滤波器毕业论文正文.docx

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1、0引言滤波器是能使有用频率信号通过且同时抑制（或大为衰减）无用频率信号的一种电子装置。滤波技术在计算机测控技术、通信、数据采集等领域均有广泛的应用。如在通信领域中,为获得最高信噪比所设置的匹配滤波器和为减少基带传输过程中的码间串扰所设置的均衡器；在数据采集中设置的限带抗混迭滤波和D/A转换后的平滑滤波；以及在语音识别的研究中，为提取语音频谱而设置的带通滤波器组等。一般有源滤波器都是由运算放大器和RC元件组成，通过改变RC网络参数来改变频率特性。采用运算放大器和可切换元件参数的RC网络,可以用同一电路组成各种频率特性的滤

2、波器，但对元器件的参数精度要求比较高，电路复杂，分布参数较大，截止频率精度不高，滤波器特性一旦设定调节较为困难，因此对于一些输入信号频率和幅度动态范围很宽或需灵活变换通带并保证截止频率精度的场合使用大为不便。为了解决以上问题，本课题基于单片集成可编程滤波器芯片的程控滤波器设计有着极其重要的意义。当输入信号幅度变化时，通过前级的程控增益放大模块实现对增益的精确控制最终使输出信号幅度基本保持稳定；而对于输入信号频率的改变，借助单片集成可编程滤波器芯片的同时辅以简单的外围器件，采用编程数据来完成RC网络的切换,通过单片机编程

3、对各种低频信号实现低通,高通(带通,带阻以及全通)滤波处理,而且滤波的特性参数如中心频率,品质因数等也可以根据不同的应用场合适当进行设置。提高了滤波器的性能和指标的同时避免了传统有源滤波器电路滤波特性参数精度不高、电路复杂、设计和调试麻烦等难题，可以很好的应用于信号频率及幅度在宽范围内变化的场所，操作方便，性能优良。1系统的功能和基本原理1.1系统的任务及要求任务：设计并制作程控滤波器，其组成如图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。要求：1（1）放大器输入正弦信号电压振幅为10mV，电

4、压增益为40dB，增益10dB测试端子信号输入信号输出滤波器放大器参数设置参数设置图1程控滤波器组成框图步进可调，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1kHz～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=

5、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。（6）制作一个简易幅频特性测试仪，其扫频输出信号的频率变化范围是100Hz～200kHz，频率步进10kHz。1.2系统方案论证方案一：由单片机作为控制核心，编程控制放大器模块实现增益可调,滤波器模块通过单片机控制实现-3dB时截止频率fc在1kHz～20kHz范围内可调的高、低通滤波器的设计。设计框图如图2所示。方案二：由可编程逻辑器件FPGA作为控制核心，控制放大器模块实现增益可调,通过控制AD/DA模块以及相应算法CPLD本身还将作为

6、滤波器部分实现数字滤波。设计框图如图3所示。分析比较以上两个方案，方案二FPGA实现数字滤波有极大的灵活性，可以在不增加任何硬件成本的基础上对信号进行有效的滤波，而且可以实现模拟器件难以实现的高阶滤波。但要进行高效率的滤波，对AD采样要求有较高的采样速2率和时实性。数字滤波器是一个采用有限精度算法实现的线性非时变离散系统，信号输入放大器模块单片机信号输出滤波器模块图2方案一结构图信号输入放大器模块可编程逻辑器模数转换件FPGA信号输出数模转换图3方案一结构图它的设计步骤为先根据需要确定其性能指标，设计一个系统函数H（z

7、）逼近所需要的技术指标，最后采用有限的精度算法实现。需采用DSP算法的建模和基于纯数学的仿真，其数学模型无法为硬件DSP应用系统直接产生实用程序代码，仿真测试的结果也仅仅是基于数学算法结构。而以往FPGA所需的传统的基于硬件描述语言（HDL）的设计由于要考虑FPGA的硬件的δ延时与VHDL的递归算法的衔接，以及补码运算和乘积结果截取等问题，相当繁杂。方案一采用单片机作为控制核心，通过外接程控增益放大电路、模拟滤波器电路，不需要过于复杂的算法，控制简单，易于实现，在满足了设计要求的同时很大程度上节省了开发时间和成本。综合

8、考虑以上因素实际制作时本设计采用了方案一。1.3系统总体结构图3输入信号首先接入可编程放大器，经单片机控制放大增益后输出作为可编程滤波器的输入信号，从而完成对输入信号的滤波处理。键盘和液晶显示作为人机交互工具通过单片机实现对可编程放大器和可编程滤波器参数设置。DDS时钟信号产生模块作为可编程滤波器的时钟源。对滤波器进行幅频特性测试