File - Laboratorio de Electrónica

Universidad de San Carlos de Guatemala
Facultad de Ingenier´ıa
Laboratorio de Comunicaciones 4
Segunda serie de mini-proyectos
Instructor de laboratorio: Rodrigo Chang*
Resumen
´ de un proyecto de procesaEl presente documento describe la propuesta de realizacion
˜
miento de senales
digitales utilizando la tarjeta de desarrollo Tiva Launchpad y su conversor
´
˜ de un filtro en
analogico
a digital interno. El sistema a desarrollar consiste en el diseno
´ digital, tomando la senal
˜ proveniente de un generador
tiempo discreto y su implementacion
˜
´
´
˜ de voltaje utilizando un conde senales,
procesandola
y volviendola
nuevamente una senal
´
vertidor digital a analogico.
Todo el procesamiento se lleva a cabo en tiempo real.
Palabras clave
´
DSP, procesamiento en tiempo real, muestreo, conversor digital-analogico,
secuencias, fre´ en diferencias
cuencia de Nyquist, ecuacion
*Correo para dudas y sugerencias: [email protected]
´
Pagina
de proyectos de ejemplo: https://github.com/rafaelchp?tab=repositories
1. Instrucciones generales
1.1 Objetivos
Aplicar los conocimientos adquiridos en el
curso y en el laboratorio de Comunicaciones
4 para desarrollar una aplicaci´on pr´actica.
Utilizar el lenguaje de programaci´on Python
y otras herramientas para el dise˜no de filtros
en tiempo discreto.
Desarrollar un sistema de procesamiento digital de se˜nales utilizando la tarjeta de desarrollo Tiva Launchpad que permita el filtrado
de se˜nales digitales.
´
1.2 Motivacion
Los mini-proyectos pretenden la implementaci´on de sistemas de procesamiento digital de se˜nales
(DSP) muy b´asicos, abarcando temas del curso de
Comunicaciones 4, como muestreo, secuencias y
c´omo aplicar estos conceptos a la construcci´on y a
la programaci´on de un dispositivo electr´onico.
En esta parte se pretende que el estudiante aplique sus conocimientos sobre se˜nales y sistemas en
tiempo discreto para implementar un sistema de
tiempo real utilizando un microcontrolador, y manipular una secuencia de entrada de forma digital.
1.3 Materiales
Para el desarrollo de cualquiera de los miniproyectos se requiere el uso de la tarjeta de desarrollo Tiva Launchpad TM4C123G y los siguientes
elementos:
Componentes para armar un conversor digitalanal´ogico (con una red escalera, un filtro para
una se˜nal PWM o un DAC SPI).
Instrumentos de medici´on: mult´ımetro para
corroborar voltajes de alimentaci´on y osciloscopio para observar las se˜nales de voltaje
generadas.
Libro de trabajo (Workbook) y documentaci´on de la librer´ıa de perif´ericos1 .
Hoja de datos del TM4C123GH6PM.
1 http://www.ti.com/lit/ug/spmu298a/
spmu298a.pdf
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Opcionalmente, se adjunta una p´agina con varios proyectos de ejemplo para configuraci´on
de los perif´ericos, como SPI, PWM, Timers y
´
m´odulo ADC. Estos
pueden servir como base
para programar el proyecto propio y los repositorios pueden ser bifurcados para empezar
a trabajar sobre un proyecto funcional.
voltaje comprendidos entre 0V y 3,3V . La frecuencia m´axima de la se˜nal ser´a de 3,4kHz.
Se debe configurar el m´odulo ADC de la Tiva
Launchpad para muestrear utilizando un pin
anal´ogico, y el muestreo debe ser peri´odico y
activado por un Timer de prop´osito general de
la Tiva para garantizar una tasa de muestreo
exacta. En la rutina de interrupci´on de conversi´on del ADC se debe procesar la muestra
con un procedimiento o funci´on al cual se le
env´ıe el valor de la nueva muestra.
1.4 Forma de entrega
Tomar en cuenta los siguientes aspectos para la
entrega del mini-proyecto :
La presentaci´on ser´a presencial y habr´a una
hoja de calificaci´on para cada proyecto, adem´as
se har´a una corta evaluaci´on del c´odigo fuente
utilizado para programar el microcontrolador.
Se deben configurar dos pines de prop´osito
general como salidas, para hacer mediciones
de tiempo en el osciloscopio:
El mini-proyecto se presentar´a en parejas.
• Un pin har´a toggle cada vez que se entre
a la rutina de finalizaci´on de conversi´on
del ADC.
El mini-proyecto puede presentarse en protoboard, placas perforadas o placas de circuitos
impresos, y el tipo de presentaci´on no afecta
la calificaci´on de ninguna forma.
• Un pin se pondr´a en estado alto antes
de empezar a procesar digitalmente la
muestra, y cuando se termine de procesar se pondr´a nuevamente en estado
bajo. Esto para medir en el osciloscopio
el tiempo que tarda el procesamiento de
la muestra. Por ejemplo:
La detecci´on de copia con otro grupo es penada con la anulaci´on del mini-proyecto para
el/los grupos involucrados.
1.5 Fecha de entrega
La fecha de entrega est´a planificada para el 24
de octubre en el laboratorio de electr´onica. Cualquier cambio ser´a notificado por correo electr´onico.
1
void ADC0SS3_IntHandler() {
ADCIntClear(ADC0_BASE, 3);
PE2 ˆ= 0xff; // Toggle
4
2. Proyecto a realizar
´ de filtro digital
2.1 Implmentacion
Utilizando la Tiva Launchpad se debe implementar un filtro digital que procese muestras en
tiempo real, reemplazando la utilizaci´on de un filtro
anal´ogico elaborado con componentes discretos y
amplificadores operacionales. El diagrama de bloques m´as general se puede observar en la figura
1
El sistema debe funcionar bajo los siguientes
lineamientos:
El generador de se˜nales entregar´a una se˜nal
con cualquier forma de onda, y valores de
7
PE3 = 0xff; // ALTO
// Procesar la muestra
LPF_Filter(ADC0_SSFIFO3_R);
PE3 = 0; // BAJO
}
10
Se deben procesar las muestras utilizando la
ecuaci´on en diferencias de un filtro IIR o FIR
que realice una de las siguientes funciones:
Pasabajos, pasabanda o pasa-altos. Se debe
tener cuidado en el caso de los filtros pasabanda y pasa-altos, que eliminan la componente
DC de la se˜nal de entrada, para obtener la
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Figura 1. Diagrama de bloques del sistema a implementar
se˜nal de salida deber´a sumarse manualmente una componente en DC, esto para que el
DAC entregue nuevamente una se˜nal entre
0V y 3,3V .
Finalmente la muestra de salida ser´a procesada de forma apropiada por el perif´erico que
controle el DAC, el DAC convertir´a el valor
digital a un valor de voltaje, que debe mantener hasta que se procese la siguiente muestra
de salida.
Se comparar´a la se˜nal original y la se˜nal recuperada del sistema, para ver cu´al es el comportamiento del sistema.
´
2.2 Graficas
de ejemplo
Se dise˜no´ un filtro FIR de orden 14 pasabajos
con las siguientes caracter´ısticas:
Figura 2. Depuraci´on. Amarillo: Se˜nal de toggle
para muestreo, cada 500µs se llevan a cabo las
conversiones (Fs = 2000sps). Celeste: Pulso de
procesamiento de la muestra, en comparaci´on al
tiempo de muestreo, el pulso es muy peque˜no
(11µs aproximadamente).
Una banda de paso de 0Hz a 200Hz con ganancia unitaria ideal y m´axima ganancia permitida de 5dB.
Una banda de rechazo de 400Hz a 1000Hz
con ganancia ideal 0 y atenuaci´on m´ınima
permitida de −40dB.
Se aplic´o una tasa de muestreo de Fs = 2000sps
y utilizando la ecuaci´on en diferencias se proces´o la
se˜nal en tiempo real y se convirti´o a voltaje nuevamente utilizando un DAC SPI TLV5616.
Figura 3. Filtrado. Amarillo: Se˜nal del generador a
50Hz. Celeste: Salida del DAC
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Figura 4. Filtrado. Amarillo: Se˜nal del generador a
100Hz. Celeste: Salida del DAC
Figura 5. Filtrado. Amarillo: Se˜nal del generador a
250Hz. Celeste: Salida del DAC
Figura 6. Filtrado. Amarillo: Se˜nal del generador a
300Hz. Celeste: Salida del DAC