基于FPGA的程控濾波器的設(shè)計



摘要 本文研究的主要目的是設(shè)計一個由現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）控制的濾波器。首先設(shè)計一個利用模擬開關(guān)CD4051來實現(xiàn)增益可控的前置放大電路，然后用模擬開關(guān)CD4052設(shè)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(xiàn)放大器的放大倍數(shù)和濾波器的截止頻率的控制以及通過數(shù)碼管實現(xiàn)放大倍數(shù)和截止頻率等參數(shù)的顯示。從而設(shè)計出基于FPGA的程控濾波器，基于FPGA技術(shù)，使得該系統(tǒng)具有參數(shù)可程控，抗干擾能力強，可靠性好等優(yōu)點。

關(guān)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(tǒng)設(shè)計 2
2.1 設(shè)計要求 2
2.2 總體方案設(shè)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(shè)計與實現(xiàn) 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(tǒng)仿真測試 16
4.1 測試過程及結(jié)果 16
4.2 誤差分析 18
結(jié) 論 19
參考文獻(xiàn) 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(tǒng)中，濾波器應(yīng)用極為廣泛。模擬濾波器在測試系統(tǒng)或?qū)Ｓ脙x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(chǎn)品的性能，所以對濾波器的研究和生產(chǎn)歷來為各國所重視。其中，RC有源濾波器的應(yīng)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(dá)1000，克服了RLC無源濾波器體積大、Q 值小的缺點[1]。設(shè)計截止頻率參數(shù)可設(shè)置的程控濾波器對提高濾波器的指標(biāo)精度有著重要的意義和實用價值。在傳統(tǒng)RC有源濾波器的基礎(chǔ)上，利用FPGA編程實現(xiàn)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(xiàn)
[1] 北方交通大學(xué)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(jìn)，宣宗強，于建國.新型集成電路簡明手冊及典型應(yīng)用(上冊).西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2005
[4] 陸明達(dá).開關(guān)電容濾波器的原理與設(shè)計.北京：科學(xué)出版社，1986
[5] 潘松；黃繼業(yè).EDA技術(shù)與VHDL（第二版）.北京：清華大學(xué)出版社,2007
[6] 黃智偉.全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽電路設(shè)計.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006，141-143