電子通信系統領域經常用濾波器來處理和抑制系統信號的噪聲信號, 濾波器按其功能可分為:低通、高通、帶通三種。以高通濾波器為例, 如果此濾波器不可調節, 即截至頻率是固定不變, 這給許多系統信號處理帶來麻煩, 嚴重影響信號傳輸質量。如果某個系統輸入時鐘頻率發生改變, 其濾波器的截止頻率不能隨著變換, 這會導致整個系統信號出現失真等問題。
一、系統總體設計
如圖1所示, 系統由處理器實現EEPROM/SD存儲及LCD觸摸屏顯示并操作控制ADG1207模擬開關來調整二階高通濾波器電阻接入的不同阻值, 來實現濾波器切換不同的濾波頻率等級。系統包括LCD觸摸顯示模塊、ARM控制模塊、現場可編程門陣列FPGA集成電路、開關電容濾波器、模擬開關及濾波電路。系統通過ARMCortex-M332位RISC處理器, 驅動LCD觸摸顯示屏來實現友好的人機交換操作界面, 達到一目了然的信息顯示及操作。通過ARM處理器來對FPGA/CPLD進行信息交換;FPGA/CPLD收到ARM的需求信息后, 實現多通道同步無級調頻算法輸出無級可調頻率控制開關電容型濾波器及組合邏輯控制模擬開關及濾波電路;實現多通道濾波器的多等級 (無級) 可調、可編程、可組態選擇多種濾波方式的濾波器包括低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器。
二、FPGA與ARM通信
如圖2所示該模塊為FPGA設計原理圖, 該模塊主要包括內部控制寄存器、ARM接口電路、存儲器接口電路等模塊。FPGA控制寄存器與ARM控制板采用SPI接口通信, 每次可以傳輸24位數據, 高16位為數據位或高20位為地址位, 低4位用于控制位。系統接受到寫操作指令時, 將高20位地址和低4位控制位存到地址寄存器中, 再將16位數據存放到數據寄存器中, 并設置好標志位;當系統接受到讀操作指令時, 系統查看地址寄存器中的20位地址及4位寫控制命令, 并再把16位數據寫入數據寄存器, 當ARM延時時間到時, 發送到ARM, 系統通過標志位判別數據正確與否。
三、LCD觸摸屏電路
如圖3所示, 本系統觸摸屏電路是電阻式的, 電阻式觸摸屏主要原理是:通過電路的電壓變化范圍, 來識別外部觸摸按下標志位, 觸摸屏X電阻面是原點標志位, 通電最小電壓處為Y電阻面。系統數據獲取時先采集觸摸屏對角坐標數據, 根據采集數據確定坐標系。
四、開關電容型濾波器電路
開關電容濾波器的電路連接如圖4所示, 開關電容濾波器采用的是對模擬連續信號直接進行數據采樣和處理的有源濾波器。A/D轉換器選用ARM內部集成的, D/A轉換器受FPGA內部控制寄存器控制, 系統從高位到低位依次提取逐位比較。
五、總結
本系統提出的一種基于ARM和FPGA的濾波器, 與傳統技術相比較, 具有明顯優勢: (1) 濾波器通過LCD觸摸屏可以直接設置濾波器的參數, 實現在線編程; (2) ARM和FPGA技術結合, 可以實現高通濾波器、低通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器組態可編程選擇; (3) 開關電容濾波器的設計具有適用范圍廣、低功耗、高可靠性、小型化以及低成本的優點。
摘要：傳統信號噪聲抑制電路一般采用濾波器實現, 但是濾波器的截止頻率和切換方式一般是固定的, 這給電路設計、調試帶來了很大不便。本文提出一款基于ARM和FPGA技術的濾波器, 可以通過LCD觸摸屏直觀的操作設置濾波器的參數選擇及可編程組態, 實現多通道多等級 (無級調整) 濾波頻率點調整選擇, 系統體積小、通道多、智能化可編程操作、方便、易用。
關鍵詞：濾波器,多通道,控制器
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