Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

МОРСКОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Н.С.ПАВЛОВ, Е.В. КОРОТИЦКИЙ, Ю.Е. КОРОТИЦКАЯ

ЦИФРОВАЯ ОБРАБОТКА СИГНАЛОВ

СРЕДСТВАМИ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ

СЕМЕЙСТВА AVR

Учебное пособие

Санкт – Петербург

2009

ББК 32.171

УДК 519.2

Б20

Рецензенты:

Заведующий кафедрой общетехнических дисциплин СПб ВМИ профессор, кандидат технических наук, А.Л. Федоров.

Профессор кафедры прикладной математики и информационных технологий СПб ГПС МЧС России кандидат технических наук, доцент А.Ю. Иванов.

Павлов Н.С., Коротицкий Е.В., Коротицкая Ю.Е.

Б

Цифровая обработка сигналов в микропроцессорных системах на платформе AVR: учеб. Пособие / Н.С. Павлов, Е.В. Коротицкий, Ю.Е. Коротицкая; СПбГМТУ. – СПб., 2009. – ??? с.

20

ISBN ХХХ ХХХ ХХХ ХХ

В пособии изложены основы ……

Пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальности 230101 «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети».

ББК 22.171

УДК 519.2

ISBN ХХХ ХХХ ХХХ ХХ ©СПбГМТУ,

2009

Сокращения

AVR	-
АЦП	- аналого-цифровой преобразователь
АЧХ	- амплитудно-частотная характеристика
БИХ	- бесконечно-импульсная характеристика
ИС	- интегральная схема
КИХ	- конечно-импульсная характеристика
МК	- микроконтроллер
СФ	- сглаживающий фильтр
УВХ	- устройство выборки и хранения
ФЧХ	- фазово-частотная характеристика
ЦАП	- цифро-аналоговый преобразователь
ЦФ	- цифровой фильтр
ЭК	- электронный ключ

Оглавление

Введение 7

1 Виды сигналов и цепей 8

1.1 Континуальные и дискретные сигналы 8

1.2 Линейная цепь с постоянными параметрами 10

1.3 Линейная цепь с переменными параметрами 11

1.4 Нелинейная цепь 11

2 Линейная фильтрация сигнала 15

2.1 Классификация фильтров 15

2.2 Частотные характеристики фильтров 16

2.3 Фильтры второго порядка 21

2.3.1 Фильтры нижних частот 21

2.3.2 Фильтры верхних частот 23

2.3.3 Полосно-пропускающие фильтры 24

2.3.4 Частотно-заграждающие фильтры 26

2.3.5 Частотно-выделяющие фильтры 28

2.3.6 Всепропускающие фильтры 29

2.4 Работа Т-образного фильтра 31

3 Цифровая обработка сигнала 38

3.1 Структура цифровых КИХ и БИХ фильтров 39

3.2 Интегрирование уравнений методом Эйлера 42

3.3 Интегрирование уравнений методом Адамса 46

3.4 Интегрирование системы уравнений 52

3.5 Построение цифровых БИХ фильтров 55

4 Аппаратные средства ATmega 8535 AVR 68

4.1 Функциональная схема архитектуры 68

4.2 Специальные функции контроллера 71

4.3 Основные характеристики периферии 71

4.4 Память программ и данных 71

4.5 Тактовый генератор и таймеры 73

4.6 Периферийные устройства 74

4.7 Модуль прерываний 74

4.8 Порты контроллера 77

4.9 Режимы пониженного энегопотребления 81

5 Средства программирования 83

5.1 Среда языка С++ 83

5.2 Среда симулятора AVR 83

6 Язык программирования С++ 84

6.1 Типы данных 84

6.2 Операции 84

7 Порядок выполнения задания 85

7.1 Первая часть задания 85

7.2 Вторая часть задания 85

7.3 Третья часть задания 85

Заключение 86

Литература 87

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Термины и определения 88

1.1 Линейные пространства 88

1.2 Дифференциальные уравнения 89

1.3 Комплексные числа 94

1.4 Гармонические функции 96

1.5 Законы Ома и Кирхгофа 97

1.6 Переходные процессы 102

1.7 Сигналы с ограниченной полосой частот 105

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Средства пакета MathCad 111

2.1 Интерфейс MathCad 111

2.2 Построение выражений и их вычисление 114

2.3 Стандартные функции 115

2.4 Ввод греческих букв 123

2.5 Ввод текста 124

ПРИЛОЖЕНИЕ 3 Варианты заданий 126

ПРИЛОЖЕНИЕ 4 Пример выполнения задания 141

4.1 Частотные характеристики фильтра 141

4.2 Система дифференциальных уравнений 142

4.2.1 Составление системы уравнений 142

4.2.2 Решение системы средствами Odesolve 144

4.2.3 Система разностных уравнений 145

4.2.4 Решение системы разностных уравнений 146

4.2.5 Сравнение полученных решений 147

4.3 Дифференциальное уравнение 3-го порядка 148

4.3.1 Получение дифференциального уравнения 148

4.3.2 Сравнение частотных характеристик 150

4.3.3 Решение уравнения средствами Odesolve 152

4.3.4 Разностное уравнение 153

4.3.5 Решение разностного уравнения 155

4.3.6 Сравнение полученных решений 155

4.4 Программирование в среде Code Vision AVR 156

4.4.1 Решение системы по разностной схеме 156

4.4.2 Результаты решения системы 159

4.5 Выводы по проделанной работе 159