Глава 12. Генерация и распознование DTMF-сигналов. 7. Программное обеспечение для реализации цифровых фильтров

7. Программное обеспечение для реализации цифровых фильтров

Алгоритмы цифровых фильтров требуют большой вычислительной мощ­ности, ввиду большого числа умножений и сложений, требуемых при расчё­тах- особенно в тех случаях, когда умножение производится без помощи аппаратных умножителей, а осуществляется методом сдвигов-сложений. По этой причине для таких задач часто применяются цифровые сигнальные про­цессоры, т.к. они имеют быстрый умножитель с накоплением (MAC), или, как минимум, многорегистровый циклический сдвигатель (Barrel Shifter), позволя­ющий осуществлять операцию сдвига на несколько позиций одной командой. Таким образом, реализовать алгоритм фильтра в реальном времени с исполь­зованием медленного микроконтроллера невозможно.

Тем не менее, микроконтроллер MSP430 позволяет реализовать такой ал­горитм благодаря тому, что инструкции, операнды которых находятся в регис­трах, выполняются за один такт. Кроме этого, для повышения вычислительной мощности системная частота повышена с 1 МГц до 3.3 МГц (прим. перев. - на момент перевода макс, частота семейства - 8МГц).

Аналоговая часть легко сопрягается с цифровой при помощи встроенно­го АЦП. Его разрешение в 14 бит достаточно высоко, чтобы гарантировать в последующем хороший динамический диапазон цифрового фильтра. При этом гарантируется, что сигнал с низкой амплитудой будет обработан с такой же точ­ностью, что и сигнал с большой амплитудой. Необходимость во внешнем АЦП соответственно отпадает.

Если алгоритм должен быть обработан в режиме реального времени, вы­числение определённого «куска» данных должно быть завершено перед тем, как будут получены новые данные. Промежуточное хранение данных в ОЗУ не­возможно, т.к. его объёма недостаточно для хранения большого массива дан­ных, поступающих из АЦП с определённой частотой.

Для таймера-порта выбрана частота прерываний 3640 Гц. Это соответс­твует девяти тактам частоты ACLK. АЦП запускается по прерыванию таймера-порта. Т.к. частота ACLK генерируется при помощи «часового» кварца частотой 32.768 кГц, получаемая частота выборки имеет низкое дрожание фазы (джит-тер) и высокую стабильность, присущую кварцевому резонатору. При этом га­рантируется корректная выборка аналогового сигнала и, соответственно, вер­ные расчётные значения [10]. По завершении преобразования, осуществляется вычисление для 8-ми цифровых фильтров и распознавание частот DTMF на основе полученных значений фильтров. На алгоритм расчёта и распознавания выделено, таким образом, 274.7 мкс. Это соответствует 915 тактам при дли-