#第七届立创电赛#程控增益可变滤波器 - 立创电子设计大赛

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注：* 为必填项 请在报名阶段填写 ↓ <h3 class="paragraph text-align-type-left pap-line-1.3 pap-line-rule-auto pap-spacing-before-3pt pap-spacing-after-3pt" style="line-height: 1.8;">* 1、项目功能介绍</h3> 该装置包括放大器增益可调和滤波器工作模式及工作频率可调。此装置可广泛应用于信号处理、仪器仪表和工业控制等方面。以下为详细功能介绍： （1）放大器输入正弦信号电压峰峰值为20mV，电压增益为40dB，增益10dB步进可调，通频带为100Hz～40kHz，放大器输出电压无明显失真； （2）滤波器可设置为低通滤波器，其-3dB截止频率fc在1kHz～20kHz范围内可调，调节的频率步进为1kHz，2fc处放大器与滤波器的总电压增益不大于30dB, RL=1kΩ。 （3）滤波器可设置为高通滤波器，其-3dB截止频率fc在1kHz～20kHz范围内可调，调节的频率步进为1kHz，0.5fc处放大器与滤波器的总电压增益不大于30dB, RL=1kΩ 注：主题不限，可以是解决生活/工作中的某个问题、为某个人群/场景设计的方案、毕业设计/课程设计/DIY项目/纯属炫酷项目等。主要讲一下自己通过什么手段解决了什么问题。 <h3 class="paragraph text-align-type-left pap-line-1.3 pap-line-rule-auto pap-spacing-before-3pt pap-spacing-after-3pt" style="line-height: 1.8;">*2、项目属性</h3> <hr class="horizontal-splitline normal-bold-2"> 该项目并非首次公开；原创； 注：请说明项目是否首次公开；项目是否为原创；项目是否曾经在其他比赛中获奖，若有获奖则叙述获奖详情；项目是否在学校参加过答辩。 <h3 class="paragraph text-align-type-left pap-line-1.3 pap-line-rule-auto pap-spacing-before-3pt pap-spacing-after-3pt" style="line-height: 1.8;">* 3、开源协议</h3> GPL3.0开源协议，禁止用于商业。 注：利他即利己，请认真阅读下述内容。 <ol style="line-height: 1.8;"> <li class="paragraph text-align-type-left pap-line-1.3 pap-line-rule-auto pap-spacing-before-3pt pap-spacing-after-3pt pap-hanging-indent-1.6em" style="line-height: 1.8;">拥抱开源，赋予项目无限价值。建议项目核心功能开源80%以上；</li> <li class="paragraph text-align-type-left pap-line-1.3 pap-line-rule-auto pap-spacing-before-3pt pap-spacing-after-3pt pap-hanging-indent-1.6em" style="line-height: 1.8;">若某一部分功能不可替代且删掉之后项目无法解决对应的问题，则这一部分实现的功能就是项目的核心功能；比如设计了一台电子负载且设计了一款上位机软件监控功率变化，则电子负载为核心功能，上位机软件为辅助功能；比如电子负载中使用了一款隔离485模块与上位机通信，则此485模块实现的通讯功能为辅助功能；</li> <li class="paragraph text-align-type-left pap-line-1.3 pap-line-rule-auto pap-spacing-before-3pt pap-spacing-after-3pt pap-hanging-indent-1.6em" style="line-height: 1.8;">项目应选择适合自己的<a href="/posts/98fdb2accd754af7b51990790db3b47a" target="_blank">开源协议</a>，若项目引用其他开源项目，应注明来源并遵循原作者的开源协议规定；原创项目推荐使用GPL3.0开源协议；</li> <li class="paragraph text-align-type-left pap-line-1.3 pap-line-rule-auto pap-spacing-before-3pt pap-spacing-after-3pt pap-hanging-indent-1.6em" style="line-height: 1.8;">直接引用开源项目的原电路或原代码实现的功能不可作为自己项目的核心功能、使用市场上通用模块直接实现的功能不可作为自己项目的核心功能。</li> </ol> 请在竞赛阶段填写 ↓ <h3 class="paragraph text-align-type-left pap-line-1.3 pap-line-rule-auto pap-spacing-before-3pt pap-spacing-after-3pt" style="line-height: 1.8;">*4、硬件</h3> 本设计的硬件部分包括四个部分：程控放大电路、程控滤波电路、主控电路、电源电路。 (1)程控放大电路的设计 本系统采用由AD公司生产的压控放大器AD603来实现增益可调节，AD603的增益可随外部参考电压线性变化，AD603有三种工作模式，其对应的增益控制范围分别为-11.07dB ~ +31.07dB、-1dB ~ +41dB 、+8.92dB ~ +51.07dB，其中第一种模式带宽最宽。 本设计采用模式一即增益设置范围为-11.07dB ~ +31.07dB 、带宽为90MHz、输入控制电压为-0.5 ~ +0.5V。增益和控制电压的关系为：G=40Vg+10。为了满足0 ~ 40dB的要求以及预留扩展更高的增益，故采用两级串联，增益范围可达到-22.14dB ~ +62.14dB。另外由于AD603输入阻抗只有100Ω，所以在输入端并联了100Ω的电阻使得模块的输入阻抗为50Ω，与信号发生器的内阻相匹配。其中电位器可微调输出波形的直流偏移量。原理图如图所示，其中带通滤波器的频带范围为100Hz～40kHz，用来滤除干扰。 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/ZBgRTMbdAQ7vGXgNqkTEZzWGn0bFZyuKizE6nTOU.png" width="692" height="261"> PCB仿真图如下： <img src="//image.lceda.cn/pullimage/uw9fkJbikOtP6smbQpwTEE2SRPAy2OndguXtvPwc.jpeg" width="410" height="382"> （2）程控滤波电路的设计 LTC1068集成芯片内部原理框图如图所示，它由四个同样的时钟可调的二阶滤波器所组成，设计时采用串联形式，滤波器阶数可达到八阶，远远超过预期值。 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/1cwwjcx5cXUczEvue9jDxdV2vWGX6HoEJvJO6M7r.png" width="383" height="355"> 单个滤波单元的设计如下图（图中电容Cc的值是通过实验确定，其作用是调节带宽增益误差） <img src="//image.lceda.cn/pullimage/PnH5N2vIib3iVZJoRp4ynZKujvi22tJHxqPJ7MJr.png" width="404" height="200"> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/mCUR8Pd6YYgFh9ih1JYe1Aqi0o79xPYLoURgF6eZ.png" width="402" height="150"> 另外由于开关电容式滤波器需要外部时钟信号驱动，导致滤波器在输出时信号波形上叠加了和时钟信号同步的矩形波，从而使得整个波形呈现出锯齿状。为了改善这一缺点，本设计采用二阶低通滤波器去掉有用信号里面的时钟干扰信号，考虑到整个系统的带宽以及二阶滤波器本身没有很陡峭的截止频率，本设计将滤波器的截止频率设置为100kHz，如下图所示，其中R27默认不焊，R28短接，运放采用常见的OP27即可。 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/hB0LwVUJTjq6AzjTIzfU2l7UqZD9nzJoadzdOlL0.png" width="453" height="270"> 在时钟输入部分，由于DDS模块输出的方波频率范围有限，这里采用轨到轨输出芯片TLV3501构成比较器电路，可以将正弦波转换为方波，并且可以保证输出时钟信号的高电平为5V低电平接近0V。原理图如下： <img src="//image.lceda.cn/pullimage/yyA5rKyMQ3Ev0vMIG6aaQwrw3Etj1sWQWc2dOqpU.png" width="455" height="240"> 原理图、PCB仿真图如下： <img src="//image.lceda.cn/pullimage/secEuwWJrLLR9ELhvoipDfgZx1xTuJ8aEdJOKCmQ.png" width="457" height="321"> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/kKj0o1BWM6MINF9AyyJBStPxdENeMDzuuaOqrVyh.jpeg" width="455" height="446"> （3）主控电路的设计 为了满足硬件部分的两个要求：电压控制增益以及需要提供2MHz以内的时钟信号；综合考虑采用主控STM32F103RCT6和AD9833DDS模块来实现，其中STM32F103RCT6内部集成有DAC就可以省去外接DAC转换器的麻烦；AD9833模块价格便宜，输出信号刚好达到要求。原理图和PCB仿真图如下：<img src="//image.lceda.cn/pullimage/Kj1jWTcP2XXG3eH0dkqFPtKXZla0zhgXALvEzrCD.png" width="451" height="368"> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/hisiGdcmhrvlOVHGlPH9P98osg8I12WG8KvgIrg6.png" width="453" height="278"> （4）电源电路的设计 由于本系统所采用的大多都是精密运放芯片，为了保证芯片的性能和减少电路的噪声干扰，必须采用低纹波的线性电源，这里使用的是常见的LM78XX和LM79XX系列，电路简单且性能良好。与开关电源不同的是，线性电源的功率不高，但其输出电压的纹波非常小，有利于给芯片提供更加干净的供电电压。 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/8vgciJUi0yGnFeLNvxytVseFxsDtbjW9fibkGpiD.png" width="462" height="234"> 注：推荐使用<a href="https://lceda.cn/editor" target="_blank">嘉立创EDA</a>。若选择其他EDA工具，请在附件上传PDF格式的原理图，PDF格式的PCB图纸，Gerber格式的PCB文件。这里可以详细说明您的项目实现原理和机制、注意事项、调试方法、测试方法等。推荐图文并茂的形式向别人介绍您的想法。 <h3 class="paragraph text-align-type-left pap-line-1.3 pap-line-rule-auto pap-spacing-before-3pt pap-spacing-after-3pt" style="line-height: 1.8;">*5、软件部分</h3> <hr class="horizontal-splitline normal-bold-2"> 本设计的软件部分主要包括键盘模块、参数显示模块、程控放大模块、程控滤波模块。 (1)UI界面模块包括：按键控制模块与显示模块。 键盘模块实现的功能：在按键部分采用了3个独立按键，分别可以实现控制放大器的增益、控制时钟产生模块的时钟频率加减和选择高通、低通滤波器模式的功能。 显示模块实现功能：当模拟按键按下后即可显示当前的放大器增益、滤波器的工作模式、滤波器的截止频率。 (2)程控放大模块实现的功能：通过STM32单片机内部DAC发出不同的直流电压控制压控放大器AD603的增益变化，实现0 ~ 40dB可调。 (3)程控滤波模块实现功能: 通过STM32单片机给AD9833芯片串行输入频率码，通过改变读取ROM的地址数目，即可产生所需频率的信号。另外通过STM32单片机控制继电器的通断，以此控制不同的通道导通来实现设置不同的滤波器模式的功能。 以下为软件流程图： <img src="//image.lceda.cn/pullimage/k1kGL0nT169cGCxLCQNZr5WQqDiPDmPfXAiKtHtW.png" width="444" height="612"> 注：若您的项目涉及软件开发，请在附件上传对应的工程源码。这里可以详细说明您的软件流程图、功能模块框图、相关算法的解释或科普、源码结构、编译环境的搭建和配置、源码编译方法、程序烧录方法等。推荐图文并茂的形式向别人介绍您的想法。 <h3 class="paragraph text-align-type-left pap-line-1.3 pap-line-rule-auto pap-spacing-before-3pt pap-spacing-after-3pt" style="line-height: 1.8;">*6、BOM清单</h3> <hr class="horizontal-splitline normal-bold-2"> 程控放大模块: <img src="//image.lceda.cn/pullimage/3PdmhLLRJdE61W0JuMkXh12MPLlErCRYBRil2XxQ.png" width="556" height="582">程控滤波模块： <img src="//image.lceda.cn/pullimage/TsvgmGarGsbFNM7gFhU1Ruqut65Z0nyF0j5Uf5Da.png" width="559" height="744"> 电源模块： <img src="//image.lceda.cn/pullimage/YNRZpgBhG2K0pdLOOc2qwgCXBLU3omKz4PZDP5Ta.png" width="560" height="207"> 主控模块： <img src="//image.lceda.cn/pullimage/yelldle4KYpLtnBtpuAWa9PfmaurS0iShynWpEgf.png" width="563" height="183"> 注：项目涉及的BOM清单。这个位置请上传BOM的截图。清单详情请以PDF的格式上传到附件中。建议包括型号、品牌、名称、封装、采购渠道、用途等内容。具体内容和形式应以表达清楚项目构成为准。 <h3 class="paragraph text-align-type-left pap-line-1.3 pap-line-rule-auto pap-spacing-before-3pt pap-spacing-after-3pt" style="line-height: 1.8;">*7、大赛LOGO验证</h3> <hr class="horizontal-splitline normal-bold-2"> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/ls6RoYWk9axKOz4BCUgzh5IVPdsPWx4CUp5TvkNt.png" width="412" height="352"> 请上传包含大赛logo的项目图片，logo以丝印形式印刷在PCB上面。 点击zip下载大赛logo标识！ <a href="https://image.lceda.cn/easyedaResource/images/%E7%AB%8B%E5%88%9B%E7%94%B5%E8%B5%9B%E6%A0%87%E8%AF%86.rar" target="_blank">（大赛标识）.zip</a> <h3 class="paragraph text-align-type-left pap-line-1.3 pap-line-rule-auto pap-spacing-before-3pt pap-spacing-after-3pt" style="line-height: 1.8;">* 8、演示您的项目并录制成视频上传</h3> <hr class="horizontal-splitline normal-bold-2"> 程控增益可变滤波器-作品介绍：<a href="https://www.bilibili.com/video/BV1aB4y137uR/?vd_source=20bb43e507bc7aecff5742634c2a3bae" target="_blank">程控增益可变滤波器-作品介绍，第七届立创电子设计开源大赛_哔哩哔哩_bilibili</a> 程控增益可变滤波器-功能测试：<a href="https://www.bilibili.com/video/BV1Pe411u7uJ/?vd_source=20bb43e507bc7aecff5742634c2a3bae" target="_blank">程控增益可变滤波器-功能测试，第七届立创电子设计开源大赛_哔哩哔哩_bilibili</a> 视频要求：请横屏拍摄，分辨率不低于1280×720，格式Mp4/Mov，单个视频大小限100M内； 视频标题：立创电赛：{项目名称}-{视频模块名称}；如立创电赛：《自动驾驶》-团队介绍。 更多详情：<a href="/posts/06c94d90c2c447dfbd9ed7339ff4a5b1" target="_blank">https://diy.szlcsc.com/posts/d76d9cb41705430e9a54e7a5feed07a5</a>

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立创电赛 2022-08-29 15:58:30 回复

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立创电赛 2022-11-23 15:52:00 回复

恭喜您在“国民技术N32 MCU杯”第七届立创电子设计开源大赛中获得鼓励奖，更多详情见：<a href="https://diy.szlcsc.com/posts/ce62d5686424460db0a26a6b90277d78" target="_blank">https://diy.szlcsc.com/posts/ce62d5686424460db0a26a6b90277d78</a>

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