專利名稱：一種應(yīng)用fpaa技術(shù)的程控濾波系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可以靈活實(shí)現(xiàn)各種性能的程控通用濾波器，屬于信號(hào)處理領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著微傳感器時(shí)代的到來，對(duì)傳感器微弱信號(hào)的高效處理越來越重要，在為信號(hào)的調(diào)理電路對(duì)有用信號(hào)的提取顯的更為重要。目前的濾波電路主要分為兩類模擬濾波和數(shù)字濾波，模擬濾波主要是分立元件和中集成規(guī)模電路構(gòu)建，這種電路的設(shè)計(jì)對(duì)設(shè)計(jì)者的專業(yè)知識(shí)要求較多，對(duì)設(shè)計(jì)的工作經(jīng)驗(yàn)要求比較高，同時(shí)調(diào)試比較困難；數(shù)字濾波首先要將信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，這樣不可避免的丟失許多有用信息，同時(shí)數(shù)字濾波對(duì)算法要求比較高，進(jìn)而這對(duì)控制器的運(yùn)算能力要求更高；FPAA技術(shù)的出現(xiàn)很好的解決了上述問題。中國專利201020685324. O介紹了一種程控濾波裝置，此專利中可以通過功能開關(guān)來實(shí)現(xiàn)低通、高通、帶通、帶阻四種濾波器，但是其不同種濾波器的切換不靈活。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種可以靈活設(shè)計(jì)低通、高通、帶通、帶阻四類巴斯沃什、切比雪夫I類、切比雪夫II類、貝塞爾以及客戶自己設(shè)計(jì)的各種濾波器濾波功能，可精確設(shè)置截止頻率和放大增益，適用于幅值5V以下的信號(hào)的濾波系統(tǒng)。本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種應(yīng)用FPAA技術(shù)的程控濾波系統(tǒng)，包括CPLD分頻單元、單片機(jī)核心單元、FPAA濾波單元組成。CPLD分頻單元包括CPLD分頻器模塊和JTAG接口，用于對(duì)時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行分頻；單片機(jī)核心單元包括控制器單片機(jī)、下載電路、存儲(chǔ)設(shè)備、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備，用于對(duì)各個(gè)器件進(jìn)行控制；FPAA濾波單元包括FPAA濾波器模塊、信號(hào)預(yù)處理模塊和信號(hào)后處理模塊，用于實(shí)現(xiàn)不同性能濾波器功能。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，F(xiàn)PAA濾波單元在不改變外圍硬件電路的條件下，實(shí)現(xiàn)不同類型、不同種類的濾波電路。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，CPLD分頻單元利用CPLD可編程功能對(duì)時(shí)鐘頻率進(jìn)行分解以滿足FPAA濾波器模塊設(shè)計(jì)時(shí)所需要的各種時(shí)鐘頻率。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，將數(shù)字集成電路和模擬集成電路相互結(jié)合。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，F(xiàn)PAA濾波單元中預(yù)留若干接口，用于用戶對(duì)芯片內(nèi)部的電路修改實(shí)現(xiàn)其他不同功能。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果1、本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)人性化，可以根據(jù)用戶的需求對(duì)濾波器的工作方式、濾波種類進(jìn)行快捷設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)巴斯沃什、切比雪夫I類、切比雪夫II類、貝塞爾以及客戶自己設(shè)計(jì)的各類低通、高通、帶通、帶阻各種濾波功能。2、本發(fā)明設(shè)計(jì)可以根據(jù)濾波信號(hào)的需求對(duì)信號(hào)進(jìn)行增益設(shè)計(jì)，具體設(shè)計(jì)范圍根據(jù)選擇的CAB模塊確定。3、本發(fā)明設(shè)計(jì)可以根據(jù)客戶需求結(jié)合輸入時(shí)鐘頻率和CAB模塊電容值設(shè)計(jì)出各種截至頻率。4、本設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)1-8階的各種各類濾波器，這使得其可以應(yīng)用于研發(fā)實(shí)驗(yàn)調(diào)試及聞校實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中去。


圖1為本發(fā)明應(yīng)用FPAA技術(shù)的程控濾波系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖2為電源模塊原理圖3為CPLD分頻模塊原理圖4為單片機(jī)核心模塊原理圖5為FPAA濾波模塊原理圖。圖中1、CPLD分頻單元；2、單片機(jī)核心單元；3、FPAA濾波單元。具體實(shí)現(xiàn)方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明應(yīng)用FPAA技術(shù)的程控濾波系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)描述。本發(fā)明主要充分利用FPAA技術(shù)在線可重構(gòu)技術(shù)，可以在不斷電的情況下對(duì)電路的參數(shù)和結(jié)構(gòu)的切換，使得電路設(shè)計(jì)比較靈活、設(shè)計(jì)范圍更加廣泛。如圖1所示，本系統(tǒng)主要有三部分組成，CPLD分頻單元1、單片機(jī)核心單元2、FPAA濾波單元3組成。CPLD分頻單元主要應(yīng)用CPLD在數(shù)字分頻方面的靈活性快速設(shè)計(jì)出各種分頻要求的硬件電路，為FPAA芯片提供濾波設(shè)計(jì)所需的各種頻率；單片機(jī)核心單元有下載電路、存儲(chǔ)電路、鍵盤輸入電路、LCD顯示電路組成，本單元主要實(shí)現(xiàn)對(duì)另外兩個(gè)單元的控制；FPAA濾波單元，主要是由FPAA最小系統(tǒng)構(gòu)成，它主要實(shí)現(xiàn)對(duì)待處理的信號(hào)進(jìn)行濾波，同時(shí)它也可以實(shí)現(xiàn)其他的調(diào)理功能。下面單片機(jī)以STC89C52RD+為例、CPLD以EPM3218為例、FPAA以AN221E04為例進(jìn)行說明，芯片的選擇依據(jù)需求進(jìn)行相應(yīng)的修改。任何系統(tǒng)工作都離不開電源，圖2給出了本系統(tǒng)所需的各種電壓電路，本系統(tǒng)主要引用到3. 3V和5V兩種電壓，單片機(jī)采用5V供電的STC89C52RD+、CPLD選擇MAX3000系列中3. 3V供電的EPM3128、FPAA芯片選擇Anadigm公司的5V供電芯片AN221E04為例進(jìn)行詳盡的說明。系統(tǒng)通電后，圖3中單片機(jī)初始化程序啟動(dòng)，并且LCD液晶顯示歡迎界面，然后液晶提示相應(yīng)的設(shè)置方式，用戶根據(jù)提示進(jìn)行相應(yīng)操作。根據(jù)液晶提示按鍵進(jìn)入分頻設(shè)置，此設(shè)置包括CPLD選擇的有源晶振的頻率值及分頻數(shù)值，當(dāng)設(shè)計(jì)好后單片機(jī)內(nèi)部算法及時(shí)的計(jì)算出CPLD分頻后的頻率值并顯示在LCD上。下一界面是多濾波器的各種參數(shù)的設(shè)置，設(shè)計(jì)完成后確認(rèn)后進(jìn)入下一界面提示前面設(shè)置的參數(shù)，再次確定下用戶所需要的各項(xiàng)濾波器的參數(shù)。確定鍵按后，系統(tǒng)就通過單片機(jī)依據(jù)設(shè)置的參數(shù)對(duì)FPAA模塊的進(jìn)行配置。這樣整個(gè)硬件電路配置完成。根據(jù)液晶提示按鍵進(jìn)入第二個(gè)界面對(duì)頻率進(jìn)行分頻設(shè)置，此設(shè)置包括CPLD選擇的有源晶振的頻率值及分頻數(shù)值，當(dāng)設(shè)計(jì)好后單片機(jī)自動(dòng)根據(jù)參數(shù)調(diào)用內(nèi)部算法實(shí)時(shí)計(jì)算出CPLD分頻后的頻率值并顯示在LCD屏幕上以供用戶參考。FPAA模塊中預(yù)留了許多接口，用戶可以根據(jù)自己的需要，對(duì)芯片內(nèi)部的電路進(jìn)行修改進(jìn)而實(shí)現(xiàn)其他不同功能。圖4單片機(jī)核心模塊原理圖，圖5 FPAA濾波模塊原理圖。
FPAA頻率設(shè)置好后，接下來對(duì)FPAA電路進(jìn)行設(shè)置。IXD第三個(gè)界面是對(duì)濾波器各個(gè)參數(shù)的設(shè)置，這個(gè)界面包括濾波器的種類、濾波器的類型、濾波器階數(shù)、信號(hào)的增益值、輸入信號(hào)的數(shù)量、輸入時(shí)鐘的二次分頻值、濾波器Fe值的設(shè)置。根據(jù)提示確認(rèn)后進(jìn)入設(shè)置參數(shù)提示界。第四個(gè)界面主要顯示前面設(shè)置的參數(shù)，再次確認(rèn)下用戶所需要的各項(xiàng)濾波器的參數(shù)。確定鍵按后，單片機(jī)根據(jù)選擇濾波器的階數(shù)以及其他功能用到的CAB塊個(gè)數(shù)對(duì)電路的基礎(chǔ)塊進(jìn)行配置，然后根據(jù)不同的參數(shù)對(duì)選擇的CAB塊的各個(gè)電容值進(jìn)行配置。這個(gè)配置都可以在不斷電的前提下實(shí)現(xiàn)對(duì)電路的設(shè)計(jì)，使得用戶可以在快捷的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證自己的濾波電路。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用FPAA技術(shù)的程控濾波系統(tǒng)，包括CPLD分頻單元(I)、單片機(jī)核心單元(2)、FPAA濾波單元(3)組成，其特征在于所述CPLD分頻單元(I)包括CPLD分頻器模塊和JTAG接口，用于對(duì)時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行分頻；所述單片機(jī)核心單元(2)包括控制器單片機(jī)、下載電路、存儲(chǔ)設(shè)備、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備，用于對(duì)各個(gè)器件進(jìn)行控制；所述FPAA濾波單元(3)包括FPAA濾波器模塊、信號(hào)預(yù)處理模塊和信號(hào)后處理模塊，用于實(shí)現(xiàn)不同性能濾波器功能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用FPAA技術(shù)的程控濾波系統(tǒng)，其特征在于所述FPAA濾波單元(3)在不改變外圍硬件電路的條件下，實(shí)現(xiàn)不同類型、不同種類的濾波電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用FPAA技術(shù)的程控濾波系統(tǒng)，其特征在于所述CPLD分頻單元(I)利用CPLD可編程功能對(duì)時(shí)鐘頻率進(jìn)行分解以滿足FPAA濾波器模塊設(shè)計(jì)時(shí)所需要的各種時(shí)鐘頻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的應(yīng)用FPAA技術(shù)的程控濾波系統(tǒng)，其特征在于將數(shù)字集成電路和模擬集成電路相互結(jié)合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的應(yīng)用FPAA技術(shù)的程控濾波系統(tǒng)，其特征在于所述FPAA濾波單元(3)中預(yù)留若干接口，用于用戶對(duì)芯片內(nèi)部的電路修改實(shí)現(xiàn)其他不同功能。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種應(yīng)用FPAA技術(shù)的程控濾波系統(tǒng)，包括CPLD分頻單元、單片機(jī)核心單元、FPAA濾波單元。CPLD分頻單元包括CPLD分頻器模塊和JTAG接口，用于對(duì)時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行分頻；單片機(jī)核心單元包括控制器單片機(jī)、下載電路、存儲(chǔ)設(shè)備、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備，用于對(duì)各個(gè)器件進(jìn)行控制；FPAA濾波單元包括FPAA濾波器模塊、信號(hào)預(yù)處理模塊和信號(hào)后處理模塊，用于實(shí)現(xiàn)不同性能濾波器功能。本發(fā)明降低了模擬濾波器的設(shè)計(jì)難度、縮短了濾波器的開發(fā)周期、提高了濾波器電路設(shè)計(jì)靈活性，總體使得開發(fā)者可以快速的通過本設(shè)計(jì)驗(yàn)證自己設(shè)計(jì)的濾波電路。
文檔編號(hào)H03H17/00GK103001603SQ20121050936
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月4日
發(fā)明者朱正偉, 孫廣輝 申請(qǐng)人:常州大學(xué)