. Подписки и лайки будут приятным ответом от аудитории.