基于fpga的程控濾波器的設計.doc
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基于fpga的程控濾波器的設計,基于fpga的程控濾波器的設計摘要本文研究的主要目的是設計一個由現場可編程門陣列（fpga）控制的濾波器。首先設計一個利用模擬開關cd4051來實現增益可控的前置放大電路，然后用模擬開關cd4052設計截止頻率可控的低通濾波電路和高通濾波電路，最后利用fpga編程實現放大器的放大倍數和濾波器的截止頻率的控制以及通過數碼...
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基于FPGA的程控濾波器的設計
摘要 本文研究的主要目的是設計一個由現場可編程門陣列（FPGA）控制的濾波器。首先設計一個利用模擬開關CD4051來實現增益可控的前置放大電路，然后用模擬開關CD4052設計截止頻率可控的低通濾波電路和高通濾波電路，最后利用FPGA編程實現放大器的放大倍數和濾波器的截止頻率的控制以及通過數碼管實現放大倍數和截止頻率等參數的顯示。從而設計出基于FPGA的程控濾波器，基于FPGA技術，使得該系統具有參數可程控，抗干擾能力強，可靠性好等優(yōu)點。
關鍵詞 FPGA;程控；濾波器；放大器
The Design of Programmable Filter Based on FPGA
School of Physics and Electronic Information, Huaibei Coal Industuy Terachers’ College, 235000
Abstract The main purpose of this study is to design a filter controlled by Field -Programmable Gate Array(FPGA). First of all, use analog switches CD4051 to design a gain-controlled pre-amplifier circuit, and then use analog switches CD4052 to design low-pass filter circuit and high-pass filter circuit and their cut-off frequency is controllable, finally use FPGA by programming to realize the control of the amplifier magnification and cut-off frequency as well as through the digital tube to achieve the display of magnification and cut-off frequency and other parameters, so as to achieve the design of programmable filter based on FPGA. Base on FPGA technology, the strong anti-interference ability and reliability would be owned by the given-controlled programmer.
Keywords FPGA; Program-controlled; Filter; Amplifier
目 錄
1 引 言 1
2 系統設計 2
2.1 設計要求 2
2.2 總體方案設計 2
2.3 方案論證與選擇 3
2.3.1 程控放大器電路的選擇 3
2.3.2 程控濾波器電路的選擇 3
2.3.3 控制模塊的選擇 4
3 單元模塊設計與實現 4
3.1 程控放大電路模塊 4
3.2 程控濾波器電路模塊 6
3.2.1 程控低通濾波器 6
3.2.2 程控高通濾波器 8
3.3 程控濾波器的FPGA控制模塊 11
3.3.1 分頻器模塊 13
3.3.2 鍵盤模塊 13
3.3.3 控制模塊 14
3.3.4 低通濾波器控制模塊 14
3.3.5 高通濾波器控制模塊 15
3.3.6 程控放大器模塊 15
4 系統仿真測試 16
4.1 測試過程及結果 16
4.2 誤差分析 18
結 論 19
參考文獻 20
致 謝 21
1 引 言
濾波器其實就是選頻電路，可允許部分頻率的信號順利通過，而另一部分頻率的信號受到較大抑制。在近代電信裝備和各類控制系統中，濾波器應用極為廣泛。模擬濾波器在測試系統或專用儀器儀表中是一種常用的變換裝置。濾波器的優(yōu)劣直接影響產品的性能，所以對濾波器的研究和生產歷來為各國所重視。其中，RC有源濾波器的應用比較廣泛，以它為原型的各類變種有源濾波器去掉了電感器，體積小，Q 值可達1000，克服了RLC無源濾波器體積大、Q 值小的缺點[1]。設計截止頻率參數可設置的程控濾波器對提高濾波器的指標精度有著重要的意義和實用價值。在傳統RC有源濾波器的基礎上，利用FPGA編程實現對濾波器截止頻率的控制，力求功能的多樣和成本的低廉。
參考文獻
[1] 北方交通大學電信系.有源濾波器.北京：人民鐵道出版社，1979
[2] 謝嘉奎.電子線路線性部分（第四版）.北京：高等教育出出版社
[3] 劉暢生，張耀進，宣宗強，于建國.新型集成電路簡明手冊及典型應用(上冊).西安：西安電子科技大學出版社，2005
[4] 陸明達.開關電容濾波器的原理與設計.北京：科學出版社，1986
[5] 潘松；黃繼業(yè).EDA技術與VHDL（第二版）.北京：清華大學出版社,2007
[6] 黃智偉.全國大學生電子設計競賽電路設計.北京：北京航空航天大學出版社，2006，141-143
摘要 本文研究的主要目的是設計一個由現場可編程門陣列（FPGA）控制的濾波器。首先設計一個利用模擬開關CD4051來實現增益可控的前置放大電路，然后用模擬開關CD4052設計截止頻率可控的低通濾波電路和高通濾波電路，最后利用FPGA編程實現放大器的放大倍數和濾波器的截止頻率的控制以及通過數碼管實現放大倍數和截止頻率等參數的顯示。從而設計出基于FPGA的程控濾波器，基于FPGA技術，使得該系統具有參數可程控，抗干擾能力強，可靠性好等優(yōu)點。
關鍵詞 FPGA;程控；濾波器；放大器
The Design of Programmable Filter Based on FPGA
School of Physics and Electronic Information, Huaibei Coal Industuy Terachers’ College, 235000
Abstract The main purpose of this study is to design a filter controlled by Field -Programmable Gate Array(FPGA). First of all, use analog switches CD4051 to design a gain-controlled pre-amplifier circuit, and then use analog switches CD4052 to design low-pass filter circuit and high-pass filter circuit and their cut-off frequency is controllable, finally use FPGA by programming to realize the control of the amplifier magnification and cut-off frequency as well as through the digital tube to achieve the display of magnification and cut-off frequency and other parameters, so as to achieve the design of programmable filter based on FPGA. Base on FPGA technology, the strong anti-interference ability and reliability would be owned by the given-controlled programmer.
Keywords FPGA; Program-controlled; Filter; Amplifier
目 錄
1 引 言 1
2 系統設計 2
2.1 設計要求 2
2.2 總體方案設計 2
2.3 方案論證與選擇 3
2.3.1 程控放大器電路的選擇 3
2.3.2 程控濾波器電路的選擇 3
2.3.3 控制模塊的選擇 4
3 單元模塊設計與實現 4
3.1 程控放大電路模塊 4
3.2 程控濾波器電路模塊 6
3.2.1 程控低通濾波器 6
3.2.2 程控高通濾波器 8
3.3 程控濾波器的FPGA控制模塊 11
3.3.1 分頻器模塊 13
3.3.2 鍵盤模塊 13
3.3.3 控制模塊 14
3.3.4 低通濾波器控制模塊 14
3.3.5 高通濾波器控制模塊 15
3.3.6 程控放大器模塊 15
4 系統仿真測試 16
4.1 測試過程及結果 16
4.2 誤差分析 18
結 論 19
參考文獻 20
致 謝 21
1 引 言
濾波器其實就是選頻電路，可允許部分頻率的信號順利通過，而另一部分頻率的信號受到較大抑制。在近代電信裝備和各類控制系統中，濾波器應用極為廣泛。模擬濾波器在測試系統或專用儀器儀表中是一種常用的變換裝置。濾波器的優(yōu)劣直接影響產品的性能，所以對濾波器的研究和生產歷來為各國所重視。其中，RC有源濾波器的應用比較廣泛，以它為原型的各類變種有源濾波器去掉了電感器，體積小，Q 值可達1000，克服了RLC無源濾波器體積大、Q 值小的缺點[1]。設計截止頻率參數可設置的程控濾波器對提高濾波器的指標精度有著重要的意義和實用價值。在傳統RC有源濾波器的基礎上，利用FPGA編程實現對濾波器截止頻率的控制，力求功能的多樣和成本的低廉。
參考文獻
[1] 北方交通大學電信系.有源濾波器.北京：人民鐵道出版社，1979
[2] 謝嘉奎.電子線路線性部分（第四版）.北京：高等教育出出版社
[3] 劉暢生，張耀進，宣宗強，于建國.新型集成電路簡明手冊及典型應用(上冊).西安：西安電子科技大學出版社，2005
[4] 陸明達.開關電容濾波器的原理與設計.北京：科學出版社，1986
[5] 潘松；黃繼業(yè).EDA技術與VHDL（第二版）.北京：清華大學出版社,2007
[6] 黃智偉.全國大學生電子設計競賽電路設計.北京：北京航空航天大學出版社，2006，141-143
