IBM PC ile genel amaçlı sayısal filtre gerçeklemesi

Abstract

ÖZET Son yıllarda işaret işleme alanında büyük gelişmeler olmuştur. Bu gelişmelerde sayısal filtreler önemli bir rol oynamıştır. Bugün pek çok işaret işleme uygulamasında sayısal filtrelere gereksinim duyulmaktadır. Tıbbi ve endüstriyel uygulamalar başta olmak üzere bu uygulamaların çoğunda ele alman işaretler düşük frekanslıdır. Bu nedenle bilgisayar sistemine eklenecek genel amaçlı bir giriş/çıkış kartı kullanılarak gerçeklenecek sayısal filtreler bu tür uygulamalarda rahatlıkla kullanılabilir. Bu çalışmada, sayısal filtre yazılım ve donanımı IBM PC uyumlu bir bilgisayar sisteminde tasarlanmış ve gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla ilk olarak uygun sonsuz impuls yanıtlı sayısal filtre tasarım yöntemi ve sayısal filtre yapısı belirlenmiştir. Ardından filtre katsayılarının ve çarpımların kuantalanması nedeniyle meydana gelen hatalar kayan noktalı aritmetik işlem yapılarak ortadan kaldırılmıştır. Daha sonra sayısal filtrelerin direkt ve ikinci derece modüllerle paralel gerçeklenmesi için gerekli yazılımlar tasarlanmıştır. Bu amaçla örnekleme frekansını, sayısal filtre transfer fonksiyonunun katsayılarını bulan ve sayısal filtreyi çalıştıran olmak üzere üç ana program yazılmıştır. Endüstride sayısal filtreye gerek duyulan ortamlarda kullanılan malzemeye bağlı olarak analog giriş/çıkış kartı ile sayısal işaret işlemci kartları önemli özellikleri ile karşılaştırılabilir. Her iki donanımda da performans arttıkça sayısal filtrenin maliyeti artmaktadır. Fakat bu çalışmada kullanılan çok fonksiyonlu giriş/çıkış kartı daha geniş kullanım alanına sahip olduğu ve daha ucuz olduğu için filtrenin kullanıldığı ortamda sistem maliyetinin daha ekonomik olacağı açıktır. Yapılan ölçümler sonucunda günümüzde yaygın olarak kullanılan IBM PC uyumlu bilgisayar sistemi ve bu çalışmada kullanılan MPIBM4 çok fonksiyonlu giriş/çıkış kartı ile 8. dereceden filtrelerin gerçeklenebildiği ve bu filtrelerle 5kHz' e kadar frekansa sahip işaretlerin sağlıklı bir şekilde filtrelenebildiği görülmüştür. Elde edilen bu frekans değeri, pek çok ölçme ve kontrol uygulamasında işaretlerin çoğunlukla 1kHz civarında olduğu düşünülürse iyi bir değerdir. iv

ABSTRACT In recent years, there have been great improvements in digital signal processing field. Digital filters have played an important role in these improvements. Today, there is a great demand for digital filters in most Digital Signal Processing applications. The signals used in these applications (especially medical and industrial ones) are based on low frequency. Therefore, digital filters designed with IBM compatible PC and additional general purpose input/output interface can be easily used in these applications. In this study, digital filter software and hardware were designed and realized by using IBM compatible PC. Firstly, suitable UR (Infinite Impulse Response) filter design methodology and architecture determined. Next, the errors generated by quantization of filter coefficients and multiplications removed by using floating point arithmetic. Then, the software required for direct and parallel realization with second order modules of digital filters was formed. Three main programs below were designed.. A program calculating sample rate,. A program calculating filter coefficients,. A program emulating the filter. In some industrial applications needing digital filters, depending on used materials, analog input/output cards can be compared with digital signal processing cards concerning their important features. The cost increase depends on performance of designed digital filter in both cases. As it has a wide application range and a cost lower than a DSP card, it's obvious that in the applications based on a digital filter, the multifunctional analogue input/output card used in this study is more economical. The results of this study have showed that eighth order digital filters can be realized by using multifunctional input/output cards and IBM compatible PC's commonly used today. In addition, signals up to 5kHz can be filtered well in this way. Since most measurement and control applications have signals approximately about 1kHz, this obtained value is quite enough.