دانلود پایان نامه پیاده سازی فیلترهای دیجیتال (IIR)

دانلود پایان نامه پیاده سازی فیلترهای دیجیتال (IIR)

130 صفحه در قالب word

چکیده پایان نامه

این پروژه مربوط به طراحی فیلترهای دیجیتال و  فیلترهای IIR یا همان فیلتر با فیدبک با استفاده از زبان سخت افزار (VHDL ) میباشد.در طراحی از نرم افزار ISE ورژن 7.1 استفاده شده است.

در فصل اول به بررسی ساختار داخلی مدارات FPGA پرداختیم و در فصل دوم دستورات زبان VHDL را بررسی کرده ایم.

برای طراحی فیلترهای دیجیتال با استفاده از زبان سخت افزار امروزه نرم افزارهایی ارائه شده است که با وارد کردن خصوصیان فیلتر کدهای لازم برای ما تولید میکنند ولی در این پروژه این نرم افزارها مورد بحث ما نمی باشند.ما سعی کردیم تا به صورت محاسباتی روش طراحی فیلتر دیجیتال را بیان کنیم و در فصل سوم دو نوع فیلتر را بررسی و فرمولهای آنها را از حالت آنالوگ با یک فرکانس نمونه برداری که باید دو برابر بالاترین فرکانس موجود در سیگنال باشد به حالت گسسته در آوردیم پس از آن از سیگنال گسسته تبدیل z  گرفتیم و آنرا به شکلی نوشتیم که قابل اجرا با زبانهای برنامه نویسی باشد.

فهرست مطالب

1      فصل اول  12

1-1            پیشگفتار : 12

1-2            مقدمه : 13

1-3            تعریف   14

1-4........... انواع FPGA  18

1-4-1............. انواع FPGA بر اساس ساختار اتصالی  19

1-4-2............. انواع FPGA بر اساس نوع عناصر منطقی برنامه پذیر 23

1-4-3............. انواع FPGA بر اساس آرایش بلوک های منطقی برنامه پذیر 25

1-4-4............. ساختار FPGA  29

1-4-5............. سلول ها یا بلوک های منطقی قابل برنامه ریزی ( LB یا IC  یا  CLB ) 33

1-4-6............. سلول های منطقی بر اساس جدول LUT  36

1-4-7............. وارد کردن طرح اولیه و کامپایل  38

1-4-8............. شبیه سازی  39

1-4-9............. سنتز و آماده کردن طرح برای پیاده سازی  39

1-4-10............. فایل پیاده سازی  40

1-4-11............. شبیه سازی زمانی  41

1-4-12............. برنامه ریزی FPGA  41

1-5........... امکانات FPGA ها 41

1-6........... کاربرد تراشه های FPGA ها 42

1-7........... محاسن FPGA  43

1-8........... معایب FPGA  43

1-9........... مقایسه FPGA و تراشه‌های  ASIC  43

1-10............ مقایسه MPGA, FPGA  44

1-11............ مقایسه CPLD, FPGA  44

2      فصل دوم  46

2-1........... مفاهیم و ساختارهای زبان VHDL  46

2-2........... اجزای تشکیل‌دهنده و ساختارهای اصلی زبان VHDL  46

2-2-1............. موجودیت   47

2-2-2              معماری  49

2-3........... مفهوم همزمانی  51

2-3-1............. عبارات انتساب سیگنال همزمانی  51

2-4            پروسس‌ها 52

2-4-1............. ساختارها و عبارات مورد استفاده در پروسس‌ها 54

2-5........... اشیاء مورد استفاده در زبان VHDL: 59

2-5-1              ثوابت   59

2-5-2............. سیگنال‌ها و متغیرها 60

2-6........... انواع داده‌ها در زبان VHDL  65

2-6-1............. طراحی انواع داده‌ها در زبان VHDL  66

2-7........... تبدیل انواع داده‌ها 75

2-8........... ویژگی‌های سیگنال‌ها و داده‌ها 75

2-9........... ویژگی‌های قابل سنتز و پرکاربرد داده‌های آرایه‌ها 76

2-10............ عملگرها در زیان VHDL  77

2-11............ عملگرهای منطقی  77

2-12............ توصیف‌های جریان داده، رفتاری و ساختاری  78

2-13............ ساختارهای تکرار 80

2-14............ عبارات حلقه  80

2-15............ عبارت Generate 81

2-16          توابع  81

2-17             رویه‌ها 81

2-18............ عبارت و ساختارهای مورد استفاده در شبیه‌سازی  81

2-18-1............. مدل کردن تأخیر مدار 81

2-18-2.............. عبارت Assert 82

2-18-3............. بسترهای تست   83

2-19............ طراحی مدارات ترتیبی و ماشین حالت   83

2-20............ مثال) نگهدار D  84

2-21............ مثال) فلیپ فلاپ D  84

2-22............ مثال ) فلیپ فلاپ JK  85

3      فصل سوم  88

3-1.............................. FIR FILTER و IIR Filters 88

3-2........... تبدیل زمان- گسسته سیستمها 93

3-3........... به دست آوردن معادل زمان- گسسته ی فیلترهای زمان- پیوسته  96

3-3-1............. گسسته کردن یک فیلتر زمان پیوسته ی ساده 97

3-4........... نمونه ای از یک فیلتر دیجیتال بدون فیدبک (FIR ) 99

3-5........... یک فیلتر دیجیتال IIR : 101

3-5-1............. روش اول : بر اساس جمع کننده و ضرب کننده ها 101

3-5-2............. روش دوم: بر اساس جدول ROM look-up  102

3-5-3............. روش سوم : بر اساس جدول ROM look-up با ضرایب متغییر 104

3-6............ طراحی فیلتر IRR درجه دوم  105

3-6-1............. ماژول کنترل زمان و نتایج شبیه سازی (Modelsim) 105

3-6-2............. ماژول تاخیر زمانی و نتایج شبیه سازی (Modelsim) 106

3-6-3............. ضرب کننده و جمع کننده و نتایج شبیه سازی (Modelsim) 106

3-6-4............. ماژول تجمعی (نگهدار مرتبه ی صفر) و نتایج شبیه سازی (Modelsim) 108

3-6-5............. اتصال ماژولها به هم توسط ماژول اصلی (top-level module design) 109

4..... پیوست (ساخت پرو‍ژه در ISE ) 3

5      مراجع  

1           فصل اول

1-1        پیشگفتار :

محتوای دروس رشته های مهندسی برق ، الکترونیک و کامپیوتر در کشورها و دانشگاه های مختلف متفاوت است . در این عرصه برخی موضوعات جدید با سرعت قابل ملاحضه ای جای خود را باز می کند . یکی از این موضوعات طراحی خودکار مدارهای دیجیتال می باشد . طراحی خودکار ، فرآیند تبدیل یک طرح از یک ایده ذهنی به عمل را از هفته ها و ماهها به دقیقه ها و ساعت ها کاهش می دهد در این روش طرح با استفاده از ابزار نرم افزاری مناسب  طرح خود را با یک زبان تعریف سخت افزار ، بیان نموده و به یک تراشه برنامه پذیر منتقل می کند این روش را به دلیل مزایای بی شمار کاربرد فراوانی پیدا کرده است . امروزه زبان سخت افزار VHDL برای توصیف ، شبیه سازی و طراحی مدارهای دیجیتال از ساده ترین فرم آن تا سیستم های پیچیده به کار می رود .

1-2       مقدمه :

امروزه فن آوری ساخت مدارات مجتمع پیشرفت چشمگیری کرده است یکی از بخش های مهم این صنعت ساخت ابزارهای برنامه پذیر می باشد . این ابزارها تراشه های همه منظوره ای هستند که می توانند جهت کاربردهای مختلف پیکربندی شوند . تراشه های برنامه پذیر نقش بسیار مهمی در طراحی سخت افزارهای دیجیتالی ایفا می کنند تولید تراشه های برنامه پذیر با ظرفیت و سرعت بالا امکان پیاده سازی سیستم های بزرگ و سریع را در مدت کوتاه فراهم کرده است از طرف دیگر وجود نرم افزارهای کارا در طراحی سخت افزار و پشتیبانی این نرم افزارها از زبانهای توصیف سخت افزار مختلف و تونایی برنامه ریزی مدارات برنامه پذیر زمینه ساز رویکردی جدید در طراحی سیستم های دیجیتال شده است.در طراحی به روش مدرن ، نوع نگرش و سطح نگرش طراح ، استفاده از زبان توصیف سخت افزار ، به کارگیری نرم افزارهای بهینه سازی ، شبیه سازی و سنتز و استفاده از تراشه های برنامه پذیر از اهمیت خاصی برخوردار است .

 امروه بر اساس نیاز مشتری مدارهای مجتمع (ic) استاندارد و مدارهای مجتمع خاصی که Asic نام دارند ساخته می شوند که این مدارها با تولید کم ، بسیار گران تمام می شوند . برای حل این مسئله و ساخت نمونه آزمایشگاهی و تولید کم ، مدارهای نیمه ساخته شده با آرایه ای از گیت ها به بازار عرضه شد به این ترتیب طراحی مدارهای مجتمع (Asic)  با آرایه ای از گیت ها متداول گشت که با ابزارهای برنامه ریزی (CAD) گیت ها را در عرض چند ثانیه به هم متصل می کند این مدارها را شناورهای قابل برنامه ریزی نیز می نامند . اولین مدارهای منطقی قابل برنامه ریزی PLA نامیده شدند و بعد از آن مدارهای قابل برنامه ریزی PAL و PLD نیز به بازار عرضه شدند و بالاخره مدارهای پیچیده تر قابل برنامه ریزی CPLD به بازار آمدند .

1-3    تعریف

[1]FPGA یک مدار مجتمع قابل برنامه ریزی توسط کاربر ، با ظرفیت حدود 20000 تا چند میلیون گیت می باشد و با تکنولوژی CMOS ساخته شده است . FPGA و CPLD بر اساس سلول های منطقی قابل برنامه ریزی طراحی شده اند که در ارتباط بین این سلول ها نیز قابل برنامه ریزی می باشد چون FPGA و CPLD از نظر برنامه ریزی و کاربردی مشابه به هم هستند در برخی نوشته ها CPLD را نوعی FPGA می نامند . FPGA برای ساختن نمونه ای از مدار و طراحی سریع سیستم های دیجیتال ، بسیار مناسب می باشد و چون قابل برنامه ریزی است ، بنابراین به آسانی    می توان متناسب با نیاز کابر تغییرات لازم را در طراحی انجام داد و FPGA را مجدداً برنامه ریزی نمود به عبارت دیگر نمونه جدیدی از سیستم دیجیتالی طراحی کرد .

مدارات برنامه پذیر به سه دسته تقسیم می شوند .

حافظه های فقط خواندنی برنامه پذیر (PROM)افزاره های منطقی برنامه پذیر (PLD)آرایه ی دروازه های برنامه پذیر میانی (FPGA)

FPGA ها برنامه پذیری هستند که استفاده کننده نهایی می تواند آن را بدون داشتن تسهیلات ساخت پیکربندی نماید . استفاده از FPGA در اکثر کاربردها ، تمام مزایای سخت افزارهای سفارشی را دارند در حالی که نیاز به صرف هزینه و زمان ساخت را ندارند اولین FPGA در سال 1985 به وسیله شرکت Xliinx ارائه شد از آن زمان به بعد FPGA های متفاوتی توسط شرکت های مختلف تولید شده و می شود از جمله این شرکتها می توان به Altera ،Actel ،AT&T ، Motorola ،PLessey ، QuickLogic ، و Atmel اشاره کرد .

سرعت اجرای توابع منطقی در FPGA ها بسیار بالا و در حد نانو ثانیه میباشد . اگر بخواهیم FPGA  را به طور ساده تشریح کنیم ، عبارت است از یک تراشه که از تعداد بالایی بلوک منطقی  (LB[2] ) و خطوط ارتباطی و پایه های ورودی / خروجی (IOB) تشکیل شده است که به صورت آرایه ای در کنار یکدیگر قرار گرفته اند . خطوط ارتباطی که وظیفه آنها ارتباط بین بلوک های منطقی است از سوئیچ های قابل برنامه ریزی تشکیل شده اند . این سوئیچ ها بسته به نوعی که دارند ، برخی تنها یکبار قابل برنامه ریزی بوده و برخی به تعداد دفعات زیادی برنامه ریزی میگردند . بلوک های منطقی نیز دارای انواع مختلفی میباشند  که عموما توسط المانی پایه ، تمامی توابع منطقی را ایجاد مینمایند . به عنوان مثال بلوک های منطقی در خانواده ACT-1 از شرکت Actel ، با پایه مالتی پلکسری عمل مینمایند . به این معنا که توسط مالتی پلکسر ، توانایی ایجاد توابع منطقی مختلف را دارا میباشند . البته تعداد ورودی های هر بلوک منطقی متفاوت بوده و به نوع FPGA مربوط میگردد . به عنوان مثال بلوک های منطقی در خانواده ACT-1  از نوع 8 ورودی میباشد . در برخی موارد به بلوک های منطقی ، سلول های منطقی نیز گفته می شود (LC) . بلوک دیاگرام یک FPGA به طور ساده در شکل زیر نشان داده شده است :

 

ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است

متن کامل را می توانید در ادامه دانلود نمائید

چون فقط تکه هایی از متن برای نمونه در این صفحه درج شده است ولی در فایل دانلودی متن کامل همراه با تمام ضمائم (پیوست ها) با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند موجود است