КИХ Фильтр на ПЛИС

[Icedevil777]

Здравствуйте, У меня есть плата HELPER LMD-System c АЦП, ЦАП(в виде шим фильтра), cyclon 3.

Я новичок в этом деле делаю первый серьезный проект. Цель проекта научиться рассчитывать и создавать цифровые фильтры, а так же работать с ними.
Мой проект состоит из: Генератора синусоиды, с регулятором частоты(от 200Гц до 5кГц), состоит из счетчиков, которые подают меняющийся по кругу  двоичный код на ШИМ, а он создает аналоговый сигнал - синусоиду в положительной области. Далее Аналоговый сигнал поступает на вход АЦП-12 бит, снова преобразуется в двоичный код, затем поступает на ЦАП (2й канал ШИМ фильтра). Моя задача поставить фильтр между АЦП и ЦАП, который будет, например пропускать частоты ниже 1кГц, а все что выше задавливать.

Суть проблемы: когда я рассчитываю ких фильтр, в матлабе, фиркомпиллере, либо на сайтах онлайн, мне выдают коэффициенты типа:
-41
-120
-125
-22
105
68
-116
-175
130
637
890
637
130
-175
-116
68
105
-22
-125
-120
-41

Они отрицательные! У меня АЦП выдает только прямой код, ЦАП, так же понимает только положительный код! У меня одна идея в голове прибавить к этой последовательности цифр 175, чтобы самое маленькое отрицательное превратить в 0! Когда я это сделал мой фильтр начал задавливать в 0 вообще все частоты, почему? может мой подход не верный? если у кого-нибудь есть готовый, рабочий фильтр 12 бит на VHDL, поделитесь, для изучения.
 Вот код моего фильтра, c другими коэффицентами на них ненужно смотреть:

library Ieee;
use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_Arith.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;

entity Mfil is
Port ( clk: in std_logic;
adc: in std_logic_vector(11 downto 0);
f_out: out std_logic_vector(11 downto 0));
end Mfil;
architecture Behavioral of Mfil is
signal r0, r1, r2, r3, r4, r5, r6, r7, r8, r9, r10, r11, r12, r13, r14, r15, r16, r17, r18, r19, r20, r21, r22, r23, r24, r25, r26, r27, r28, r29, r30, r31, r32, r33: std_logic_vector(11 downto 0);
signal k0, k1, k2, k3, k4, k5, k6, k7, k8, k9, k10, k11, k12, k13, k14, k15, k16, k17, k18, k19, k20, k21, k22, k23, k24, k25, k26, k27, k28, k29, k30, k31, k32, k33, k34: std_logic_vector(11 downto 0);
signal p0, p1, p2, p3, p4, p5, p6, p7, p8, p9, p10, p11, p12, p13, p14, p15, p16, p17, p18, p19, p20, p21, p22, p23, p24, p25, p26, p27, p28, p29, p30, p31, p32, p33, p34: std_logic_vector(26 downto 0);
signal pl0, pl1, pl2, pl3, pl4, pl5, pl6, pl7, pl8, pl9, pl10, pl11, pl12, pl13, pl14, pl15, pl16, pl17, pl18, pl19, pl20, pl21, pl22, pl23, pl24, pl25, pl26, pl27, pl28, pl29, pl30, pl31, pl32, pl33, pl34: std_logic_vector(23 downto 0);
signal sum: std_logic_vector(26 downto 0);
begin
k0    <=    conv_std_logic_vector(45,12);
k1    <=    conv_std_logic_vector(29,12);
k2    <=    conv_std_logic_vector(0,12);
k3    <=    conv_std_logic_vector(-34,12);
k4    <=    conv_std_logic_vector(-59,12);
k5    <=    conv_std_logic_vector(-64,12);
k6    <=    conv_std_logic_vector(-43,12);
k7    <=    conv_std_logic_vector(0,12);
k8    <=    conv_std_logic_vector(53,12);
k9    <=    conv_std_logic_vector(96,12);
k10    <=    conv_std_logic_vector(110,12);
k11    <=    conv_std_logic_vector(79,12);
k12    <=    conv_std_logic_vector(0,12);
k13    <=    conv_std_logic_vector(-119,12);
k14    <=    conv_std_logic_vector(-258,12);
k15    <=    conv_std_logic_vector(-387,12);
k16    <=    conv_std_logic_vector(-478,12);
k17    <=    conv_std_logic_vector(2047,12);
k18    <=    conv_std_logic_vector(-478,12);
k19    <=    conv_std_logic_vector(-387,12);
k20    <=    conv_std_logic_vector(-258,12);
k21    <=    conv_std_logic_vector(-119,12);
k22    <=    conv_std_logic_vector(0,12);
k23    <=    conv_std_logic_vector(79,12);
k24    <=    conv_std_logic_vector(110,12);
k25    <=    conv_std_logic_vector(96,12);
k26    <=    conv_std_logic_vector(53,12);
k27    <=    conv_std_logic_vector(0,12);
k28    <=    conv_std_logic_vector(-43,12);
k29    <=    conv_std_logic_vector(-64,12);
k30    <=    conv_std_logic_vector(-59,12);
k31    <=    conv_std_logic_vector(-34,12);
k32    <=    conv_std_logic_vector(0,12);
k33    <=    conv_std_logic_vector(29,12);
k34    <=    conv_std_logic_vector(45,12);


process (clk)
begin
if clk'event and clk = '1' then
r0 <= adc;
r1    <=    r0    ;
r2    <=    r1    ;
r3    <=    r2    ;
r4    <=    r3    ;
r5    <=    r4    ;
r6    <=    r5    ;
r7    <=    r6    ;
r8    <=    r7    ;
r9    <=    r8    ;
r10    <=    r9    ;
r11    <=    r10    ;
r12    <=    r11    ;
r13    <=    r12    ;
r14    <=    r13    ;
r15    <=    r14    ;
r16    <=    r15    ;
r17    <=    r16    ;
r18    <=    r17    ;
r19    <=    r18    ;
r20    <=    r19    ;
r21    <=    r20    ;
r22    <=    r21    ;
r23    <=    r22    ;
r24    <=    r23    ;
r25    <=    r24    ;
r26    <=    r25    ;
r27    <=    r26    ;
r28    <=    r27    ;
r29    <=    r28    ;
r30    <=    r29    ;
r31    <=    r30    ;
r32    <=    r31    ;
r33    <=    r32    ;

sum(26 downto 0) <=  p0 + p1 + p2 + p3 + p4 + p5 + p6 + p7 + p8 + p9 + p10 + p11 + p12 + p13 + p14 + p15 + p16 + p17 + p18 + p19 + p20 + p21 + p22 + p23 + p24 + p25 + p26 + p27 + p28 + p29 + p30 + p31 + p32 + p33 + p34 ;


end if;
end process;


p0    <=    "000" &    pl0    ;
p1    <=    "000" &    pl1    ;
p2    <=    "000" &    pl2    ;
p3    <=    "000" &    pl3    ;
p4    <=    "000" &    pl4    ;
p5    <=    "000" &    pl5    ;
p6    <=    "000" &    pl6    ;
p7    <=    "000" &    pl7    ;
p8    <=    "000" &    pl8    ;
p9    <=    "000" &    pl9    ;
p10    <=    "000" &    pl10    ;
p11    <=    "000" &    pl11    ;
p12    <=    "000" &    pl12    ;
p13    <=    "000" &    pl13    ;
p14    <=    "000" &    pl14    ;
p15    <=    "000" &    pl15    ;
p16    <=    "000" &    pl16    ;
p17    <=    "000" &    pl17    ;
p18    <=    "000" &    pl18    ;
p19    <=    "000" &    pl19    ;
p20    <=    "000" &    pl20    ;
p21    <=    "000" &    pl21    ;
p22    <=    "000" &    pl22    ;
p23    <=    "000" &    pl23    ;
p24    <=    "000" &    pl24    ;
p25    <=    "000" &    pl25    ;
p26    <=    "000" &    pl26    ;
p27    <=    "000" &    pl27    ;
p28    <=    "000" &    pl28    ;
p29    <=    "000" &    pl29    ;
p30    <=    "000" &    pl30    ;
p31    <=    "000" &    pl31    ;
p32    <=    "000" &    pl32    ;
p33    <=    "000" &    pl33    ;
p34    <=    "000" &    pl34    ;

pl1    <=    r0    * k1    ;
pl2    <=    r1    * k2    ;
pl3    <=    r2    * k3    ;
pl4    <=    r3    * k4    ;
pl5    <=    r4    * k5    ;
pl6    <=    r5    * k6    ;
pl7    <=    r6    * k7    ;
pl8    <=    r7    * k8    ;
pl9    <=    r8    * k9    ;
pl10    <=    r9    * k10    ;
pl11    <=    r10    * k11    ;
pl12    <=    r11    * k12    ;
pl13    <=    r12    * k13    ;
pl14    <=    r13    * k14    ;
pl15    <=    r14    * k15    ;
pl16    <=    r15    * k16    ;
pl17    <=    r16    * k17    ;
pl18    <=    r17    * k18    ;
pl19    <=    r18    * k19    ;
pl20    <=    r19    * k20    ;
pl21    <=    r20    * k21    ;
pl22    <=    r21    * k22    ;
pl23    <=    r22    * k23    ;
pl24    <=    r23    * k24    ;
pl25    <=    r24    * k25    ;
pl26    <=    r25    * k26    ;
pl27    <=    r26    * k27    ;
pl28    <=    r27    * k28    ;
pl29    <=    r28    * k29    ;
pl30    <=    r29    * k30    ;
pl31    <=    r30    * k31    ;
pl32    <=    r31    * k32    ;
pl33    <=    r32    * k33    ;
pl34    <=    r33    * k34    ;


f_out(11 downto 0) <= sum (26 downto 15) + "000111011110" ;
end architecture;
[/HTML]

 

Может у меня сам фильтр не правильно сделан? или разрядность sum после сложения нужно увеличить?

[Реклама]

Реклама: ООО ТД Промэлектроника, ИНН: 6659197470, Тел: 8 (800) 1000-321

[TDA]

12 минуты назад, Icedevil777 сказал:

У меня одна идея в голове прибавить к этой последовательности цифр 175, чтобы самое маленькое отрицательное превратить в 0!

Не надо так делать:) фильтр станет совсем другим. Значения АЦП допустим беззнаковые приходят и ползут по линии задержки, но операции умножения на коэффициенты уже знаковые, разрядность результата = Разрядность АЦП + разрядность коэффициентов + знак. Суммирование то же должно быть знаковое. Лучше привести все арифметике с целыми байтами 2 байта значения АЦП, 4 байта результат умножения, 4 байта результат суммирования и далее урезаем лишнее для выхода на ЦАП.

[Реклама]

20% скидка на весь каталог электронных компонентов в ТМ Электроникс!

Акция "Лето ближе - цены ниже", успей сделать выгодные покупки!

Плюс весь апрель действует скидка 10% по промокоду APREL24 + 15% кэшбэк и бесплатная доставка!

Перейти на страницу акции

Реклама: ООО ТМ ЭЛЕКТРОНИКС, ИНН: 7806548420, info@tmelectronics.ru, +7(812)4094849

[Icedevil777]

Только что, TDA сказал:

Не надо так делать:) фильтр станет совсем другим. Значения АЦП допустим беззнаковые приходят и ползут по линии задержки, но операции умножения на коэффициенты уже знаковые, разрядность результата = Разрядность АЦП + разрядность коэффициентов + знак. Суммирование то же должно быть знаковое. Лучше привести все арифметике с целыми байтами 2 байта значения АЦП, 4 байта результат умножения, 4 байта результат суммирования и далее урезаем лишнее для выхода на ЦАП.

А ЦАП только прямой код понимает, как я фильтрованный сигнал превращу в аналоговый вид? Вот как выглядит ЦАП ШИМ фильтр + прога в ПЛИС.

 

Если на шим приходит все 11111 до это Umax, если 0 то Umin.  Если только научить этот шим понимать отрицательные числа...... но как?

 

library ieee; 
use ieee.std_logic_1164.all; 
use ieee.numeric_std.all; 

entity shim is 
port 
( 
clk : in std_logic; 
r: in integer range 0 to 16383 ; 
q : out integer range 0 to 16383 

); 
end entity; 

architecture rtl of shim is 
begin 
process (clk) 
variable cnt : integer range 0 to 16383; 
begin 
if (rising_edge(clk)) then 
cnt := cnt + 1; 
end if; 
if (cnt < r) then q <= 1; 
else q <= 0; 
end if; 
end process; 
end rtl;

 

[Реклама]

Особенности хранения литиевых аккумуляторов и батареек

Потеря емкости аккумулятора напрямую зависит от условий хранения и эксплуатации. При неправильном хранении даже самый лучший литиевый источник тока с превосходными характеристиками может не оправдать ожиданий. Технология, основанная на рекомендациях таких известных производителей литиевых источников тока, как компании FANSO и EVE Energy, поможет организовать правильный процесс хранения батареек и аккумуляторов. Подробнее>>

Реклама: АО КОМПЭЛ, ИНН: 7713005406, ОГРН: 1027700032161

[Vascom]

Просто переведи числа с твоего АЦП из прямого кода в двоичный дополнительный. И затем результат фильтрации можешь обратно в прямой код перевести для вывода на ЦАП.

[Реклама]

Выбираем схему BMS для корректной работы литий-железофосфатных (LiFePO4) аккумуляторов

 Обязательным условием долгой и стабильной работы Li-FePO4-аккумуляторов, в том числе и производства EVE Energy, является применение специализированных BMS-микросхем. Литий-железофосфатные АКБ отличаются такими характеристиками, как высокая многократность циклов заряда-разряда, безопасность, возможность быстрой зарядки, устойчивость к буферному режиму работы и приемлемая стоимость. Но для этих АКБ, также как и для других, очень важен контроль процесса заряда и разряда, а специализированных микросхем для этого вида аккумуляторов не так много. Инженеры КОМПЭЛ подготовили список имеющихся микросхем и возможных решений от разных производителей. Подробнее>>

Реклама: АО КОМПЭЛ, ИНН: 7713005406, ОГРН: 1027700032161

[Icedevil777]

49 минут назад, Vascom сказал:

Просто переведи числа с твоего АЦП из прямого кода в двоичный дополнительный. И затем результат фильтрации можешь обратно в прямой код перевести для вывода на ЦАП.

Отсюда вытекает два вопроса, каким способом лучше  и проще перевести и если такая запись имеет место быть: k17    <=    conv_std_logic_vector(2047,12); САПР понимает что это прямой код или дополнительный ?

[TDA]

6 часов назад, Icedevil777 сказал:

А ЦАП только прямой код понимает, как я фильтрованный сигнал превращу в аналоговый вид? Вот как выглядит ЦАП ШИМ фильтр + прога в ПЛИС.

p0    <=    "000" &    pl0 ;  Что это за костыль?

f_out(11 downto 0) <= sum (26 downto 15) + "000111011110" ;  что это?

надо написать что-то типа:

pl0 <= (signed(r0)*signed(k0));
...
sum <= (signed(pl0)+signed(pl1) ... ;
fout <= unsigned(sum(26 downto 15)); 

И с разрядностью все равно разбираться надо. Подробнее читайте здесь