基于單片機(jī)及FPGA的程控濾波器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)由單片機(jī)和FPGA組成，用戶可以通過界面的顯示選擇高通、低通和橢圓濾波器，可以設(shè)置截止頻率，同時(shí)可以顯示幅頻曲線。其中單片機(jī)主要完成用戶的輸入輸出處理和系統(tǒng)控制，FPGA主要完成的功能有：控制AD9851產(chǎn)生掃頻信號、控制濾波器截止頻率的時(shí)鐘信號的產(chǎn)生以及控制兩塊D／A以顯示幅頻特性曲線。程序流程圖如圖6所示。

5測試方案與測試結(jié)果

5．1放大器測試

放大器輸入端的正弦信號頻率為10kHz，振幅為10mV，設(shè)定增益大小分別為10、20、30、40、50、60dB，用示波器測量實(shí)際輸出幅值，計(jì)算出實(shí)際增益，其誤差小于1％。此外，測得放大器通頻帶為1～200kHz。

5．2低通、高通濾波器測試

將放大器增益設(shè)置為40dB，濾波器設(shè)置為低通濾波器，預(yù)置濾波器截止頻率在1～30kHz范圍，步進(jìn)為1kHz。用示波器測量實(shí)際截止頻率，計(jì)算相對誤差小于1．5％，且2fc處的電壓總增益小于20dB。高通濾波器測試方法同理。

5．3橢圓濾波器測試

放大器增益設(shè)置為40dB，用示波器測量實(shí)際-3dB截止頻率和200kHz處的總電壓增益。測得fc=50．0kHz，在150kHz處幅度就已幾乎衰減到0。

5．4幅頻特性與相頻特性測試

測量低通、高通濾波器的頻率特性，在示波器上顯示其幅頻特性曲線，與所設(shè)置的濾波模式及截止頻率相符。

6結(jié)束語

本系統(tǒng)放大器增益范圍10～60dB，通頻帶1～200kHz，增益誤差小于1％。濾波器截止頻率范圍1～30kHz，誤差小于1．5％。橢圓濾波器截止頻率誤差為0，在150kHz處幅度幾乎衰減到0。誤差主要來源于時(shí)鐘頻率，當(dāng)截止頻率為20kHz的時(shí)候，所需最高的時(shí)鐘頻率為2MHz，不能保證很好的時(shí)鐘沿，而且時(shí)鐘頻率也不可能精確地控制，以及放大器的非線性誤差。此外，利用DAC0800和有效值檢波電路實(shí)現(xiàn)了幅頻特性測試儀，系統(tǒng)整體性能良好。整個(gè)系統(tǒng)在單片機(jī)和FPGA的有機(jī)結(jié)合、協(xié)同控制下，工作穩(wěn)定，測量精度高，人機(jī)交互靈活。