CN103001603B - 一种应用fpaa技术的程控滤波系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用FPAA技术的程控滤波系统，包括CPLD分频单元、单片机核心单元、FPAA滤波单元。CPLD分频单元包括CPLD分频器模块和JTAG接口，用于对时钟信号进行分频；单片机核心单元包括控制器单片机、下载电路、存储设备、输入设备和输出设备，用于对各个器件进行控制；FPAA滤波单元包括FPAA滤波器模块、信号预处理模块和信号后处理模块，用于实现不同性能滤波器功能。本发明降低了模拟滤波器的设计难度、缩短了滤波器的开发周期、提高了滤波器电路设计灵活性，总体使得开发者可以快速的通过本设计验证自己设计的滤波电路。

Description

一种应用FPAA技术的程控滤波系统

技术领域

   本发明涉及一种可以灵活实现各种性能的程控通用滤波器，属于信号处理领域。

背景技术

随着微传感器时代的到来，对传感器微弱信号的高效处理越来越重要，在为信号的调理电路对有用信号的提取显的更为重要。目前的滤波电路主要分为两类模拟滤波和数字滤波，模拟滤波主要是分立元件和中集成规模电路构建，这种电路的设计对设计者的专业知识要求较多，对设计的工作经验要求比较高，同时调试比较困难；数字滤波首先要将信号进行模数转换，这样不可避免的丢失许多有用信息，同时数字滤波对算法要求比较高，进而这对控制器的运算能力要求更高；FPAA技术的出现很好的解决了上述问题。中国专利201020685324.0介绍了一种程控滤波装置，此专利中可以通过功能开关来实现低通、高通、带通、带阻四种滤波器，但是其不同种滤波器的切换不灵活。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明提供一种可以灵活设计低通、高通、带通、带阻四类巴斯沃什、切比雪夫I类、切比雪夫II类、贝塞尔以及客户自己设计的各种滤波器滤波功能，可精确设置截止频率和放大增益，适用于幅值5v以下的信号的滤波系统。

本发明的技术方案是：

一种应用FPAA技术的程控滤波系统，包括CPLD分频单元、单片机核心单元、FPAA滤波单元组成。CPLD分频单元包括CPLD分频器模块和JTAG接口，用于对时钟信号进行分频；单片机核心单元包括控制器单片机、下载电路、存储设备、输入设备和输出设备，用于对各个器件进行控制；FPAA滤波单元包括FPAA滤波器模块、信号预处理模块和信号后处理模块，用于实现不同性能滤波器功能。

作为本发明的进一步改进，FPAA滤波单元在不改变外围硬件电路的条件下，实现不同类型、不同种类的滤波电路。

作为本发明的进一步改进，CPLD分频单元利用CPLD可编程功能对时钟频率进行分解以满足FPAA滤波器模块设计时所需要的各种时钟频率。

作为本发明的进一步改进，将数字集成电路和模拟集成电路相互结合。

作为本发明的进一步改进，FPAA滤波单元中预留若干接口，用于用户对芯片内部的电路修改实现其他不同功能。

与现有技术相比，本发明有以下优点和有益效果：

1、本设计结构简单，设计人性化，可以根据用户的需求对滤波器的工作方式、滤波种类进行快捷设计，以实现巴斯沃什、切比雪夫I类、切比雪夫II类、贝塞尔以及客户自己设计的各类低通、高通、带通、带阻各种滤波功能。

2、本发明设计可以根据滤波信号的需求对信号进行增益设计，具体设计范围根据选择的CAB模块确定。

3、本发明设计可以根据客户需求结合输入时钟频率和CAB模块电容值设计出各种截至频率。

4、本设计可以实现1-8阶的各种各类滤波器，这使得其可以应用于研发实验调试及高校实验系统中去。

附图说明

图1为本发明应用FPAA技术的程控滤波系统的整体结构框图；

图2为电源模块原理图；

图3为CPLD分频模块原理图；

图4为单片机核心模块原理图；

图5 为FPAA滤波模块原理图。

图中：1、CPLD分频单元；2、单片机核心单元；3、FPAA滤波单元。

具体实现方式

下面结合附图对本发明应用FPAA技术的程控滤波系统进行进一步详细描述。

本发明主要充分利用FPAA技术在线可重构技术，可以在不断电的情况下对电路的参数和结构的切换，使得电路设计比较灵活、设计范围更加广泛。

如图1 所示，本系统主要有三部分组成，CPLD分频单元1、单片机核心单元2、FPAA滤波单元3组成。CPLD分频单元主要应用CPLD在数字分频方面的灵活性快速设计出各种分频要求的硬件电路，为FPAA芯片提供滤波设计所需的各种频率；单片机核心单元有下载电路、存储电路、键盘输入电路、LCD显示电路组成，本单元主要实现对另外两个单元的控制；FPAA滤波单元，主要是由FPAA最小系统构成，它主要实现对待处理的信号进行滤波，同时它也可以实现其他的调理功能。下面单片机以STC89C52RD+为例、CPLD以EPM3218为例、FPAA以AN221E04为例进行说明，芯片的选择依据需求进行相应的修改。

任何系统工作都离不开电源，图2给出了本系统所需的各种电压电路，本系统主要引用到3.3V和5V两种电压，单片机采用5V供电的STC89C52RD+、CPLD选择MAX3000系列中3.3V供电的EPM3128、FPAA芯片选择Anadigm公司的5V供电芯片AN221E04为例进行详尽的说明。

系统通电后，图3中单片机初始化程序启动，并且LCD液晶显示欢迎界面，然后液晶提示相应的设置方式，用户根据提示进行相应操作。根据液晶提示按键进入分频设置，此设置包括CPLD选择的有源晶振的频率值及分频数值，当设计好后单片机内部算法及时的计算出CPLD分频后的频率值并显示在LCD上。下一界面是多滤波器的各种参数的设置，设计完成后确认后进入下一界面提示前面设置的参数，再次确定下用户所需要的各项滤波器的参数。确定键按后，系统就通过单片机依据设置的参数对FPAA模块的进行配置。这样整个硬件电路配置完成。根据液晶提示按键进入第二个界面对频率进行分频设置，此设置包括CPLD选择的有源晶振的频率值及分频数值，当设计好后单片机自动根据参数调用内部算法实时计算出CPLD分频后的频率值并显示在LCD屏幕上以供用户参考。

FPAA模块中预留了许多接口，用户可以根据自己的需要，对芯片内部的电路进行修改进而实现其他不同功能。图4 单片机核心模块原理图，图5 FPAA滤波模块原理图。

FPAA频率设置好后，接下来对FPAA电路进行设置。LCD第三个界面是对滤波器各个参数的设置，这个界面包括滤波器的种类、滤波器的类型、滤波器阶数、信号的增益值、输入信号的数量、输入时钟的二次分频值、滤波器Fc值的设置。根据提示确认后进入设置参数提示界。

第四个界面主要显示前面设置的参数，再次确认下用户所需要的各项滤波器的参数。确定键按后，单片机根据选择滤波器的阶数以及其他功能用到的CAB块个数对电路的基础块进行配置，然后根据不同的参数对选择的CAB块的各个电容值进行配置。这个配置都可以在不断电的前提下实现对电路的设计，使得用户可以在快捷的设计和验证自己的滤波电路。

Claims (3)

1.一种应用FPAA技术的程控滤波系统，包括CPLD分频单元(1)、单片机核心单元(2)、FPAA滤波单元(3)组成，其特征在于：所述CPLD分频单元(1)包括CPLD分频器模块和JTAG接口，用于对时钟信号进行分频；所述单片机核心单元(2)由控制器单片机、下载电路、存储设备、输入设备和LCD显示电路组成，用于对另外两个单元的控制；所述FPAA滤波单元(3)包括FPAA滤波器模块、信号预处理模块和信号后处理模块，用于实现不同性能滤波器功能，所述FPAA滤波单元(3)在不改变外围硬件电路的条件下，实现不同类型、不同种类的滤波电路；所述CPLD分频单元(1)应用CPLD在数字分频方面的灵活性快速设计出各种分频要求的硬件电路，为FPAA芯片提供滤波设计所需的各种频率，利用CPLD可编程功能对时钟频率进行分解以满足FPAA滤波器模块设计时所需要的各种时钟频率。

2.根据权利要求1所述的应用FPAA技术的程控滤波系统，其特征在于：将数字集成电路和模拟集成电路相互结合。

3.根据权利要求1所述的应用FPAA技术的程控滤波系统，其特征在于：所述FPAA滤波单元(3)中预留若干接口，用于用户对芯片内部的电路修改实现其他不同功能。