基于單片機及FPGA的程控濾波器設計與實現

4系統軟件設計

系統軟件設計由單片機和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，可以設置截止頻率，同時可以顯示幅頻曲線。其中單片機主要完成用戶的輸入輸出處理和系統控制，FPGA主要完成的功能有：控制AD9851產生掃頻信號、控制濾波器截止頻率的時鐘信號的產生以及控制兩塊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，設定增益大小分別為10、20、30、40、50、60dB，用示波器測量實際輸出幅值，計算出實際增益，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

將放大器增益設置為40dB，濾波器設置為低通濾波器，預置濾波器截止頻率在1～30kHz范圍，步進為1kHz。用示波器測量實際截止頻率，計算相對誤差小于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

放大器增益設置為40dB，用示波器測量實際-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，與所設置的濾波模式及截止頻率相符。

6結束語

本系統放大器增益范圍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。誤差主要來源于時鐘頻率，當截止頻率為20kHz的時候，所需最高的時鐘頻率為2MHz，不能保證很好的時鐘沿，而且時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現了幅頻特性測試儀，系統整體性能良好。整個系統在單片機和FPGA的有機結合、協同控制下，工作穩定，測量精度高，人機交互靈活。