课程设计_程控滤波器

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1、一、设计任务及要求：1设计任务设计出一个程控滤波器,该程控滤波器以51单片机和FPGA为核心，完成程控放大电路和程控滤波电路，同时设计完成了简易幅频特性测试仪。2设计要求1）放大电路的增益最大能放大60db，倍数可调。2）步进10dB由单片机控制7279A实现，其误差不大于5%3）在2fc处放大器与滤波器的总电压增益不大于30dB4）截止频率从1KHZ到10KHZ可调，精度达到1%指导教师签名：年月日二、指导教师评语：指导教师签名：年月日三、成绩验收盖章：年月日24目录电子综合课程设计报告书1目录3程控滤波器的设计4一设计要求41.1设计任务41.2设计要求41.3设计的相关

2、分析5二总体设计方案52.1设计思路52.2方案比较与选择52.3系统总体设计方案及实现方框图12三理论分析与计算123.1可变增益放大器控制信号的理论计算123.2开关电容滤波器相关理论分析与计算133.3椭圆低通滤波器理论分析与设计14四主要功能电路的设计154.1放大器电路154.2四阶椭圆低通滤波电路164.3滤波器电路174.4双路D/A转换电路174.5有效值测量的电路设计174.6外围D/A转换电路18五系统软件的设计195.1软件总体介绍195.2程序流程图19六测试数据与分析196.1测试原理与方法196.2测试数据结果20七仿真21八设计总结22参考文献2

3、2附录2324程控滤波器的设计一设计要求1.1设计任务设计并制作程控滤波器，其组成如图1.1所示。放大器增益可设置、低通或高通滤波器通带、截止频率等参数可设置。图1.1程控滤波器组成框图1.2设计要求（1）放大器输入正弦信号电压振幅为10mV，电压增益为40dB，增益10dB步进可调，通频带为100Hz～40kHz，放大器输出电压无明显失真。（2）滤波器可设置为低通滤波器，其-3dB截止频率fc在1kHz～20kHz范围内可调，调节的频率步进为1kHz，2fc处放大器与滤波器的总电压增益不大于30dB,RL=1kW。（3）滤波器可设置为高通滤波器，其-3dB截止频率fc在1k

4、Hz～20kHz范围内可调，调节的频率步进为1kHz，0.5fc处放大器与滤波器的总电压增益不大于30dB,RL=1kW。（4）电压增益与截止频率的误差均不大于10%。（5）有设置参数显示功能。241.3设计的相关分析本题要求实现峰峰值为20mV的小信号程控放大；后级滤波器高通或低通类型可以选择；-3dB截止频率可以程控，并实现1KHz步进；以及帶阻范围内衰幅度要低于指定值。其难点在于小信号放大至60dB；程控滤波的制作达到步进、截止频率和带外增益的三项指标。这里主要包括一个增益可调节的放大器和一个参数可设置的滤波器。仔细分析后不难发现，题目的难点主要有：放大器增益误差<5％

5、，程控高通滤波器的实现，四阶椭圆低通滤波器的设计及实现。二总体设计方案2.1设计思路根据题目要求，本系统基于开关电容滤波器的原理，以集成滤波器芯片MAX263为核心，实现了一个程控滤波器。前级放大器可以设置60dB的增益调节范围，步进10dB，增益误差5％以内。滤波器可设置为低通或高通模式，截止频率在1k～20kHz内可调，频率步进最低500Hz，误差10％以内。发挥部分中自行设计了50kHz的四阶椭圆低通滤波器，带内起伏<0.5dB。系统还扩展了一个可以显示幅频特性曲线的测试仪，频率步进有10kHz和1kHz两档。整个系统操作简单，测试效果良好。2.2方案比较与选择2.2.

6、1前级放大器的方案比较与选择①总体结构方案的确定24放大器的输入信号振幅为10mv，属于微弱信号。为了提高其信噪比，便于后级处理，我们对输入信号进行了一级固定增益放大。考虑到题目要求的动态范围较宽，我们把增益调节部分设置为两级。结构框图如下：图2.2.1放大器结构框图经实际调试发现UC3843芯片虽然可以完成，但负载调整率等参数不是很理想，且用X9312调试时发现接入系统后可能由于制版时地没有分开，导致有干扰，使步进不稳定。辅助电源部分MC34063也可以，但市场上劣质芯片很多，使系统供电不稳定。所以本设计最后选用方案二。②增益调节方案的比较与选择方案一：采用三极管搭接实现。

7、为了实现增益60dB，可以采用多级放大电路实现。对电路输出采用二极管包络检波产生反馈电压调节前级电路实现增益的程控。本方案由于大量采用分立元件，如三极管等，电路复杂，设计难度大，增益控制和高带宽均难以实现。而且不可控因素多，电路稳定性差，调试难度也大。故不采用。方案二：采用固定增益放大加D/A程控衰减的方法。首先对信号进行足够增益的放大，然后利用DAC输出信号与参考电压的比例关系，从参考端输入信号，通过改变控制字达到对输出信号衰减控制的目的。此方案只要选择合适的DAC，就可以达到高精度和高灵敏度的增益控