Jump to content
Icedevil777

КИХ Фильтр на ПЛИС

Recommended Posts

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?

Share this post


Link to post
Share on other sites
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.

Share this post


Link to post
Share on other sites
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.

image.png.0714d5608f431e94511c60de7467e666.png

 

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;

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Литиевые батарейки Fanso для систем телеметрии и дистанционного контроля

Системы телеметрии находят все более широкое применение во многих отраслях на промышленных и коммунальных объектах. Требования, предъявляемые к условиям эксплуатации приборов телеметрии и, как следствие, источников питания для них, могут быть довольно жесткими. Fanso предоставляет широкую линейку продукции, рассчитанной на различные условия эксплуатации, что позволяет подобрать батарейку для каждого конкретного применения, в том числе и для устройств телеметрии.

Подробнее

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.

Share this post


Link to post
Share on other sites
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 ?

Share this post


Link to post
Share on other sites
                     

Приглашаем на вебинар Решения для построения ультразвуковых счетчиков жидкостей и газов на базе MSP430

Компэл совместно с Texas Instruments 23 октября 2019 приглашают на вебинар, посвященный системам-на-кристалле для построения ультразвуковых расходомеров жидкостей и газов на базе ядра MSP430. Вебинар проводит Йоханн Ципперер – эксперт по ультразвуковым технологиям, непосредственно участвовавший в создании данного решения. На вебинаре компания Texas Instruments представит однокристальное решение, позволяющее создавать точные недорогие счетчики жидкостей и газов.

Подробнее...

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 

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.
Note: Your post will require moderator approval before it will be visible.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Restore formatting

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.

Loading...

×
×
  • Create New...