文档介绍：程控滤波器(D题)
摘要:本系统是以ARM7芯片Philips LPC2138为控制核心,含有低通、高通滤波电路的程控滤波器,包含一个四阶椭圆低通滤波器和一个简易幅频特性测试仪。系统由集成运放和多路开关组成增益可调放大器,采用数字电位器程控滤波器截止频率等参数的步进。由五向导航键盘设定参数,液晶智能菜单显示设定值和测量值,具有语音提示等功能。在单片机上移植了μC/OS-Ⅱ操作系统使系统更加稳定。整个系统结构清晰,达到了较高的性能指标。
关键词:ARM 程控 低通 高通 椭圆滤波器μC/OS-Ⅱ
Abstract:With the single chip ARM7 Philips LPC2138 as core control ,the system can realize the program-controlled filter ,which contains a LPF ,a HPF ,a four-order elliptic filter and a simple frequency response tester .It includes an gain adjusted amplifier which consist of integrated operational amplifiers and multi-switches ,and an digital resistance to control the step of cut-off frequency .Setting data with five-direction guiding keyboard ,displaying data and menu with LCD ,and playing the voice prompt etc .The μC/OS-Ⅱ operation system is transplanted to the MCU to increase the stability of the overall system .The whole system performed wonderful.
Keywords:ARM Program-controlled LPF HPF Elliptic filter μC/OS-Ⅱ
一、系统方案设计与论证
一级放大已经可以满足基础部分电压增益40dB的放大要求,我们采用两级放大,完全满足发挥部分60dB的要求。运放Op37带宽大,精度高,噪声低,我们将两片Op37级联,并采用多路开关CD4097选通不同电路,实现放大器增益10dB步进可调。
(1)滤波器类型选择
滤波器按组成元件可分为有源和无源。
方案一:无源滤波器由无源元件组成。其中LC电路的灵敏度低,电感元件体积大,不易制作,成本又高;RC电路中的电阻在消耗噪声能量的同时也消耗信号的能量;
方案二:开关电容滤波器(SCF)。由开关电容网络构成,它的出现使有源滤波器的集成化成为现实,主要用于通信系统和数字系统;
方案三:有源滤波器是由无源和有源元件组成的。RC有源滤波器的使用范围是Q小于1000、频率小于1MHz的滤波,满足题意要求。有源滤波电路在RC无源滤波电路的基础上加上放大电路,克服了消耗信号能量的缺点,提高了滤波性能。有源滤波的优点有:不使用电感元件,体积小、重量轻,不需要磁屏蔽;电路中的运算放大器可加电压串联负反馈,可以获得高输入阻抗和低输出阻抗,从而可在输入与输出之间进行很好的隔离,这样可以通过级联的形式得到高阶的滤波器。
我们采用方案三RC有源滤波器。
(2)近似方式、阶数选择
通常用来近似理想特性的方式有频域近似和时域近似。频域近似中主要的有最平幅度近似、等波纹近似,时域近似中主要有最平时延近似。此外,按阶数又分为一阶、二阶及高阶,阶数越大其衰减速度越接近理想滤波器,但是复杂度和成本也会提高。
方案一:贝塞尔(Bessel)近似。典型的最平时延近似,时延失真在一定范围之内。幅频特性在下降前无上升段,相位特性最好,但是曲线的衰减速度最慢;
图1 三种近似方式对比
方案二:切比雪夫(Chebyshev)近似。典型的等纹波近似,在近似范围内,有几点与要求值完全相等,而几个最大偏差点也相等。截止特性最好,曲线的衰减速度最快,但是幅频特性在下降前有上升段,即在通带内会有涟波现象,相位特性最差;
方案三:巴特沃兹(ButterWorth)近似。是一种最平幅度近似,在近似范围内,在某一点处与要求值完全相等,越远离该点,偏差越大。由此得到的滤波器,在低频通带的响应十分平滑,但是在截止频率的衰减速度较慢,具有通带内幅度平坦特性,相位特性较好,使用最为广泛;
我们采用方