Цифровой Фильтр

[Swed]

Всем, доброго времени суток. У меня вот такая проблема мне необходимо сделать цифровой фильтр на ATMega48. В качестве входного сигнала на все устройство используется линия, к которй подключено до 16 разных генераторов, которые выдают (каждый свою) частоту. Сигналы в диапазоне от 100 до 1500 Гц.

Сам цифровой фильтр я разработал в среде Matlab (пока только на одну частоту, но за другими дело не станет). Написал тестовую программку (под компьютер), которая имитирует работу фильтра. Принцип работы такой у нас есть 16 входных синусоид различной частоты, возможность включать и выключать любую частоту в любое время. На фильтр подается сумма включенных сигналов и отоброжается выходной результат после пересчета фильтра.

Написал программку для контроллера (еле влез в память и нужную частоту дискритизации), прошил контроллер и попытался подать сигнал.

Не работает . Схема простая на вход АЦП контроллера подается наш сигнал, после чего обрабатывается фильтром и, если фильтруемая частота есть, то загорается светодиод.

Поспрашал у людей, так вот оказывается, что при включенных параллельно источниках сигналов, суммарное напряжение складывается не так как в математике . То есть если включены 10 источников с максимальным выходным напряжением U, то выходное напряжение на нагрузку будет равно не 10*U, а U. И поэтому фильтр не работает.

Кто нибудь сталкивался с цифровыми программными фильтрами? А то не понятно как решить эту проблему .

[Реклама]

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

[Swed]

Не поверю что на этом форуме никто не занимался цифровыми фильтрами. Помогите плиз!!!!!! А то уже 30 просмотров и ни одного совета.

Изменено 14 сентября, 2009 пользователем Swed

[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

[Ittido]

Привет я как то не доганяю сути. Фильтр должен фильтровать а что должен делать данный девайс?

[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

[Swed]

Пока девайс должен только фильтровать (для простоты условимся на этом). тупо если сигнал есть зажигаем светодиод.

Изменено 14 сентября, 2009 пользователем Swed

[Реклама]

Секреты депассивации литиевых батареек FANSO EVE Energy

Самыми лучшими параметрами по энергоемкости, сроку хранения, температурному диапазону и номинальному напряжению обладают батарейки литий-тионилхлоридной электрохимической системы. Но при длительном хранении происходит процесс пассивации. Разберем в чем плюсы и минусы, как можно ее избежать или уменьшить последствия и как проводить депассивацию батареек на примере продукции и рекомендаций компании FANSO EVE Energy. Подробнее>>

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

[mazzi]

Скачай вот эту книжку

Цифровые фильтры, может быть она тебе поможет.

[Swed]

Эту книгу я уже читал . Может я плохо описал проблему? Попробую еще раз.

Дело в том, что нормальный фильтр работает нормально при простом сложении входных сигналов. Например, если у нас есть два входных сигнала разной частоты, то результырующий сигнал будет равен сумме (А=А1+А2). После чего сигнал А подается на вход фильтра и обрабатывается. Причем если есть фильтруемая частота, то на выходе фильтр выдает синусоиду с амплитудой равной 1. Так фильтр работает с цифрами.

Если в качестве входных сигналов использовать электрические сигналы, то там сигналы складываются не так (имеется в виду, что используются источники напряжения, а не тока), и тогда А != А1+А2 (!= не равно). В результате чего фильтр выдает нам синусоиду, но амплитуда где-то 0.6. При подключении еще одного источника фильтр выдает амплитуду 0.49, и так далее. при включении 16 источников сами понимаете амплитуда равна 0.04. То есть вроде как и фильтрует, но если включено 16 источников - это может быть и как помехи при включении только двух источников.

В "правильном" же сложении (А=А1+А2) количество входных сигналов и сторонних помех не играет роли. Если есть фильтруемая частота, то фильтр выдает синусоиду с амплитудой 1, вне зависимости от количества других частот.

В реальности мы не знаем сколько источников у нас включено . И более того сторонние помехи я пока еще не учитывал.

Изменено 14 сентября, 2009 пользователем Swed

[Геннадий]

Насколько мне помнится, после смешивания А1 и А2 получатся две результирующие А1+А2 и А1-А2.

[my504]

Не смешивании (это перемножение), а сложении.

При сложении сигналов в цифровом виде результат нормируют, т.е. приводят к исходному динамическому диапазону (разрядности). Естественно, что при этом накапливается ошибка округления. Желаете иметь исходный сигнал - сохраняйте разрядность суммы и все будет тип-топ...

А при смешивании так себя ведут ЧАСТОТЫ, а не мгновенные значения произведения...

Изменено 15 сентября, 2009 пользователем my504

[Swed]

Уважаемый my504 что значит нормируют?

И я что-то не понял со смешиванием и сложением. Не могли бы Вы пояснить это поподробней. (Я в схемотехнике и электротехнике ламер )

[my504]

Скажем мгновенное значение сигнала с 8 разрядного АЦП равно 0xFA, и его нужно сложить с предыдущим отсчетом, скажем 0xA9. Сумма равна уже девятиразрядному числу 0x1A3 (b'1 1010 0011'). Для дальнейшей обработки можно сохранить 9 разрядов, тогда никаких потерь не будет. А можно вернуться к восьми, поделив результат пополам (сдвинув его вправо на один разряд с округлением: b'1101 0010'). Получаем потерю точности на один разряд и уменьшение веса исходных сигналов вдвое.

Таким образом, нужно максимально возможно для вычислительных ресурсов сохранять текущую разрядность.

Смешивание и сложение - это не Вам, а Геннадию...

[Swed]

Наверно я не так как надо объясняю. Что касается обработки цифир в программе, за этим вопрос не стоит. Программа написана на С и там точно нет никакого переполнения. Проблема в том, что не знаю как поступить со входным сигналом. Он не подходит под стандартный для цифрового фильтра сигнал (а именно не такое сложение).

Вотп пример, для 4-х входных сигналов. На первом рисунке сигнал складывается по правилам А = А1+А2+А3+А4. Такой сигнал фильтруется нормально (т.е. амплитуда = 1). И амплитуда не меняется при добавлении новых левых сигналов

А вот второй сигнал складывается по правилам электротехники. Как видно сигнал не превышает один вольт. Внутреннее сопротивление источника условно 10 Ом. И поэтому после подачи такого сигнала на фильтр получается выходной сигнал с амплитудой 0.35 В. при добалении новых сигналов амплитуда уменьшается.

Вот и начал я этот разговор может кто сталкивался с подобными проблемами и как это решить?

[my504]

Что с того, что написано на Си? Пускай входной сигнал int, чему равна сумма двух int? Тоже int? Тогда без округления не получится.

Кстати и при фильтрации приходится соблюдать постоянную разрядность.

Изменено 15 сентября, 2009 пользователем my504

[Swed]

все сигналы я перевожу. Короче вот код.

int DigitADC = ADC; // получить значение АЦП

float FADC = (DigitADC-512); // задать среднюю точку

FADC /= 512; // сигнал в диапазоне от 1 до -1

// перевести цифровое значение в нужный нам формат

x0 = FADC;

// пропустить значение через фильтры выдать результат

y0 = b0*(x0-x2)-a1*y1-a2*y2;

x2 = x1;

x1 = x0;

y2 = y1;

y1 = y0;

out = y0;

Вот и все коэффициенты b и a не больше 4. Так что никакого переполнения.

[Ittido]

Я думаю подсчитывать нада каждый пик. Например Ацп фиксирует пик на 0,22В, Дальше ждёш повторения этого пика, подсчитываеш время, потом частоту, отрабатываеш сигнал порезультату. Дальше измеряеш следующий пик к примеру 0.3в ждёш повторения пика. Итак на все 16 частот.Правда возможно ложное срабатывание от помех. Хотя и это устранимо если ацп сбрасывать через определённое время которое не должно превышать периода минимальной частоты.В Си не рублюсь особо, пишу на асемблере, так что с кодом не подскажу. А частоты фиксированные или нет?

[Swed]

Уважаемый Ittido, Вы когда-нибудь работали с цифровыми фильтрами? Дело не в том, что я не могу отфильтровать частоту, это у меня замечательно получилось (диапазон фильтруемой частоты 1 Гц). Дело в том, что чем больше помех, тем больше коэффициент ослабления, а этого не должно быть!

[Goodefine]

все сигналы я перевожу. Короче вот код...

Видите ли, уважаемый Swed. То что Вы привели в качестве кода, меньше всего подходит под Вашу задачу. Честно говоря, хренотень какая-то...

Если хотите решить задачу в постановке из Вашего первого поста (как я понял нужно уметь отследить любой из включенных генераторов на входе, с тем чтобы произвести необходимые действия на выходе - если нет, поправьте), то курите как минимум литературу на предмет:

-Преобразование Фурье

-Дискретное преобразование Фурье

-Быстрое преобразование Фурье

И после этого, оцените реальную производительность контроллера и то что Вы хотите получить... Я к тому что писать:

 float FADC = ...

это непозволительная роскошь...

И не забудьте прочитать про нормирование сигналов..

Изменено 15 сентября, 2009 пользователем Goodefine

[Swed]

Уважаемый Goodefine это я уже все вкурил , а также вкурил и то, что MATLAB это все дело обсчитывает куда быстрее если бы я все расчитывал ручками.

А то что у меня там хрень написана, то очень сильно сомневаюсь . Похоже Вы никогда не разрабатывали цифровые фильтры и поэтому по незнанию такое ляпнули.

Я же имел опыт в разработке цифровых фильтров, однако только при программировании для компьютерных программ, а не для железа. Вот по этому и возникающие проблемы с электрическими сигналами .

[Goodefine]

...Похоже Вы никогда не разрабатывали цифровые фильтры и поэтому по незнанию такое ляпнули.

Я же имел опыт в разработке цифровых фильтров, однако только при программировании для компьютерных программ, а не для железа. Вот по этому и возникающие проблемы с электрическими сигналами .

Я такое ляпнул потому что, то что описано в Вашей задаче никак не коррелирует с написанным кодом... Что такое out? Это выход или переменная? ЕСли переменная, зачем тогда разглагольствования о светодиодах? Откуда потом сетования на шум? Если "математика неправильная"... Вы нормально объясните задачу чтоб было понятно...

[Swed]

Извините меня, я наверное никак не могу доходчиво объяснить что от меня требуется.

Предположим что у нас на входе несколько частот, в тои числе и фильтруемая частота.

Нучну сначала, такое выражение:

y0 = b0*(x0-x2)-a1*y1-a2*y2;

x2 = x1;

x1 = x0;

y2 = y1;

y1 = y0;

и есть сам цифровой фильтр. Коэффициенты а и b - постоянные числа. Дискретный входной сигнал A подается на АЦП. Предположим, что наш сигнал в диапазоне от -1 до 1 (для двух частот от -2 до 2). Этот сигнал и есть х0 (вход). Потом идет пересчет самого фильтра и на выходе получаем у0. у0 должен быть в диапазоне от -1 до 1 (по сути коэффициент ослабления равен 1) это и есть наш out. так вот если взять значения out за некоторое время и построить график, то получим синусоиду с частотой равной фильтруемой. то есть после работы фильтра из мусора получается красивая фильтруемая частота.

Но это работает если частоты складываются по принципу A = A1+A2+...An. то есть в теории сигнал может меняться от n до -n (если каждоя частота в диапазоне от -1 до 1).

.......................................................

В случае, когда есть электрические сигналы, то входное напряжение (входной сигнал А) меняется в диапазоне от 1 до -1 (по законам Киргхофа) вне зависимости от количества входных частот. Как мне объяснили там идет хреново перераспределение сигналов. Поэтому выходная частота out получается в диапазоне не от 0,49 до -0,49 для 2 частот, от 0,3 до -0,3 для 3-х частот ... от 0,02 до -0,02 для 16 частот.

То есть на лицо коэффициент ослабления, причем нехилый такой в раз 100. Меня это не устраивает. Вот и задаю вопросы, может кто сталкивался с такими проблемами, а как их преодолеть.

Изменено 15 сентября, 2009 пользователем Swed

[Goodefine]

Извините меня, я наверное никак не могу доходчиво объяснить что от меня требуется...

Да, собственно, извиняться то не за что

Примерно понятно, что Вам нужно. Но для полной картины неплохо было бы, если бы вы привели описание задачи в целом, например: есть генераторы, есть фильтр, с его помощью нужно сделать то и то (конечная цель). Если выделить ОДНУ частоту, то зачем акцент на остальных генераторах - там все равно что на входе.... Расскажите что в итоге должно получиться - тут вражеских шпионов нет, никто идею не перехватит.

С какой скоростью все должно работать - одно дело обсчитывать на компе готовые данные, и совершенно другое в реальном времени на микроконтроллере... Вот Вы написали "float..." и потянули математику с павающей точкой - времени сразу в десятки раз больше уйдет... Хотя можно и обойтись без этого. В МК есть свои ньюансы - даже если писать на языке высокого уровня. Поэтому понимание конечной цели так важно...

Для того чтобы амплитуды колебаний слаживались "математически", грубо говоря, источники колебаний должны быть соединены ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО, в то время как у Вас параллельно.. Т.е. колебания нужно правильно еще и сложить (поищите инфу о сумматорах на операционных усилителях - там как раз математическое суммирование, ибо на ОУ исторически и задумывалось делать вычислительные машины) , иначе часть информации будет необратимо теряться - например синусоида частотой около 0-ля Гц, съест большую часть информации о других частотах (на входе [по Вашей схеме сложения] меньше чем мгновенное значение самого положительного сигнала напряжения не будет)...

Извините за столь пространное изложение мыслей - осень, пора виноделия....

P.S. Примерно так надо слаживать сигналы от генераторов:

Тогда и слаживаться они будут математически правильно...

Изменено 15 сентября, 2009 пользователем Goodefine

[Ittido]

Не совсем понятна суть задачи. К примеру на вход приходит две частоты от генераторов 100ГЦ и1000 Гц что конкретно с ними нужно сделать подавить или выделить, выдать результирующую частоту с амплитудой равной входным сигналам или просто выдать информацию о наличии этих частот.

[my504]

Ittigo! Цифровой фильтр - это совершенный аналог обычного схемного, только в массиве оцифрованного сигнала. На входе такого фильтра суммарный массив, на выходе массив отфильтрованный, т.е. его можно восстановить в аналоговой форме, пропустив через ЦАП...

Выявление амплитуды и фазы отдельных гармоник осуществляется комплексным дискретным преобразованием Фурье. О нем речи вроде не шло...

Изменено 16 сентября, 2009 пользователем my504

[Swed]

Уважаемый Goodefine. Во-первых спасибо Вам за идею с ОУ. Буду проверять может что и получиться.

А что касается общей картины и врагов , то задача такая. Есть система частотно-дискретного канала. в качестве источников используются генераторы частот, настроенные каждый на свою частоту. Каждый генератор может включаться и выключаться независимо от других. Так вот источник включен - 1, выключен - 0. И дальше простая логика (набор ноликов и единичек). Все источники включаются в сеть. Тем самым у нас есть 16 устройств, которые могут передавать информацию.

Дальше в сети стоит 16 приемников, которые тупо отображают состояние того или иного источника. Приемники должны быть реализованы в качестве фильтров. Раньше использовалась сложная система из камертонов, которые входили в резонанс с фильтруемой частотой, и так вылавливалась нужная частота. Но такие приемники устарели, трудны в настройке и вообще "бяка" .

Вот и стоит задача использовать цифровую фильтрацию.

Во-вторых в контроллере все по времени good проверено! Даже не помеха, то что обработка осуществляется с плавающей точкой. Причина того, что использовался язык высокого уровня - коэффициенты, используемые при расчете должны быть очень точными:

float a1 = 1.4639; // a0 = 1

float a2 = 0.9976;

float b0 = 0.0012; // b2 = -b0, b1 = 0

И поверьте каждая цифира здесь важна.

[my504]

Приведенные коэффициенты не требуют флоатов. Это всего только 16 разрядное дробное с фиксированной запятой.

Т.е. в Си обрабатываются величины умноженные на 2^15 (int), а в конце производится приведение к любому удобному виду (если это вообще потребуется - пороги обнаружения могут тоже иметь упомянутый формат).

Так же вызывает вопрос разрядность коэффициентов, при 10 разрядном АЦП, младшие разряды которого еще и шумят изрядно. Т.е. на практике реализовать их полностью потребуется суперсемплинг. Проку с умножения на "точные коэффициенты" неточного сигнала чуть...

[Swed]

Приведенные коэффициенты не требуют флоатов. Это всего только 16 разрядное дробное с фиксированной запятой.

Т.е. в Си обрабатываются величины умноженные на 2^15 (int), а в конце производится приведение к любому удобному виду (если это вообще потребуется - пороги обнаружения могут тоже иметь упомянутый формат).

Так же вызывает вопрос разрядность коэффициентов, при 10 разрядном АЦП, младшие разряды которого еще и шумят изрядно. Т.е. на практике реализовать их полностью потребуется суперсемплинг. Проку с умножения на "точные коэффициенты" неточного сигнала чуть...

Может проку и не будет, но мне необходимо сделать и посмотреть как оно все будет. К тому же и начальству нада кое-что показать, а то получиться что я месяц ничего не делал ((, хотя на самом деле огромнейший кусок работы был проделан.

А что касается 16 разрядных дробных, то я просчитывал этот вариант, но решил не замарачиваться, все равно по времени у меня все проходит (а именно, на все про все у меня есть 250 мкс, частота - 4 кГц, а все общеты с тем же float обходятся мне в 193 мкс). Так что зачем копать яму лопатой, если можно и нужно воспользоваться эксковатором )).

Изменено 16 сентября, 2009 пользователем Swed