デジタルフィルタは、アナログフィルタで実現することができるものよりも高いパフォーマンスの特性を容易に実行できます。
また、フィルタ係数の変更もプログラムから容易に変更可能です。
ここでは、
バタワース特性
の「
低域通過フィルタ
」（LPF）と「
高域通過フィルタ
」（HPF）を「
無限インパルス応答
」（IIR）フィルタで記述しています。
標本化のタイミングは
KV-3000
の「定周期モジュール」で行っています。今回は「定周期モジュール」の割込み時間を０．２msに設定して５kHzにしています。
フィルタを検証するには、正弦波発振器とA/Dコンバータユニットが必要になるので、内部に正弦波発振器を実装しました。
実際の信号を取込む際は、ナイキスト周波数を超える周波数成分はアナロ
グ的に取り除いておいてください。
正弦波発振は、高速カウンタコンパレータ（CTC）と内部クロック（10μｓ）を３２ビット高速カウンタ（CTH）でカウントして割込みをかけて作ってい
ます。
クロックが10μｓで２πの分可能を２００としていますので、正弦波発振最高周波数は５００Hzになります。
また、フィルタ入力にパルスを加えるルーチンも実装しました。
この機会に「定周期モジュール」や「割込み」に付いても学習してください。
このサンプルは他と
独立したプロジェクト
にしました。
下の「●コードをダウンロード」からダウンロードしてください。検証用のモニタデバイスは「●登録モニタをダウンロード」からダウンロードしてください。
シミュレーションは不可能
ですので、実機にて「リアルタイムチャートモニタ」で検証をお願いします。
・サブルーチン２０でフィルタ係数を読込んでいます。フィルタ番号[DM0]の値に対応した係数を読込みます。
・フィルタ 番号０は遮断周波数３０Hz、４次のローパスフィルタです。
・フィルタ 番号１は遮断周波数１０Hz、８次のハイパスフィルタです。
・係数を読込んだ際に、そのフィルタのセクション数も[TM18]に読込みます。
・不要なセクションの演算をジャンプする様、条件ジャンプ命令に与える条件ビットを作っています。
・セクション数が２ならば[@MR000]と[@MR001]がONします。
・レジスタの０ビット目を立て、それをセクション数分上位へシフトします。（セクション数２なら” 0100”）
・そこから−１してフラグを作ります。（”0100bin”=”４Dec”から-１すると”３Dec”=”0011Bin”）
・係数がセットされると、後は0.2ms毎に割込みが掛かり演算をします。
・浮動小数点で演算しています。
・浮動小数点 ⇒ 整数 変換時に、小数点以下切捨てと１０の−１乗桁四捨五入（負数は五捨六入）を選択[LR000]できます。
・セクション数４の演算で約０．０１〜０．０２msの時間を要する様です。（スキャンタイムモニタ参照）
・フィルタの演算式は、その手のサイトなどを参照して頂き、ゆっくり読解いてください。
・フィルタの入力に、正弦波を選択するには[MR101]をOFFし、[LR00]をセットしてください。
・正弦波の他に定数やインパルスを与える事ができます。[MR101]をセットしてください。
・[EM0]〜[EM2]に数値を入れて対応する[MR104]〜[MR106]のビットをセットします。
・インパルスを入力するには、上記の状態で[EM3]に出力したい値を、[EM4]に出力したい割込み回数を入力します。
・[MR107]をセットすると、設定した値を設定した割込み回数出力します。
・このモジュールの基本的なパラメータです。初期化ルーチン、サブルーチン０で設定しています。
・割込み回数（周波数）は10μｓで割り込むので１００，０００Hz（１００kHz）です[FRQ_int]
・円周率π[@MR200]
・相の分可能２００[@MR1400]（カウンタ用）、[@MR1600]（浮動小数点演算用）
・発振周波数設定[DM13]を変更すると正弦波の各パラメータを演算します。
・[DM12]の負方向の最大値と、[DM11]の正方向の最大値を元に正弦波の振幅と中心値を算出します。
・発振周波数を元に相を進める割込み回数を演算します。
・１秒間の割込み回数は１００，０００回、２πの分解能を２００にしています。
・たとえば１Hzに設定した場合、割込み５００回で相[@MR800]を１進めます。５００×２００（２π）で１００，０００回にな ります。
・割込み回数[@MR1200]は、100,000 / 周波数[DM13] × 分可能[@MR1400] です。
・商の余りの２倍を除数で割ったものを商に加えて四捨五入しています。『基本編 丸め』参照
・「毎スキャンモジュール」は毎回スキャンされます。
・[LR001]をセットすると[MR100]がセットされ１０μｓのクロックのカウントが開始します。
・[CTC0]がアップすると、割込みルーチン”INT CTC0”へジャンプします。
・割込みが設定回数に達すると次行からのコードを実行します。
・カウンタをデクリメントし、０になったら[@MR000]をONします。
・[@MR000]はSTP命令の条件です。
・相カウンタが分解能を超えていたら、相カウンタを０にリセットします。
・相カウンタを１進めます。
・割込み回数カウンタをリセットします。
・SIN関数で正弦波の演算をします。分解能２００の相をラジアンに変換します。（相カウンタ[@MR800]÷分解能 [@MR1600]×２π[@MR200]rad）
・正弦値（-１〜１）に振幅[@MR600]を掛けて、オフセット[@MR400]を加算し、整数に変換します。
・発振フラグ[LR001]が偽になった時、振幅が０になるまで発振を止めない様、ゼロクロス処理をしています。
■ ローパスフィルタ
バタワース特性■ 正弦波形
次数 ：4 次
標本化周波数：5.000000 kHz
遮断周波数 ：0.030000 kHz
ダウンロードした「リアルタイムチャートモニタ」のサンプルには既に１/５/１０/１００/２００Ｈｚの波形が記録されています。
・実際に正弦波を発生させて、ＰＬＣをモニタするには次の操作をして下さい。
・ダウンロードした「リアルタイムチャートモニタ」のサンプルを起動させます。
・PLCをRUNさせ、モニタを開始したら「リアルタイムチャートモニタ」の トレース開始ボタンまたは 〔Ｆ５〕キー を押してください。
・[DM11]で振幅の上限を、[DM12]で下限を設定します。
・[DM13]に発振周波数を設定します。
・[LR001]をON、[MR101]をOFFします。
・周波数を変更すると、振幅の設定は更新されますが、振幅だけを変更したい場合は[MR000]をセットしてください。
・[DM0]でフィルタの切替ができます。”０”でローパスフィルタ、”１”でハイパスフィルタになります。
正弦波形のサンプル
□１ . LPF（１Hz）
・１Hz入力時の波形です。上（赤）が入力、下（黄）が出力です。
・遮断周波数が３０Hzなので信号は通過しています。
□２ . LPF（５Hz）
・５Hz入力時の波形です。上（赤）が入力、下（黄）が出力です。
・出力の振幅が小さくなっていますが目では分りません。実際のチャートで確認してください。
□３ . LPF（１０Hz）
・１０Hz入力時の波形です。上（赤）が入力、下（黄）が出力です。
・遮断周波数が３０Hzなので出力はかなり減衰します。
□４ . LPF（１００Hz）
・１００Hz入力時の波形です。上（赤）が入力、下（黄）が出力です。
・出力はほぼ遮断されています。
□５ . LPF（２００Hz）
・２００Hz入力時の波形です。上（赤）が入力、下（黄）が出力です。
・出力はほぼ完全に遮断されています。
・正弦波出力は２πを２００分割していますので結構階段状波形です。
・ローパスフィルタを通すと滑らかになっているのがわかります。
■ 矩形波形
・ダウンロードした「リアルタイムチャートモニタ」のサンプルには既に矩形波形が記録されています。
・実際にパルスを発生させて、ＰＬＣをモニタするには次の操作をして下さい。
・ダウンロードした「リアルタイムチャートモニタ」のサンプルを起動させます。
・PLCをRUNさせ、モニタを開始したら「リアルタイムチャートモニタ」の トレース開始ボタンまたは 〔Ｆ５〕キー を押してください。
・[MR101]をONします。
・[EM3]に入力に与える振幅を設定します。
・[EM4]にパルス幅を設定します。パルス幅は割込み回数です。
・[MR107]をセットするとパルスが発生します。
・定数を与える場合は[EM0]〜[EM2]に任意の数値を設定します。対応するビットデバイス[MR104]〜[MR106]をセットすると、入力に反 映されます。
・[DM0]でフィルタの切替ができます。”０”でローパスフィルタ、”１”でハイパスフィルタになります。
矩形波形のサンプル
□６ . LPF（矩形波）
・矩形波入力時の波形です。上（赤）が入力、下（黄）が出力です。
・オーバーシュートはありますが、積分動作をしています。
■ ハイパスフィルタ
バタワース特性■ 正弦波形
次数 ：8 次
標本化周波数：5.000000 kHz
遮断周波数 ：0.010000 kHz
・ダウンロードした「リアルタイムチャートモニタ」のサンプルには既に１/５/１０/１００/２００Ｈｚの波形が記録されています。
・実際に正弦波を発生させて、ＰＬＣをモニタするには次の操作をして下さい。
・ダウンロードした「リアルタイムチャートモニタ」のサンプルを起動させます。
・PLCをRUNさせ、モニタを開始したら「リアルタイムチャートモニタ」の トレース開始ボタンまたは 〔Ｆ５〕キー を押してください。
・[DM11]で振幅の上限を、[DM12]で下限を設定します。
・[DM13]に発振周波数を設定します。
・[LR001]をON、[MR101]をOFFします。
・周波数を変更すると、振幅の設定は更新されますが、振幅だけを変更したい場合は[MR000]をセットしてください。
・[DM0]でフィルタの切替ができます。”０”でローパスフィルタ、”１”でハイパスフィルタになります。
正弦波形のサンプル
□１ . HPF（１Hz）
・１Hz入力時の波形です。上（赤）が入力、下（黄）が出力です。
・遮断周波数が１０Hzなので出力はほぼ完全に遮断されています。
□２ . HPF（５Hz）
・５Hz入力時の波形です。上（赤）が入力、下（黄）が出力です。
・遮断周波数が１０Hzなので出力はかなり減衰します。
□３ . HPF（１０Hz）
・１０Hz入力時の波形です。上（赤）が入力、下（黄）が出力です。
・遮断周波数が１０Hzなので信号は通過しています。
□４ . HPF（１００Hz）
・１００Hz入力時の波形です。上（赤）が入力、下（黄）が出力です。
・遮断周波数が１０Hzなので信号は完全に通過しています。
■ 矩形波形
・ダウンロードした「リアルタイムチャートモニタ」のサンプルには既に矩形波形が記録されています。
・実際にパルスを発生させて、ＰＬＣをモニタするには次の操作をして下さい。
・ダウンロードした「リアルタイムチャートモニタ」のサンプルを起動させます。
・PLCをRUNさせ、モニタを開始したら「リアルタイムチャートモニタ」の トレース開始ボタンまたは 〔Ｆ５〕キー を押してください。
・[MR101]をONします。
・[EM3]に入力に与える振幅を設定します。
・[EM4]にパルス幅を設定します。パルス幅は割込み回数です。
・[MR107]をセットするとパルスが発生します。
・定数を与える場合は[EM0]〜[EM2]に任意の数値を設定します。対応するビットデバイス[MR104]〜[MR106]をセットすると、入力に反 映されます。
・[DM0]でフィルタの切替ができます。”０”でローパスフィルタ、”１”でハイパスフィルタになります。
矩形波形のサンプル
□５ . HPF（矩形波）
・矩形波入力時の波形です。上（赤）が入力、下（黄）が出力です。
・オーバーシュートはありますが、微分動作をしています。
・登録モニタファイルはここからダ ウンロードしてください。
■ フィルタ関連のパラメータ
・[DM0]：フィルタ番号を設定します。０はローパスフィルタ、１はハイパスフィルタです。
・[LR000]：ONすると、フィルタ演算の浮動小数点を整数に変換する時に、小数点第一位を四捨五入します。
・[MR101]：ONすると、フィルタ入力を「正弦波」から「定数」や「パルス」入力に切替えます。
■ 正弦波関連のパラメータ
・[LR001]：ONすると発振を開始します。
・[DM11]：方向側の振幅上限を設定します。
・[DM12]：負方向の振幅上限を設定します。
・振幅を大きくとり過ぎると演算がオーバーフローする可能性があります。
・振幅のみを変更した場合、[MR000]をセットしてください。振幅設定が反映します。
・[DM13]：周波数を設定します。
■ 定数関連のパラメータ
・[EM0]：入力したい定数をセットします。
・[MR104]：ONすると[EM0]で設定された値がフィルタに入力されます。
・同様に[EM1]〜[EM2]に定数を、[MR105]〜[MR106]ONで値をセットします。
■ パルス関連のパラメータ
・[EM3]：フィルタに与えたい数値を設定します。
・[EM4]：パルス幅を設定します。パルス幅は割込み回数です。”３２”を設定すると３２回割込まれる間、[EM3]で設定した値をフィルタに与えま す。
・[MR107]：ONするとインパルスを発生します。
■ 毎スキャンモジュール「Main」
〔 ENDH 〕以降に関連パラメータを記述しています。
・必要なデバイスを選択し、右クリックで「登録モニタウィンドウ」でもモニタ登録できます。
・ビットデバイスは、カーソルを合わせ、ダブルクリックでもONできます。