BİLDİRİ DETAY

Eray YILMAZLAR, Ercan COŞGUN, Yılmaz GÜVEN
MİKRODENETLEYİCİLER İÇİN DİGİTAL FİLTRE TASARIM YÖNTEMLERİNİN İNCELENMESİ VE ÖRNEK BİR BANT GEÇİREN FİLTRE TASARIMI
 
Dijital filtreler analog filtrelerde olduğu gibi elektronik devre elemanlarına ihtiyaç duymadığından, yazılım ortamında çalıştığı için dış etkenlere karşı daha dayanıklıdır. Ayrıca örnekleme zamanı ve işlem hızı bakımından daha geniş bir aralıkta çalışabilirler. Dijital filtreler farklı yöntemlerle tasarlanabilir. Matematiksel olarak birçok farklı yaklaşımın yanı sıra filtrenin istenen karakteristik özelliklerine göre de farklı tasarım yöntemleri mevcuttur. Dijital filtrelerin tasarım aşamaları karmaşık ve hata yapma olasılığı yüksektir. Bu nedenle dijital filtre tasarımı için geliştirilen birçok bilgisayar destekli araç bulunmaktadır. Dijital filtre tasarlarken bu araçların doğru kullanımı ve tasarım parametreleri büyük önem taşımaktadır. Ayrıca tasarlanan filtrenin bir programlama dili aracılığıyla mikroişlemci tabanlı bir sistemde gerçekleştirilmesi için izlenecek yol benzer olmakla beraber farklı yöntemler de kullanılabilir. Bu sayede filtrenin hassasiyet ve hız gibi özellikleri geliştirilebilir veya uygulamaya göre özelleştirilebilir. Analog filtrelere göre tasarımı ve kullanımı daha kolay olan dijital filtreler, yeni yöntemlerle yüksek hassasiyet ve hıza ulaşmıştır. Gömülü sistemlerin hızla yaygınlaşmasıyla beraber sinyal ve görüntü işlemede sıklıkla kullanılır hale gelmişlerdir. Amaç: Dijital filtre uygulamalarının işlem basamaklarını incelenerek, bu filtrelerin gerçekleştirilmesinde uygulanabilecek optimizasyon yöntemleri gösterilmiştir. Bu yöntemlerin filtre karakteristiği üzerindeki etkileri incelenerek, donanıma bağlı olarak geliştirilen yazılımlarda kullanılan yöntemler incelenmiştir. Ayrıca dijital bir bant geçiren filtre tasarımı üzerinde, bu yöntemlerin filtre karakteristiği üzerindeki etkileri doğrudan karşılaştırmalı olarak gösterilmiştir. Kapsam: Dijital filtre tasarımlarında kullanılan araçlar ve bu filtrelerin gerçekleştirilmesinde kullanılan donanımların özellikleri incelenerek, tasarım ve uygulama aşamalarında belirlenmesi gereken parametreler incelenmiştir. Ayrıca donanım seçimi ve donanımsal yapıya bağlı olarak belirlenmesi gereken yazılımsal özellikler üzerinde durulmuştur. Dijital filtre uygulamaları için tercih edilecek donanımların sahip olması gereken özellikler ve farklı platformlar incelenmiştir. Araştırmanın Problemi: Dijital filtre tasarımında kullanılan araç ve uygulama aşamasındaki yöntemlerin incelenerek, en iyi sonucu elde etmek için doğru araç ve parametrelerin kullanımını sağlamak. Sınırlılıklar: Farklı programlama dilleriyle farklı donanımlar üzerinde performans analizlerinin yapılabilmesi için yeterli maddi kaynağın bulunmaması. Sürekli gelişen gömülü sistemlerin ve özelliklerinin takibinin zor olması. Yeni donanımlar üzerinde en iyi yöntemin deneme yanılma yöntemi ile bulunması zaman kaybına neden olmaktadır. Yöntem: Sayısal filtrelerin katsayıları transfer fonksiyonları kullanılarak matematiksel yöntemlerle hesaplanabilir. Ancak bu katsayıların sayısının çok olduğu durumlarda hata payı da artmaktadır. Bu yüzden katsayıların hesaplanmasında MATLAB veya filtre tasarımı için özel geliştirilmiş yazılımlar kullanılmaktadır. MATLAB kullanarak katsayıları belirlenen bir dijital filtrenin C programlama dili kullanılarak 32 bitlik bir mikrodenetleyici üzerinden gerçekleştirilmesi sürecinde; değişken, fonksiyon ve kullanılan verilerin tipine bağlı olarak filtrenin performansı incelenmiştir. Mikrodenetleyici üzerindeki analog-dijital (ADC) ve dijital-analog (DAC) dönüştürücüler yardımıyla tasarım aşamasında hedeflenen performans ile gerçekleştirilen filtrenin performansı karşılaştırılmıştır. Ayrıca farklı değişken ve fonksiyon tanımlarının filtrenin performansı üzerindeki etkileri gösterilmiştir. Son olarak filtre katsayılarında kullanılan farklı veri tiplerinin filtre performansının nasıl etkilediği incelenmiştir. Bulgular: Dijital filtre tasarımında kullanılan bilgisayar destekli yöntemler, bu filtrelerin gerçekleştirilmesinde büyük kolaylık sağlamaktadır. Bu filtrelerin gerçekleştirileceği donanımların yapısına bağlı olarak seçilen veri tipi, değişken ve fonksiyon tanımları performansı doğrudan etkilemektedir. Ayrıca kullanılan programlama diline bağlı olarak işaretçi kullanımı veya dinamik fonksiyon tanımları gibi özel yöntemlerle dijital filtrelerde çok daha iyi sonuçlar alınabilmektedir. Donanımsal özelliklere bağlı olarak geliştirilen algoritmalar daha iyi sonuç vermektedir. Sonuç: Dijital filtre uygulamalarında kullanılan yöntemler ve filtre parametrelerinin performans üzerine etkileri incelenerek, tasarlanan bir bant geçiren filtre üzerinde gösterilmiştir. Donanımsal yapının özelliklere göre hangi tip verilerin kullanılması gerektiği ve algoritma hızını etkileyen faktörler incelenmiştir. Filtre katsayılarında kullanılan veri tipinin filtre hızını doğrudan etkiledi görülmüştür. Kullanılan donanımın fiziksel özelliği ve verileri işleme yöntemi algoritma geliştirmede önemli rol oynamaktadır. Bilgisayar ortamında tasarlanan filtrenin bire bir gerçekleştirilebilmesi için dinamik fonksiyon tanımı, işaretçi kullanımı ve farklı veri tipleriyle işlem yapmak gibi özel yöntemler kullanılabilir.

Anahtar Kelimeler: Filtre, Mikrodenetleyiciler, MATLAB, Programlama



 


Keywords: