Harjoitustyö 1. Signaaliprosessorit Sivu 1 / 11 Vähämartti Pasi & Pihlainen Tommi. Kaistanestosuodin, estä 2 khz. Amplitudi. 2 khz.

Samankaltaiset tiedostot
TL5503 DSK, laboraatiot (1.5 op) Suodatus 2 (ver 1.0) Jyrki Laitinen

SGN-1200 Signaalinkäsittelyn menetelmät, Tentti

SGN-1200 Signaalinkäsittelyn menetelmät, Tentti

TL5503 DSK, laboraatiot (1.5 op) Suodatus 1 (ver 1.0) Jyrki Laitinen

Alipäästösuotimen muuntaminen muiksi perussuotimiksi

S Signaalit ja järjestelmät

SGN-1200 Signaalinkäsittelyn menetelmät Välikoe

SGN-1200 Signaalinkäsittelyn menetelmät, Tentti

SMG-1100: PIIRIANALYYSI I. Verkkojen taajuusriippuvuus: suo(dat)timet

SGN-1200 Signaalinkäsittelyn menetelmät Välikoe

Katsaus suodatukseen

SGN-1200 Signaalinkäsittelyn menetelmät, Tentti

Digitaalinen signaalinkäsittely Desibeliasteikko, suotimen suunnittelu

SGN-1200 Signaalinkäsittelyn menetelmät, Tentti

SGN-1251 Signaalinkäsittelyn sovellukset Välikoe Heikki Huttunen

1 Olkoon suodattimen vaatimusmäärittely seuraava:

Signaalinkäsittelyn sovellukset

Tietoliikennesignaalit & spektri

S Laskennallinen Neurotiede

SGN-1200 Signaalinkäsittelyn menetelmät, Tentti

83950 Tietoliikennetekniikan työkurssi Monitorointivastaanottimen perusmittaukset

SGN Signaalinkäsittelyn perusteet Välikoe Heikki Huttunen

SGN-1200 Signaalinkäsittelyn menetelmät, Tentti

20 Kollektorivirta kun V 1 = 15V Transistorin virtavahvistus Transistorin ominaiskayrasto Toimintasuora ja -piste 10

Tehtävä 8. Jännitelähteenä käytetään yksipuolista 12 voltin tasajännitelähdettä.

Operaatiovahvistimen vahvistus voidaan säätää halutun suuruiseksi käyttämällä takaisinkytkentävastusta.

R = Ω. Jännite R:n yli suhteessa sisäänmenojännitteeseen on tällöin jännitteenjako = 1

1. a) Piiri sisältää vain resistiivisiä komponentteja, joten jännitteenjaon tulos on riippumaton taajuudesta.

SÄÄTÖJÄRJESTELMIEN SUUNNITTELU

Mitä FIR suodin on oikeastaan. Pekka Ritamäki. Esittely. Esimerkki

Heikki Huttunen Signaalinkäsittelyn sovellukset

SGN Signaalinkäsittelyn perusteet Välikoe Heikki Huttunen

Väliraportti: Vesipistekohtainen veden kulutuksen seuranta, syksy Mikko Kyllönen Matti Marttinen Vili Tuomisaari

A B = 100, A = B = 0. D = 1.2. Ce (1.2 D. C (t D) 0, t < 0. t D. )} = Ae πjf D F{Π( t D )} = ADe πjf D sinc(df)

Supply jännite: Ei kuormaa Tuuletin Vastus Molemmat DC AC Taajuus/taajuudet

Työ 31A VAIHTOVIRTAPIIRI. Pari 1. Jonas Alam Antti Tenhiälä

Pinces AC/DC-virtapihti ampèremetriques pour courant AC

1 Äänisignaalin tallentaminen ja analysointi... 2 Q Q Q Q Häiriönpoisto... 5 Q Q Q2.3...

AS Automaatio- ja systeemitekniikan projektityöt S09-18 Langaton anturijärjestelmä rakenteiden kunnonvalvontaan

Säätötekniikan matematiikan verkkokurssi, Matlab tehtäviä ja vastauksia

Digitaalinen Signaalinkäsittely T0125 Luento

Esipuhe. Tampereella, 9. toukokuuta 2003, Heikki Huttunen

LABORATORIOTYÖ 3 VAIHELUKITTU VAHVISTIN

T DSP (Harjoitustyö 2003, v. 5.01) Sivu 2 / 9

: Johdatus signaalinkäsittelyyn 2

LOPPURAPORTTI Lämpötilahälytin Hans Baumgartner xxxxxxx nimi nimi

Matlab-tietokoneharjoitus

Säätötekniikan ja signaalinkäsittelyn työkurssi

MITTALAITTEIDEN OMINAISUUKSIA ja RAJOITUKSIA

Tekijä Pitkä matematiikka

Digitaalinen audio

Remez-menetelmä FIR-suodinten suunnittelussa

Matematiikan tukikurssi, kurssikerta 3

Matematiikan tukikurssi

Laskuharjoitus 4 ( ): Tehtävien vastauksia

FYSP105 / K3 RC-SUODATTIMET

Suodattimet. Suodatintyypit: Bessel Chebyshev Elliptinen Butterworth. Suodattimet samalla asteluvulla (amplitudivaste)

Luento 8. Suodattimien käyttötarkoitus

OPERAATIOVAHVISTIMET 2. Operaatiovahvistimen ominaisuuksia

OPERAATIOVAHVISTIN. Oulun seudun ammattikorkeakoulu Tekniikan yksikkö. Elektroniikan laboratoriotyö. Työryhmä Selostuksen kirjoitti

Tekniikka ja liikenne (5) Tietoliikennetekniikan laboratorio

LABORATORIOTYÖ 2 A/D-MUUNNOS

Yhtälön oikealla puolella on säteen neliö, joten r. = 5 eli r = ± 5. Koska säde on positiivinen, niin r = 5.

Taajuusmittauskilpailu Hertsien herruus Mittausraportti

IIR-suodattimissa ongelmat korostuvat, koska takaisinkytkennästä seuraa virheiden kertautuminen ja joissakin tapauksissa myös vahvistuminen.

Tuntematon järjestelmä. Adaptiivinen suodatin

LABORATORIOTYÖ 2 A/D-MUUNNOS

1. Yleistä. 2. Ominaisuudet. 3. Liitännät

A. SMD-kytkennän kokoaminen ja mittaaminen

Pinces AC/DC-virtapihdit ampèremetriques pour courant AC

Matemaattisten menetelmien hallinnan tason testi.

TL5503 DSK, laboraatiot (1.5 op) Audiosignaalit (ver 1.0) Jyrki Laitinen

Harjoitus 4 -- Ratkaisut

S Elektroniikan häiriökysymykset. Laboratoriotyö, kevät 2010

DEE Sähkömoottorikäyttöjen laboratoriotyöt. Tasavirtakäyttö

2 Yhtälöitä ja epäyhtälöitä

Nimi: Muiden ryhmäläisten nimet:

ELEC-C Sovellettu digitaalinen signaalinkäsittely. Äänisignaalien näytteenotto ja kvantisointi Dither Oskillaattorit Digitaalinen suodatus

1 Tarkastellaan digitaalista suodatinta, jolle suurin sallittu päästökaistavärähtely on 0.05 db ja estokaistalla vaimennus on 44 db.

Oikosulkumoottorikäyttö

MITTAUSKYTKENTÄ HD RANGER+ KWS RG 226 KOHINA GENERAAT- TORI MITATTAVA SUODIN. LTE 800 MHz SUOTIMIMIEN MITTAUKSIA

Tiedonkeruu ja analysointi

PERUSASIOITA ALGEBRASTA

Toinen harjoitustyö. ASCII-grafiikkaa

Laskuharjoitus 2 ( ): Tehtävien vastauksia

FYSP105/2 VAIHTOVIRTAKOMPONENTIT. 1 Johdanto. 2 Teoreettista taustaa

Kondensaattorin läpi kulkeva virta saadaan derivoimalla yhtälöä (2), jolloin saadaan

IIZE3010 Elektroniikan perusteet Harjoitustyö 2

Tiedonkeruu ja analysointi

Tasavirtakäyttö. 1 Esiselostus. TEL-1400 Sähkömoottorikäyttöjen laboratoriotyöt

S Laskennallinen Neurotiede

Elektroniikka, kierros 3

7. Resistanssi ja Ohmin laki

Kirjoitetaan FIR-suotimen differenssiyhtälö (= suodatuksen määrittelevä kaava):

LABORATORIOTYÖ 2 SPEKTRIANALYSAATTORI

Käy vastaamassa kyselyyn kurssin pedanet-sivulla (TÄRKEÄ ensi vuotta ajatellen) Kurssin suorittaminen ja arviointi: vähintään 50 tehtävää tehtynä

Radioamatöörikurssi 2013

MS-A0107 Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 (CHEM)

Lämpöantureilla mittaaminen Tämän harjoituksen jälkeen:

Suomenkielinen käyttöohje

Transkriptio:

Signaaliprosessorit Sivu 1 / 11 Harjoitustyö 1 Kaistanestosuodin, estä 2 khz Amplitudi f 2 khz MATLAB koodi: clear; close all; w=[0 1900 1950 2050 2100 4000]/4000; m=[1 1 0 0 1 1]; h=remez(800,w,m); [H,w]=freqz(h,1); m=abs(h); f=4000*w/pi; plot(f,m) mdb=20*log10(m); figure,plot(f,mdb) n=(0:1:length(h)-1); figure,plot(n,h);

Signaaliprosessorit Sivu 2 / 11 Matlabilla 800 kertaisesta kaistanestosuotimesta piirretyt kuvaajat Kuvio 1: Itseisarvo Kuvio 2: Desibeli asteikolla

Signaaliprosessorit Sivu 3 / 11 TMS320-lankulla toteutettu 800-kertaluvun kaistanestosuodin Kuvio 3: Juuri ennen vaimenemisen alkamista 1.0 V/div, 250 µs/div, 1837 Hz Kuvio 4: Heti signaalin mentyä nolliin 1.0 V/div, 250 µs/div, 1880 Hz

Signaaliprosessorit Sivu 4 / 11 Kuvio 5: Juuri ennen vaimentumisen loppumista 1.0 V/div, 250 µs/div,1977 Hz Kuvio 6: Heti signaalin saavutettua maksimitasonsa 1.0 V/div, 250 µs/div, 2016 Hz

Signaaliprosessorit Sivu 5 / 11 Edelliset skooppi kuvat yhdistettynä Amplitudi 1837 Hz 2016 Hz f 1880 Hz 1977 Hz Pohdinta Suotimen oli tarkoitus poistaa 2 khz taajuus. Kuten voimme yllä olevasta kuvasta huomata, poistuvan taajuuden keskitaajuus on noin 1929 Hz, eli siis 70 Hz alle suunnitellun. Täysin vaimennetun taajuuden kaistanleveys on 97 Hz. Tätä kapeammaksi suodinta ei pystynyt suunnittelemaan, sillä muutoin vaimennus olisi jäänyt huomattavasti huonommaksi. Laskusiirtokaista 43 Hz. noususiirtokaista 39 Hz. Vaimentuneen alueen kokonaiskaistanleveys 179 Hz.

Signaaliprosessorit Sivu 6 / 11 ASM koodi edellisen suotimen toteutuksesta, lihavoitu teksti varsinainen suodatusosuus.mmregs.ds 1000h.copy "hark800.asm" ;Haetaan kertoimet erillisestä tiedostosta.ps 00a00h.entry ldp #0 call sp_init lamm imr or #20h samm imr splk #0ffffh,ifr loop: lamm drr call filter sacl dxr,2 idle b loop xint: rete filter: mar *,ar7 ;Siirretään mittaukset x(n) 2000h -paikkaan lar ar7,#2000h sacl * setc sxm ;Etumerkkilaajennus lar ar7,#2320h ;Osoitin x(n-30):een zap ;ACCU:n ja Preg:in tyhjennys rpt #800 ;Toistetaan seuraavaa komentoa 801-kertaa macd 1000h,*- ;Kertoimet paikassa 1000h-1320h apac ;Summataan h(0)+x(0) rpt #15 ;Jakaminen siirtämällä bittiä 16-kertaa oikealle sfr ;Jaetaan tulos 2^16 ret sp_init: splk #01h,prd splk #20h,tcr mar *,ar0 lacc #0080h sach dxr sacl greg lar ar0,#0ffffh rpt #9999 lacc *,0,ar0 sach greg lacc #0008h sacl spc lacc #80c8h sacl spc ret

Signaaliprosessorit Sivu 7 / 11 800-kertaluvun harkka-suotimen kertoimet h.word 3.word 3.word -4.word 5.word 6.word -7.word -8.word -8.word -7.word 6.word -5.word -5.word 7 1 3 5 7 8 0 1 2 3 3 3 3 2 1 9 8 5 2 0 5 0 4 9 3.word 37.word -41 4.word -47 9.word -51.word 52.word -52.word 52.word -50 8.word -45 1 6.word 31 5 7 0.word 7 7 6 6 5.word -55.word 64.word -73 1.word -88 5 00 04 07 08 08 06 03 7 0 2.word -71.word 59.word -45.word 30 3.word -4 3.word -42.word 62.word -83 03 23 42 60 77 93 06 18 27 33 36 35 31 24 12 96 77 53 25 3.word 56 6 8.word 75 26 79 36 94 55 16.word -479.word 542 06.word 668.word -730.word 790.word -848 04 56 005 050 091 127 158 184 204 219 228.word 31537 228 219 204 184 158 127 091 050 005 56 04.word -848.word 790.word -730.word 668 06.word 542.word -479 16 55 94 36 79 26.word 75 8 6.word 56 3 25 53 77 96 12

Signaaliprosessorit Sivu 8 / 11 24 31 35 36 33 27 18 06 93 77 60 42 23 03.word -83.word 62.word -42 3.word -4 3.word 30.word -45.word 59.word -71 2 0 7 03 06 08 08 07 04 00 5.word -88 1.word -73.word 64.word -55 5 6 6 7.word 7 0 7 5.word 31 6 1.word -45 8.word -50.word 52.word -52.word 52.word -51 9.word -47 4.word -41.word 37 3 9 4 0 5 0 2 5 8 9 1 2 3 3 3 3 2 1 0 8 7 5 3 1.word 7.word -5.word -5.word 6.word -7.word -8.word -8.word -7.word 6.word 5.word -4.word 3.word 3

Signaaliprosessorit Sivu 9 / 11 Harjoitustyö 2-2. kertaluvun alipäästösuodin, 1 khz Suodatinyhtälön muodostaminen käsin: 1 2 b0+ b1 z + b2 z H( z) = 1 2 a0+ a1 z + a2 z 1 2 Y( z) b0+ b1 z + b2 z H( z) = = 1 2 X z a0+ a1 z + a2 z ( ) 1 2 1 2 ( b0 b1 z b2 z ) Y( z) ( a0 a1 z a2 z ) X ( z) + + = + + 1 2 1 2 b0 X ( z) + b1 z X ( z) + b2 z X ( z) = a0 Y( z) + a1 z Y( z) + a2 z Y( z) b0 x( n) + b1 x( n 1) + b2 x( n 2) = a0 y( n) + a1 y( n 1) + a2 y( n 2) a0= 1 ( ) 0 ( ) 1 ( 1) 2 ( 2) 1 ( 1) 2 ( 2) y n = b x n + b x n + b x n a y n a y n [b,a]= suodinparametrit tähän b = b0 b1 b2 % Yllä olevaan kaavaan sijoitetaan saadut arvot, a = a0 a1 a2 % eli käytännössä prosessorin muistipaikkoihin HEX-muodossa Butterwortin 2. kertaluvun suotimen kertoimet Matlabista: [b,a]=butter(2,1000/4000) b = 800 1600 800 a = 8192-7723 2731 Elliptinen 2. kertaluvun suotimen kertoimet matlabista: [b,a]=ellip(2,0.5,80,100/4000) a = 1 b = 0.132777063503984-0.799572105821768 0.265286378723515 0.361866888992837 0.132777063503984 a'*2^13 b'*2^15 % Skaalaus dynamiikan maksimoimiseksi 8192 4351-6550 8693 2964 4351 Suodatinyhtälö on aina sama, kun kyseessä on 2. kertaluvun suodin. Suotimen toimintaa ja tyyppiä pystytään muuttamaan suoraan kertoimia muuttamalla. Edellä on kerrottu Butterworthin ja Elliptisen 2. kertaluvun suotimien kertoimet, sekä skaalattu ne sopiviksi dynamiikan maksimoimiseksi. Edelliset kertoimet muutettiin HEX-muotoon ja kirjoitettiin rekistereihin käsin. Ne olisi voinut laittaa myös erilliseen tiedostoon josta ne olisi voitu ladata suoraan ohjelmaan.

Signaaliprosessorit Sivu 10 / 11 ASM koodi 2. kertaluvun butterworth suotimen toteutuksesta samaa skaalauskerrointa käyttäen filter: mar *,ar7 lar ar7,#2000h sacl * ;Siirretaan mittaukset x(n) 2000h -paikkaan ;Etumerkkilaajennus setc sxm lar ar7,#2002h ;Osoitin x(n-2):een zap rpt #2 macd 1000h,*- ;Kertoimet b(x) paikassa 1000h-1002h lar ar7,#2012h ;osoitin y(n-2):een rpt #2 macd 1007h,*- ;Kertoimet a(x) paikassa 1007h-1009h apac lar ar7,#2010h sacl * ;siirretaan tulos y(n) paikkaan 2010h rpt #13 sfr ret ;Jaetaan tulos 2^13 ASM koodi 2. kertaluvun elliptisen suotimen toteutuksesta eri skaalauskertoimia käyttäen filter: mar *,ar7 lar ar7,#2001h sacl * setc sxm lar ar7,#2003h zap rpt #2 macd 1000h,*- apac ;Siirretaan mittaukset x(n) 2001h -paikkaan ;Etumerkkilaajennus ;Osoitin x(n-2):een ;Kertoimet b(x) paikassa 1000h-1002h rpt #14 ;jaetaan tulos 2^15 sfr sacl * ;jaettu tulos paikassa #2000h zap lar ar7,#2013h ;osoitin y(n-2):een rpt #2 macd 1007h,*- ;Kertoimet a(x) paikassa 1007h-1009h apac sacl *+ ;tallennetaan paikaan #2011h rpt #12 ;jaetaan tulos 2^13 sfr lar ar7,#2000h add * ;summataa a(x) ja b(x) tuotos summa akussa ret

Signaaliprosessorit Sivu 11 / 11 Suotimien vertailu Hz AllPass Butter 2x Butter 5x Cheby1 2x Ellip 2x 1000 2,94 2,28 2,28 2,52 3,04 Sisään: 3V 2000 2,76 1,88 1,56 2,08 2,52 3000 2,74 1,48 0,84 1,65 2,00 4000 2,68 1,00 0,40 1,14 1,36 5000 2,40 0,52 0,12 0,64 0,76 Suodinvertailu 3,50 3,00 V 2,50 2,00 1,50 1,00 Ellip 2x Butter 2x Cheby1 2x AllPass Butter 5x 0,50 0,00 1000 2000 3000 4000 5000 Hz Yllä olevan kuvan mittauspisteet on kerätty oskilloskoopin näyttämistä mittaustuloksista. Sisään menevän jännitteen taso oli jokaisessa mittauksessa 3V, joten tulosten pitäisi olla vertailukelpoisia keskenään. Erillisiä oskilloskooppikuvia ei ole tähän raporttiin liitetty, koska ne olisivat olleet huomattavasti epäinformatiivisempia verrattuna yllä olevan kaltaiseen kuvaajaan. Kuten yllä olevasta kuvasta voidaan huomata, AllPass suotimessakin tapahtuu lievää vaimenemista johtuen piirin 8kHz näytteenottotaajuudesta ja piirin sisäisestä kaistanleveydestä. Kuvaajassa on verrattu keskenään elliptisen, butterworthin ja cheby1 suotimien eroja, kun kyseessä on 2. kertaluvun suodin. Toteutimme vielä 5. kertaluvun butterworth suotimen, jotta saman suodintyypin kerroinmäärien vaikutus saadaan tuotua esille. Suotimien toiminnassa (vaimennuksessa) voidaan havaita eroja. Erot ovat kuitenkin suhteellisen pieniä pienien kertoimien takia. Mikäli olisimme käyttäneet esim 30. kertaluvun butterworh suodinta, olisi vaimennus huomattavasti jyrkempi.