基于fpga的程控滤波器的设计.doc
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基于fpga的程控滤波器的设计,基于fpga的程控滤波器的设计摘要本文研究的主要目的是设计一个由现场可编程门阵列（fpga）控制的滤波器。首先设计一个利用模拟开关cd4051来实现增益可控的前置放大电路，然后用模拟开关cd4052设计截止频率可控的低通滤波电路和高通滤波电路，最后利用fpga编程实现放大器的放大倍数和滤波器的截止频率的控制以及通过数码...
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基于FPGA的程控滤波器的设计
摘要 本文研究的主要目的是设计一个由现场可编程门阵列（FPGA）控制的滤波器。首先设计一个利用模拟开关CD4051来实现增益可控的前置放大电路，然后用模拟开关CD4052设计截止频率可控的低通滤波电路和高通滤波电路，最后利用FPGA编程实现放大器的放大倍数和滤波器的截止频率的控制以及通过数码管实现放大倍数和截止频率等参数的显示。从而设计出基于FPGA的程控滤波器，基于FPGA技术，使得该系统具有参数可程控，抗干扰能力强，可靠性好等优点。
关键词 FPGA;程控；滤波器；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 录
1 引 言 1
2 系统设计 2
2.1 设计要求 2
2.2 总体方案设计 2
2.3 方案论证与选择 3
2.3.1 程控放大器电路的选择 3
2.3.2 程控滤波器电路的选择 3
2.3.3 控制模块的选择 4
3 单元模块设计与实现 4
3.1 程控放大电路模块 4
3.2 程控滤波器电路模块 6
3.2.1 程控低通滤波器 6
3.2.2 程控高通滤波器 8
3.3 程控滤波器的FPGA控制模块 11
3.3.1 分频器模块 13
3.3.2 键盘模块 13
3.3.3 控制模块 14
3.3.4 低通滤波器控制模块 14
3.3.5 高通滤波器控制模块 15
3.3.6 程控放大器模块 15
4 系统仿真测试 16
4.1 测试过程及结果 16
4.2 误差分析 18
结 论 19
参考文献 20
致 谢 21
1 引 言
滤波器其实就是选频电路，可允许部分频率的信号顺利通过，而另一部分频率的信号受到较大抑制。在近代电信装备和各类控制系统中，滤波器应用极为广泛。模拟滤波器在测试系统或专用仪器仪表中是一种常用的变换装置。滤波器的优劣直接影响产品的性能，所以对滤波器的研究和生产历来为各国所重视。其中，RC有源滤波器的应用比较广泛，以它为原型的各类变种有源滤波器去掉了电感器，体积小，Q 值可达1000，克服了RLC无源滤波器体积大、Q 值小的缺点[1]。设计截止频率参数可设置的程控滤波器对提高滤波器的指标精度有着重要的意义和实用价值。在传统RC有源滤波器的基础上，利用FPGA编程实现对滤波器截止频率的控制，力求功能的多样和成本的低廉。
参考文献
[1] 北方交通大学电信系.有源滤波器.北京：人民铁道出版社，1979
[2] 谢嘉奎.电子线路线性部分（第四版）.北京：高等教育出出版社
[3] 刘畅生，张耀进，宣宗强，于建国.新型集成电路简明手册及典型应用(上册).西安：西安电子科技大学出版社，2005
[4] 陆明达.开关电容滤波器的原理与设计.北京：科学出版社，1986
[5] 潘松；黄继业.EDA技术与VHDL（第二版）.北京：清华大学出版社,2007
[6] 黄智伟.全国大学生电子设计竞赛电路设计.北京：北京航空航天大学出版社，2006，141-143
摘要 本文研究的主要目的是设计一个由现场可编程门阵列（FPGA）控制的滤波器。首先设计一个利用模拟开关CD4051来实现增益可控的前置放大电路，然后用模拟开关CD4052设计截止频率可控的低通滤波电路和高通滤波电路，最后利用FPGA编程实现放大器的放大倍数和滤波器的截止频率的控制以及通过数码管实现放大倍数和截止频率等参数的显示。从而设计出基于FPGA的程控滤波器，基于FPGA技术，使得该系统具有参数可程控，抗干扰能力强，可靠性好等优点。
关键词 FPGA;程控；滤波器；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 录
1 引 言 1
2 系统设计 2
2.1 设计要求 2
2.2 总体方案设计 2
2.3 方案论证与选择 3
2.3.1 程控放大器电路的选择 3
2.3.2 程控滤波器电路的选择 3
2.3.3 控制模块的选择 4
3 单元模块设计与实现 4
3.1 程控放大电路模块 4
3.2 程控滤波器电路模块 6
3.2.1 程控低通滤波器 6
3.2.2 程控高通滤波器 8
3.3 程控滤波器的FPGA控制模块 11
3.3.1 分频器模块 13
3.3.2 键盘模块 13
3.3.3 控制模块 14
3.3.4 低通滤波器控制模块 14
3.3.5 高通滤波器控制模块 15
3.3.6 程控放大器模块 15
4 系统仿真测试 16
4.1 测试过程及结果 16
4.2 误差分析 18
结 论 19
参考文献 20
致 谢 21
1 引 言
滤波器其实就是选频电路，可允许部分频率的信号顺利通过，而另一部分频率的信号受到较大抑制。在近代电信装备和各类控制系统中，滤波器应用极为广泛。模拟滤波器在测试系统或专用仪器仪表中是一种常用的变换装置。滤波器的优劣直接影响产品的性能，所以对滤波器的研究和生产历来为各国所重视。其中，RC有源滤波器的应用比较广泛，以它为原型的各类变种有源滤波器去掉了电感器，体积小，Q 值可达1000，克服了RLC无源滤波器体积大、Q 值小的缺点[1]。设计截止频率参数可设置的程控滤波器对提高滤波器的指标精度有着重要的意义和实用价值。在传统RC有源滤波器的基础上，利用FPGA编程实现对滤波器截止频率的控制，力求功能的多样和成本的低廉。
参考文献
[1] 北方交通大学电信系.有源滤波器.北京：人民铁道出版社，1979
[2] 谢嘉奎.电子线路线性部分（第四版）.北京：高等教育出出版社
[3] 刘畅生，张耀进，宣宗强，于建国.新型集成电路简明手册及典型应用(上册).西安：西安电子科技大学出版社，2005
[4] 陆明达.开关电容滤波器的原理与设计.北京：科学出版社，1986
[5] 潘松；黄继业.EDA技术与VHDL（第二版）.北京：清华大学出版社,2007
[6] 黄智伟.全国大学生电子设计竞赛电路设计.北京：北京航空航天大学出版社，2006，141-143
