Изображения
Цвета сайта
Размер шрифта:

Новые технологии в производстве электронно-вычислительной продукции
- это новая возможность.

Управление любым устройством… лишь посылая команды при помощи радиоволн.

               17 ноября 2017
Производство российских компьютеров КИТ осуществляется в промышленных условиях на собственном производстве - крупнейшем комплексе по созданию отечественной компьютерной техники импортзамещения.
Автоматизированная конвейерная линия по сборке и тестированию ПК, спроектированная специально по заказу КИТ, предусматривает не только серийную сборку, но и производство малых партий компьютеров по индивидуальной спецификации.

Отечественные компьютеры марки КИТ

Подробнее

Статическая передаточная Функция АЦП и ЦАП и погрешности по постоянному току

Первые преобразователи данных применялись в области измерения и управления, где точный выбор времени преобразования обычно не имел значения, и скорость передачи данных была невелика. В таких приложениях были важны характеристики АЦП и ЦАП по постоянному току, а характеристики, связанные с синхронизацией и характеристики по переменному току не имели существенного значения. Сегодня ко многим, если не к большинству преобразователей, используемых в системах дискретизации и восстановления сигнала, предъявляются жесткие требования по характеристикам на переменном токе (характеристики по постоянному току могут быть не существенны). Данные характеристики будут рассмотрены далее в этом разделе.

Наиболее важным моментом, характеризующим и ЦАП, и АЦП является тот факт, что их входы или выходы являются цифровыми, поэтому сигнал подвергается квантованию. Обычно N-разрядное слово представляется одним из 2N возможных состояний, поэтому у N-разрядного ЦАП (с фиксированным источником опорного напряжения) может быть только 2N значений аналогового выхода, и он может выдавать 2N различных комбинаций, соответствующих значениям аналогового входа. Как правило, входные аналоговые сигналы существуют в виде напряжений или токов.

Разрешающая способность преобразователей данных может быть выражена несколькими различными способами: весом младшего разряда (LSB), долей от полной шкалы размером в один миллион (ppm FS), милливольтами (мВ) и т.д. Различные устройства (даже от одного производителя) специфицируются по-разному, так что для успешного сравнения устройств пользователи АЦП и ЦАП должны уметь преобразовывать характеристики из различных спецификаций. Величина младшего значащего разряда (LSB) для приборов с различной разрешающей способностью приведена на рис.1

Величина младшего значащего разряда

*600 нВ – это шум Джонсона при ширине полосы 10 КГц, R=2.2 кОм и при 25°C

Легко запомнить: 10-разрядное квантование при значении полной шкалы FS = 10 В соответствует LSB = 10 мВ, точность 1000 ppm или 0.1%.

Все остальные значения можно вычислить умножением на коэффициенты, равные степени числа 2.

Число требуемых при этом пар операций «умножение –сложение» можно оценить как . Таким образом, вычислительные затраты по сравнению с непосредственным использованием формулы ДПФ уменьшается в раз. При больших N это отношение становится весьма велико. Например, при N=1024 достигается более чем 100-кратное ускорение, но и это еще не предел. Количество комплексных умножений в алгоритме БПФ с прореживанием по времени может быть сокращено вдвое.

Быстрое преобразование Фурье для обработки сигналов в устройствах автоматизации

Сергей Лазарев, Евгений Рогожкин, Феодосий Захарук

В статье приведена программа быстрого преобразования Фурье для цифровой обработки сигналов на базе современных персональных компьютеров и встраиваемых контроллеров.

Отмечается, что при оптимальном программировании алгоритмов сигнальной обработки можно во многих случаях обойтись без применения дополнительных специализированных сигнальных процессоров.

Цифровая обработка сигналов(ЦОС) является разновидностью обработки данных с помощью компьютера. В современных системах обработки реального времени для ускорения алгоритмов ЦОС зачастую применяются дополнительные модули сигнальных процессоров (DSP) типа TMS320, M56000, M96002 и другие. Они эффективно выполняют однообразные операции обработки массивов данных. Однако введение в состав систем модулей DSP приводит к дополнительным накладным расходам, связанным

  • c подбором и приобретением подходящего сигнального процессора;
  • c разработкой или покупкой дополнительного программного обеспечения и библиотек программ для выбранного DSP;
  • с сопряжением уникального аппаратного и программного обеспечения с проектируемой системой.
  • Поддержка программ сигнальной об работки требует содержать инженера аналитика — специалиста по ЦОС, инженера специалиста по сигнальному процессору, а также программиста, разбирающегося в ЦОС.

    Цифровая обработка сигналов была бы проще для программистов, если бы под рукой были готовые листинги эффективных программ для типовых операций ЦОС на языке программирования высокого уровня, например С, которые можно гибко адаптировать к возможностям проектируемых систем для решения конкретной задачи. Фирмы разработчики программного обеспечения для сигнальных процессоров предлагают на рынок довольно громоздкие пакеты объектных библиотек программ ЦОС для DSP. Существуют проблемы с надежностью и эффективностью таких пакетов при их приспособлении для конкретных систем, особенно для систем реального времени, в которых набор необходимых программ ЦОС может составить всего 5% от предлагаемого. Хотя платить придется за весь пакет.

    С появлением мощных сопроцессоров с плавающей запятой, стандартно входящих в состав процессоров обработки данных, а также с решением проблем по объему оперативной памяти ситуация может кардинально измениться для многих приложений не в пользу модулей сигнальных процессоров.

    Таблица 1. Время выполнения типовой операции ЦОС — БПФ (мс) в зависимости от вычислительного модуля, среды исполнения и объема входных данных (N) для приведенного листинга программы

    Типовые операции цифровой обработки сигналов могут быть эффективно выполнены с помощью сопроцессоров без использования дорогостоящих модулей DSP. Достаточно написать С код программы ЦОС и обычным способом внедрить его в код приложения, предварительно убедившись, что быстродействие алгоритмов ЦОС достаточно для правильной работы проекта в целом. От инженераразработчика требуется лишь правильно скомпоновать последовательность С функций и корректно внедрить их в проект.

    Таблица 2. Время выполнения БПФ (мс) с алгоритмом одновременного вычисления сразу двух массивов входных данных размерностью N в пересчете на один массив

    Эффективность алгоритмов ЦОС при подготовке программ на языке программирования высокого уровня можно повысить двумя путями. Первый — это написание эффективного кода, связанного с особенностями языка программирования, компилятора и возможностями процессора. Второй путь — это постоянно отслеживать достижения математики в области абстрактной алгебры, теории групп, индексной арифметики, что позволяет только программными методами повысить эффективность ЦОС во много раз. При недостатке специальных сборников программ ЦОС для большинства программистов этот раздел обработки данных остается вещью в себе.

    Во врезке статьи приводится листинг типовой процедуры ЦОС на языкеС, реализующей алгоритм быстрого преобразования Фурье (БПФ), используемый в системах спектральной обработки и фильтрации данных. Программа выполняет вычисление дискретного комплексного спектра сигналов,представленных массивом оцифрованных отсчетов определенной размерности.

    Для большинства приложений важна скорость выполнения БПФ. В таблице 1 приводятся результаты измере ния времени выполнения этой программы для современных контроллеров и ПЭВМ.

    В табл. 2 и табл. 3 показана возможность повышения быстродействия типовой операции БПФ для тех же самых процессоров, когда ускорение вычислений достигается только за счет программно-вычислительных трюков и знания особенностей этих процессоров и компилятора.

    Анализ представленных таблиц на глядно убеждает в наличии зависимости времени исполнения как от алгоритма выполнения БПФ, так и от искушенности программиста. Чисто программными методами можно добиться того,что выполнение операций ЦОС на микропроцессорах общего назначения будет происходить со скоростью, соизмеримой с возможностями доступного сигнального процессора.

    Таблица 3. Время исполнения процедуры БПФ для процессора РF2/300 для различных типов данных, параметров компилятора, операционных систем и объема входных данных N

    /*Листинг программы БПФ:*/

    Листинг приведенной в статье программы можно загрузить с Webсайта www.cta.ru

    НАПИСАТЬ СООБЩЕНИЕ

    E-mail:
    Сообщение:
     
    SSL
    Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика