книги / Микропроцессорные вычислительные устройства в радиотехнике
..pdfПрименение МЕР в качестве вентиля-буфера значительно уве личивает нагрузочную способность шины данных (входной ток К589ИР12 равен 0,25 мА, а выходной - 15 мА).
2 ,4 .2 . Шинный формирователь К589АП16.
Схема ШФ К589АП16 представлена на рис.2 .9 . Шинный формирователь имеет 4-рэзрядные входные шины (AJ -A4) , выходную шину
(Сj-C 4) » двунаправленную шину |
, управляющие сигналы ВК ■ |
УВ. |
_ |
Выборка ШФ осуществляется сигналом ВК s 0. При УВ = О осу ществляется передаче информцни со входа (Aj-A^) на выходи
(ВГ В4) .
При УВ в I осуществляется передача информации о шин (Bj-B4) на выходы (Cj-C4) .
Шинные формирователи выполшшт такие функцию увеличения на грузочной способности. Шинные формирователи позволяют легко реа лизовать подключение различных устройств к двунаправленной шине данных.
3 . СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ УСТРОЙСТВА В РАДИОТЕХНИКЕ
3 .1 . Основные классы алгоритмов цифровой обработки радиотехнических сигналов
Устройства цифровой обработки сигналов преобразуют входной сигнал в соответствии с заданной задачей и заданным алгоритмом обработки.
Цифровая обработка сигналов в основном включает цифровую фильтрацию и спектральный анализ. Фильтрация осуществляется циф ровыми фильтрами <ЦФ) с бесконечной импульсной характеристикой ШХ-филыры) и с конечной импульсной характеристикой (КИХ-фильтры). Цифровые фильтры могут строиться по рекурсивной и нерекурсивной схемам.
При проектировании ЦФ [8 ] для расчета коэффициентов ис пользуются методы взвешивания с помощью "окна" и методы частотной выборки. При расчете коэффициентов БИХ-фнльтров применяются пря мые методы в 2 -плоскости, методы, использующие процедуры опти мизации расположения нулей и полюсов в g -плоскости.
Для расчета передаточных характеристик БШС-фильтров исполь зуются следующие зависимости:
параллельная
|
H f z ) а £ M ite +) |
£ fa i |
№ |
|
i*1 |
i*4 |
|
и последовательная |
i |
|
|
|
Н М * во £ И <1 & Д И и ( г ^ |
||
дцв Ü C, & |
- коэффициента фильтра; |
f |
|
н и г Ь ^ Л г ' У а + о а. ' ! |
а * е , 2 <* ё г г г ) / ( Ч * о , г * о г г ) - |
||
передаточные |
характердстики простейших звеньев первого н |
второго порядков.
Особенностью соответствующих отрухтур ЦФ в паредгельнсй схе ме является распараллеливание вычислений, а в последовательной -
поточная обработка.
Алгоритм* обработкн оигнвлов основываются на вычислении опе рации свертки. Эта операция доточает спектральный анвдив входно го сигнала, умножение спектра сигнала на импульсную характеристи ку устройства обработки и обратное преобразование олектра выход ного сигнала.
Для.вычисления свертки в оснодаоы применяются прямое и об ратное дискретные преобразования Фурье (ДПФ). Алгоритм вычисле
ния свертки двух последовательностей |
£ < п | |
и |
h ( n ) |
о помощью |
|||||
ДНФ включает |
[ 8 ] : |
|
|
|
|
|
|
||
|
прямое ДПФ для перехода в |
& -обли ть |
|
|
|
||||
|
Xi * £*ХГн,)/ГШ, Н |
( к ) |
—% |
h . С ъ |
Н & |
* ) '. |
|
||
|
|
П*0 |
|
|
|
4**0 |
|
|
|
|
ужоиевт ва ишульсную характеристику сиотеж обработки |
||||||||
я и |
в , ‘ |
^ |
а , я ■»(*>• х г е - о т ю ; |
|
|
|
|||
|
обратное ДПФ для перехода в |
*£ -область |
|
|
|
||||
|
|
уСк) s (i/ы) |
|
& *>*, |
|
|
|
||
|
|
|
h*Q |
|
|
|
|
|
|
хде |
i(kh) - «тотема джяейкочюаависижх ортогональных функций} |
||||||||
+ ( k n f |
- |
комплвксчо-оо(ф«аеяная ф у н т в | |
Н |
к н) s |
N - энер |
||||
гия базисной функции. |
|
|
|
|
|
|
С целью сокращения » числений используют метод быстрого преобразования Фурье (ШФ),.
Существует большое разнообразие алгоритмов БПФ алгоритм ШФ в баэисе дискретных зкепоненциальнах функций; алгоритм быст рого преобразования Уолта-Пэли; алгоритм быстрого преобразования Уолша-Ддамара и др.
3*2. Микропроцессорные вычислительные устройства радиотехнических систем
3 .2 .1 . Импульсный радиодальномер [ 5 ] « Принцш действия дальномера состоит в измерении временного
интервала между зондирующим импульсом и отраженным сигналом, поступающим о выхода приемного устройства. Одной из важнейших особенностей радиотехнических измерительных систем является ра бота в условиях помех. Поэтому алгоритм обработки сигналов дол жен содержать следующие основные процедуры: поиск полезного сиг нале, т .е . определение его временного положения с нужной точно стью; фильтрация оцениваемого параметра (дальности) от помех; контроль достоверности проводимых измерений.
Алгоритм работы радиодальномера представлен на рис. 3.1, В режиме ''Поиск" производится фиксация попадания сигаала в
строб поиска и осуществляется проверка критерия обнаружения (на пример, появление 3 импульсов из 5 з одном и том же дискрете дальности). При выполнении критерия дальномер переводится в ре жим "Слежение".
В этом режиме осуществляется фильтрация измеренных значе ний дальности.
На ри о .3,2 представлена функциональная схема ишульсного дальномера, построенного с использованием МШ серия К560.
В эфой схеме БИС К58ЭДР12 (МБР) попользованы в качестве ин терфейсных компонентов ( Рг 1 ) и регистра состояния МП (■А* ) ,
Для обеспечения нагрузочной способности шин используются БИС К589АП16 (ШФ).
Для реализации ПЗУ могут быть использованы макросхеш К556РЕ4, а для ОЗУ - микросхемы К505РУ6.
Для уменьшения количества микросхем обрамления использова на БИС таймера КР580Ш53, которая в данном случае совмещает в себе функции рабочего счетчика и преобразователя "Кед-время*. Особенность организации обмена в системе заключается в том, что
Рио.ЭЛ, Алгоритм р аб о т радиодальномера
689ЙШ6
Сц
Ш ?0
Стр о Ь
r m
Сброс
Рис.3 .2 .Функциональная схема импульсного дальномера
ввод денных из таймера осуществляется с использованием прерыва
ния по вектору (в РгЗ |
формируется код команда R 6 T ) , Вывод |
данных из МП-систеш осуществляется программным путем через |
|
Рг 1 , управляемым 13 и 24 разрядил Ш . |
|
В счетчики Сч! и СчО таймера записываются данные о началь |
|
ной и конечной дальности |
(диапазон пояска). Запросный импульо о |
помощью Тг2 разрешает счет тактовых импульсов в СчО. Ври пере полнении счетчиха строб сбрасывает Тг! и устанавливает Тг2, при етом разрешается счет в Сч1, который измеряет временной интервал меаду началом строба и проходом ответного сигнала (останов сче та при сбросе Тг2). При остановке счетчика Сч1 вырабатывается
сигнал *ЗПР” и по команде |
RS7* |
МП переходит к прерыванию н |
||
осуществляет ввод дальности |
4IU |
в аккумулятор МП. Зючешш |
||
используются для выработки данных о положении строба пс |
||||
иона на следующем периоде эепроса путем соответствующей установ |
||||
ки счетчика СчО. Наличие сигнала в |
стробе на каждом периоде оп |
|||
ределяется сравнением значений a2>i о заданной шириной строба. |
||||
Реализация всех функций системы требует ПЗУ объемом около |
||||
300 бейт, |
ОЗУ - |
10 байт, время вычислений - 700 мкс { 5 } . |
||
3 .2 .2 . |
Микропроцессоры в кошлекоированных радиотехнических |
|||
системах |
[ б ] . |
|
|
|
При построении комплексировэнннх навигационных измерителей, многоканальных систем обработки радиолокационной информации тре буется использование достаточно мощных микропроцессорных систем» имеющих увеличенную разрядность (до 24), аппаратную реализацию операций умножения и деления (3-10 мкс), широкий набор интер- • фейсных БИС.
В качестве примера может служить комплексная оиотема ближ ней навигации (РСЕН) на базе микропроцессорного вычислительного устройства, содержащая угломврно-дальномериую радиотехническую систему, датчик воздушных сигналов и курсовую систему*
Упрощенная структурпая схема такой системы представлена на рис.Э .З. Процессорный блок имеет разрядность 16 бит и может быть построен либо на однокристальном ЫП оерии К588, либо на секцион ных МП серии KI804, Для увеличениябыстродействия в состав сис темы может быть включен арифметический расширитель, реализующий аппаратно операцию умножения.
Результаты изменения параметров вводятся в микропроцессор ную систему с использованием систеш приоритетных прерываний.
/ 6 Ш Д |
Смро6*инпильсы 4Sefa |
|
|
|
С х е м а |
|
M p a im r d T iZ |
н № В К
t o i В ы х о д
Cutnep.
Текш ее сост ояние НП
Рис.3.3,Комплексированная схема
В качестве регистров давнвх ( Р г У |
?гV-; |
» |
P~ J , |
) |
|
гюжно использовать БИС К589ИР12. |
|
|
А |
|
|
Для вывода |
оценок координат аппарате ( |
£ |
и у, ) в после |
||
довательном коде |
может быть использована БИС типа K58QBB5I. |
|
3.2*3» Устройство амплитудной обработки радиотехнических спшалов [ б ] ,
К важным алгоритмам обработки сигналов относятся алгоритмы 8 основанные на использовании амплитудной информации, содержащей ся в принимаемом сигнале.
С их помощь» решаются задачи фикоации максимума, минимума дай "центра тяжести" сигнального ишульса в амплитудных методах пеленгования, фиксации пересечения нулевого уровня синусоидаль ным сигналом в фвзодох измерителях, измерение азимута цели в радиолокационной системе с равномерным обзором.
Структурная схема микропроцессорного следящего измерителя представлена на рис. 3 .4 .
Управление временным положением строба осуществляется от МП с помощью МЕР типа К589ИР12 и преобразователя "Код-время" (ШШ). Ввод выборочных значений сигнала U ' i i ) осуществляется через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) в режиме прямого доступа в память (ЩП). Импульоный сигнал с выхода стробирующе го устройства поступает на АЦЦ и устанавливает триггер Т3 в
единичное состояние (сигнал ’’Запрос захвате"). По сигналу "Конец АЩГ происходит запись преобразованного цифрового кода сигнала
U (ti) в ОЗУ в ячейку, задаваемую адресным счетчиком. Алгоритмы соответствующих процедур амплитудной обработки
сигналов имеются в [ 6 ] , там же приведены фрагменты программ на Ассемблере для МП типа К580.
3 .2 .4 . Микропроцессорный электронный осциллограф { 3 ] . Как известно, введение микропроцессорной системы в структу
ру осциллографа существенно улучшило технические характеристики этого измерительного прибора, расширило его функциональные воз можности, упростило оксплуатацию. Тек, управление осциллографом стало программным, созданы возможности полной автоматизации его работы. Кроме того, существенно упростились измерительные про цедуры, снизилась трудоемкость измерений, пошейлась точность, расширен перечень измеряемых параметров сигналов (частота пери-
C tn p o fr
U (ii) CrpoSupytami |
АЦ П |
{ ш } |
|
Устройство |
|
|
|
|
|
Начальная |
|
|
|
Установка |
|
|
Конец Ш |
* / АдресныГ |
й |
счетчик
%рони$атор
-4 ft
П К Ъ
У___У |
ZV |
|
А |
||
|
Ш А
пзх
зхв
Р и с.3 .4 . Структурная схема следящего измерителя