全國電子大賽程控濾波器題目論文

1、程控濾波器全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽目錄.方案論證 TOC o 1-5 h z 方案比較與選擇一一增益放大模塊 3 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 方案比較與選擇一一濾波模塊 4 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 方案比較與選擇一一時(shí)鐘發(fā)生模塊DDS 4 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document .系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)5 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)5單元電路的設(shè)計(jì)6 HYPERLINK l boo

2、kmark24 o Current Document 發(fā)揮部分的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 6.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)7程序總體設(shè)計(jì)7各功能模塊程序設(shè)計(jì)7 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document .系統(tǒng)的組裝與調(diào)試 8 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 整機(jī)結(jié)構(gòu)圖及工藝說明 8 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 面板圖及可調(diào)部件說明 8 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 系統(tǒng)的測試8 HYPERLINK l bookmark36

3、 o Current Document 測試結(jié)果及其分析9 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document .結(jié)論9程控濾波器全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽摘要：我們設(shè)計(jì)的程控 濾波器是以C8051F005高速SOCI片機(jī)和AT89S52為 核心，以穩(wěn)定、準(zhǔn)確為原則。本設(shè)計(jì)總共由五個(gè)模塊組成，分別是：直流穩(wěn) 壓電源，增益放大電路，濾波電路，單片機(jī)最小系統(tǒng)以及時(shí)鐘電路。美信公 司MAX2645片和MAX29砒片內(nèi)部集成了設(shè)計(jì)濾波器所需的電阻電容，在應(yīng) 用中幾乎不用外接器件，使用非常簡單，其中心頻率、Q值及工作模式都可以通過對引腳 可編程控制。它可以工作于帶通、低通、高

4、通、帶陷或是全通 模式，時(shí)鐘輸入（外接時(shí)鐘信號或晶振）可以精確地設(shè)置中心頻率及 Q值。同 時(shí)采用了 12位D/A轉(zhuǎn)換器MAX532勾成了 12位可編程增益放大 器，時(shí)鐘發(fā)生 電路的設(shè)計(jì)我們應(yīng)用了高性能 DDSE片AD9851關(guān)鍵詞：濾波器高速SOO片機(jī)可編程控制可編程增益放大DDS芯片程控濾波器全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽.萬案論證各種方案比較與選擇萬案一：運(yùn)放+ 模擬開關(guān)+電阻網(wǎng)絡(luò)這種方法利用模擬開關(guān)切換電阻反饋網(wǎng)絡(luò)，從而改變放大電路的閉環(huán)增益。 此種方法所需元器件較多，電路龐大，而且精度受到限制。萬案一：運(yùn)放蝕字電位器種方案采用固態(tài)數(shù)字電位器來控制放大電路的增益， 線路較為簡單。但現(xiàn)有 的數(shù)字電

5、位器分辨率有限，常見的有 32、64抽頭，少數(shù)可達(dá)1024抽頭，因而構(gòu) 成的放大器精度有限，無法滿足10位甚至12位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的要求。萬案二：采用D/A轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)高精度可編程增益放大器。MAXIM公司的12位D/A 轉(zhuǎn)換器MAX532構(gòu)成的12位可編程增益放大器，只需單片D/A轉(zhuǎn)換器即可實(shí)現(xiàn) 一個(gè)完整的高精度PGA （增益可軟件編程的放大器），甚至可以不需要任何外圍 元件。并且它還具有十分方便的編程接口，可以直接掛到數(shù)據(jù)總線上。比較以上兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，方案三簡潔、靈活、調(diào)節(jié)方便、可擴(kuò)展性好， 能達(dá)到題目的設(shè)計(jì)要求，因此采用方案三來實(shí)現(xiàn)。方案三的工作原理：MAX532 D/A 轉(zhuǎn)換器利用R

6、-2R梯形解碼網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)字量到模擬量的變換。常規(guī)用法中，Vref加到解碼網(wǎng)絡(luò)參考驪的電壓Vref和從該網(wǎng)絡(luò)的參考輸出的電流lout的關(guān)系為：lout =RM-D-（D為數(shù)字輸入量），因此 R-2R網(wǎng)絡(luò)的參考端到輸出端可等效為一個(gè)阻值可編程4096的等效電阻Ro= RM4096，將Ro作為反饋電阻，則得到放大器的閉環(huán)增益為人二曳二竺96DR D因此輸入不同的數(shù)字量D,就可以在1-4096間設(shè)定放大器的電壓增益。L&AC具GNC）艮4AGNDB C UNoauTSCLK由UN 口RFBB； aDIPWlde SOMAX532典型應(yīng)用MAX53犯片管腳圖程控濾波器全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽方案比較與選擇

7、濾波模塊萬案一：采用傳統(tǒng)的分立元件組成的無源濾波器無源濾波器具有投資少、效率高、結(jié)構(gòu)簡單及維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，但其濾波特 性受系統(tǒng)參數(shù)影響大，只能消除特定的幾次諧波，而對某些次諧波會(huì)產(chǎn)生放大作 用，甚至出現(xiàn)諧振現(xiàn)象.萬案一：用晶體管或運(yùn)放構(gòu)成的有源濾波器有源濾波器不用電感元件、有一定增益、重量輕、體積小并且調(diào)試方便，可 用在信息處理、數(shù)據(jù)傳輸和抑制干擾等方面。但這類濾波器的缺點(diǎn)是易受運(yùn)算放 大器的頻帶限制，頻帶范圍窄且固定不變，帶內(nèi)不夠平坦，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。因此這類 濾波器主要用于低頻，達(dá)不到本題目所要求的技術(shù)指標(biāo)。采用引腳可編程MAX2645片，該芯片內(nèi)部集成了設(shè)計(jì)濾波器所需的電阻電 容，在應(yīng)用中幾乎

8、不用外接器件，使用非常簡單，并且可以工作于帶通、低通、 高通、帶陷或是全通模式。因此我們決定應(yīng)用方案三來設(shè)計(jì)濾波模塊。方案比較與選擇一一時(shí)鐘發(fā)生模塊 DDSDD跋術(shù)是一種把一系列數(shù)字量形式的信號通過 DAC專換成模擬量形式的信 號合成技術(shù)。它的基本工作原理是在采樣時(shí)鐘信號的控制下，通過由頻率碼控制 的相位累加器輸出相位碼，將存儲(chǔ)于只讀存儲(chǔ)器中的波形量化采樣數(shù)據(jù)值按一定 的規(guī)律讀出，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換和低通濾波后輸出正弦信號。其主要組成為：相位累 加器、相位相加器、波形存儲(chǔ)器、數(shù)字相乘器和 D/A轉(zhuǎn)換器。如圖1所示，它的輸出頻率可以由下面公式推：f=k* fcik/2 K其中：f為輸出頻率，k為頻率控

9、制字，fcik為時(shí)鐘頻率，N為相位累加器的位數(shù)。目前使用最廣泛的一種 DDS*式是 利用高速存儲(chǔ)器作查找表，然后通過高速 DAC產(chǎn)生用數(shù)字形式存入的正弦波。圖1 DDS原理框圖自行設(shè)計(jì)的基于FPGA5片的方案可編程邏輯器件以其速度高，規(guī)模在，可編程，以及有強(qiáng)大EDA軟件支持等特 性，十分適合實(shí)現(xiàn)DDSft術(shù)。就生成彳S號質(zhì)量而言，利用FPGA4能輸出較高質(zhì)量 的信號。但卻由于其價(jià)格昂貴，并且有許多專用DDSE片，因此采用FPGAX5片 不一定是我們首選的。程控濾波器全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽采用高性能DDSWt電路AD9851的方案AD9851是AD公司采用先進(jìn)技術(shù)，推出的具有高集成度 DDS電路

10、的器 件，它內(nèi)部包含高速、高性能 D/ A轉(zhuǎn)換器及高速比較器，可作為全數(shù)字編程控 制的頻率合成器和時(shí)鐘發(fā)生器。外接精密時(shí)鐘源時(shí)，AD9851可以產(chǎn)生一個(gè)頻譜純凈、頻率和相位都可以編程控制且穩(wěn)定性很好的模擬正弦波。這個(gè)正弦波能夠直接作為基準(zhǔn)信號源及頻率信號源或通過其內(nèi)部高速比較器轉(zhuǎn)換成方波輸出 并作為靈敏時(shí)鐘產(chǎn)生器。AD9851接口控制簡單，可以用8位并行口或用行口經(jīng) 相位等控制數(shù)據(jù)，32位頻率控制字。因此具有較高的性價(jià)比。綜合比較以上二種方案，我們決定采用方案二進(jìn)行設(shè)計(jì)。內(nèi) 3 DCL汨DO PED PVCTW_CLk FQ_UDHEETlOCK AGND AVDD RSETVOITN VfM

11、JTPAD9S5ITOP VIEW pm to Scale。一LLEB叵一叵04 D5 佻D7 2 E&/EERIAL1JOAD 0GND DVDD MSET 1OUT IOUTB AGND控制數(shù)據(jù) / l/6 g 外4口參考時(shí)鐘倍乘器D/A轉(zhuǎn)換器 一波形存儲(chǔ)器控制字寄存器低通濾波器高速比較器AD9851的引腳排列圖AD9851結(jié)構(gòu)框圖.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)程控濾波器全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖單元電路的設(shè)計(jì)（見附錄）C8051F005II片機(jī)最小系統(tǒng)51單片機(jī)最小系統(tǒng)鍵盤模塊直流穩(wěn)壓電源增益放大電路濾波電路時(shí)鐘電路發(fā)揮部分的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)我們的作品在較好地完成了基本要求的前提下，

12、還能夠達(dá)到發(fā)揮部分第一題所要求的技術(shù)指標(biāo)，即滿足了放大器電壓增益為60dB,輸入信號電壓振幅為 10mV;增益10dB步進(jìn)可調(diào)，電壓增益誤差不大于 5%程控濾波器全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1程序總體設(shè)計(jì)C8051FOO5AT89S523.2各功能模塊程序設(shè)計(jì)增益放大模塊時(shí)鐘電路模塊濾波模塊程控濾波器全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽.系統(tǒng)的組裝與調(diào)試整機(jī)結(jié)構(gòu)圖及工藝說明作為完整的電子儀器除了需要好的電路和軟件設(shè)計(jì)外，還需要良好的裝配工藝和美觀的外殼,即有好的人機(jī)界面。這些問題我們也做了相應(yīng)的考慮。面板圖及可調(diào)部件說明單片機(jī)控制裝置系統(tǒng)的測試(1)分級調(diào)試：單片及最小系統(tǒng)的調(diào)試、直流穩(wěn)壓電源

13、調(diào)試、增益放大電路的調(diào)試、濾波電 路的調(diào)試(2)級聯(lián)調(diào)試將整個(gè)系統(tǒng)的分立模塊聯(lián)接在一起， 進(jìn)行級聯(lián)調(diào)試。通過改變參數(shù)，觀察結(jié) 果，逐步改進(jìn)系統(tǒng)的功能和穩(wěn)定性，直到整個(gè)系統(tǒng)工作達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。增益(dB)輸入(mV)輸出(mV01010.4712101032.95872010103.45473010331.039440101030.257850103318.3926601010200.5487經(jīng)計(jì)算，以上輸出值誤差均在5犯內(nèi)，達(dá)到了題目中的要求。程控濾波器全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽測試結(jié)果及其分析經(jīng)過多次測試試驗(yàn)和對所測數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，本組所設(shè)計(jì)制作的程控濾波器能 夠較好的完成題目中所給任務(wù)和要求。系統(tǒng)

14、功能由菜單實(shí)現(xiàn)，并且有液晶顯示， 人機(jī)界面友好。.結(jié)論本系統(tǒng)是以C8051F005高速SOO片機(jī)和AT89S52單片機(jī)為核心部件，利用 了美信公司MAX264K MAX29吸MAX532I成了作品中的放大器和濾波器的設(shè)計(jì) 制作，并采用了高性能DDSE片AD9851來制作時(shí)鐘發(fā)生模塊同時(shí)編寫了一套軟件算法實(shí)現(xiàn)了放大器增益可設(shè)置，低通或高通濾波器通帶、截止頻率等參數(shù)可設(shè)置以及具有參數(shù)顯示功能的程控濾波器。 最終該作品完 成競賽題目中的要求的各項(xiàng)任務(wù)。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，在滿足要求的情況下，力求 硬件線路簡單，充分發(fā)揮軟件編程方便靈活的特點(diǎn)。在本次競賽中，我們?nèi)她R心協(xié)力，經(jīng)常在一起討論遇到的問題，選

15、擇最終 的解決方案，從而使我們能優(yōu)秀的完成作品。通過這次競賽，我們的實(shí)際動(dòng)手操 作能力提高了很多，同時(shí)分析問題和解決問題的能力也有所提高。本系統(tǒng)的順利完成，主要得力于學(xué)校的大力支持，為我們提供了許多設(shè)備， 使制作和調(diào)試過程更加方便和順暢。同時(shí)也增加了我們的團(tuán)隊(duì)凝聚力，以及對 新事物的自主學(xué)習(xí)的能力和實(shí)際動(dòng)手操作能力，在這里本隊(duì)感謝學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)對我 們的支持和鼓勵(lì)，感謝您們?yōu)槲覀兇罱艘粋€(gè)展示自身能力的平臺(tái)。程控濾波器全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽附錄C8051F005II片機(jī)最小系統(tǒng)II IIIIIIIIIII51單片機(jī)最小系統(tǒng)程控濾波器全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽鍵盤模塊直流穩(wěn)壓電源程控濾波器全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽II二;1 :口711i i i i