低通滤波器的设计

课  程  设  计

（说明书）

低通滤波器的设计

班级 / 学号 

学 生 姓 名 

指 导 教 师 

沈阳航空航天大学

课 程 名 称             电子技术综合课程设计               

院（系）         专业     

班级       学号     姓名  

课程设计题目             低通滤波器的设计                  

课程设计时间: 年  月  日 至  年  月 1日

课程设计的内容及要求： 

一、设计说明

设计一个低通滤波器。低通滤波器在工业现场主要用于信号的滤波，提高有效信号的信噪比。实际环境下的有效信号一般是传感器输出信号或通信传输的信号。目前随着计算机技术的快速发展，诞生了很多方便的设计软件，例如：TI公司的FilterPro,就是一款很好的滤波器设计软件，本次设计建议使用。

二、技术指标

1．截止频率10Hz，通带增益20dB；截止带增益-30dB。

三、设计要求

1．设计建议采用TI公司的FilterPro滤波器设计软件。

2．输入信号为正弦波，要求通过示波器观测输入输出的相位差。

3．要求将输出正弦波整形为方波并设计电路测量输出方波信号频率。

4．可以考虑频率输出信号与频率测量电路之间增加光电隔离。

5．画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。

四、实验要求

1．根据技术指标制定实验方案。

2．部分仿真或实际验证所设计的电路。

3．进行实验数据处理和分析。

五、推荐参考资料

1.姚福安. 电子电路设计与实践[M]济南：山东科学技术出版社，2001年

2.阎石. 数字电子技术基础. [M]北京：高等教育出版社，2006年

3.刘贵栋主编.电子电路的Multisim仿真实践[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2008年

4.童诗白、华成英主编.模拟电子技术基础,[M]北京：高等教育出版社，2007年.

六、按照要求撰写课程设计报告

指导教师                           年    月    日

负责教师                           年    月    日

学生签字                           年    月    日

成绩评定表

评语、建议或需要说明的问题：

    滤波器（filter），是一种用来消除干扰的器件，它的主要作用是让有用信号尽可能无衰减的通过，对无用信号尽可能大的衰减。其功能就是得到一个特定频率或消除一个特定频率。

低通滤波器是一个可以通过低频信号，但是对于高频信号会产生抑制或衰减的部件。理想滤波器电路的频响在通带内应具有一定幅值和线性相移，而在阻带内其幅值应为零。但是实际滤波器不能达到理想要求。

本设计为低通滤波器，其用途为接收低频信号并显示其频率。通过采用TI公司的FilterPro滤波器设计软件，通过输入截止频率10Hz，通带增益20dB；截止带增益-30dB后经过自动分析处理后直接算出滤波器的性能及所有滤波器原件的值得到低通滤波器电路图。将此低通滤波器输出的正弦波信号通过施密特触发器后，得到了与输入正弦波频率相同的方波。若想直接得到通过滤波器的信号频率，可以通过设计电路测量输出方波信号频率，进而得到输入信号的频率并通过数码管直接显示出来一目了然。

此滤波器结构简单、操作方便、浅显易懂、可以直接读取信号频率。

二、方案论证

本设计的方案为先通过采用TI公司的FilterPro滤波器设计软件设计出符合条件的低通滤波器，然后与施密特触发器相连，得到与输入正弦波频率相同的方波，最后设计一个方波频率测量电路，测量其频率就可以得到输入正弦波的频率。

系统功能框图如图1所示

低通

滤波器

图1功能框图

     本设计是由TI公司的FilterPro滤波器设计软件直接设计生成的滤波器电路，FilterPro是一款强大的滤波器设计软件，研发时间断、成本比较低、产品开发投放市场快。与其它的类型的滤波器不同的是，它支持三种最常见的全极点滤波器类型：巴特沃兹（最大幅度平坦度）、切比雪夫（等纹波幅度）及贝塞尔（最大延迟时间平坦度）。此软件是经过了一系列精确细致的运算，得到更为理想的低通滤波器，误差范围更小，产生效果更明显，更易于大家认可和接受。利用施密特触发器状态转换过程中的正反馈作用，可以将边沿变化缓慢的周期性信号变换为边沿很陡的矩形脉冲信号。具有科学性和正确性。本设计可以使用频率低于10Hz的信号通过，经过多次仿真测试，此滤波器满足将输入的正弦波通过施密特触发器对信号整形为方波，然后将输出方波信号通过单稳态触发器做定时器1s后测出通过方波的周期数即为该波的频率，满足了设计要求，经过对信号进行处理后可通过数码管可直接显示出来。

三、电路设计

1、低通滤波器的设计

    由TI公司的FilterPro滤波器设计软件可直接设计生成低通滤波器，将软件打开后，Step1首先选择Lowpass低通滤波器，Next下一步到条件设定Step2，Gain (Ao):为通带增益20dB，Allowable Passband Ripple (Rp):默认为1db, Stopband Frequency (fs):截止频率10Hz, Stopband Attenuation (Asb): 截止带增益-30dB。将条件填写完整后，Next下一步转到Step3,Filter Response滤波器响应方式：Gain(dB),Response Type反映类型:Butterworth。进入下一步Stept4：Filter Topology滤波器拓扑:Multiple-Feedback多反馈，最后Finish结束后生成滤波器电路图如图2：

图2生成滤波器电路图

2、矩形波的产生

  用555芯片设计的施密特触发器电路 如图3

施密特触发器输出状态的转换取决于输入信号的变化过程，即输入信号从低电平上升的过程中，电路状态转换时，对应的输入电平VT+与输入信号从高电平下降过程中对应的输入转换电平VT-不同，其中VT+称为正向阔值电压，VT-称为负向阔值电压。另外由于施密特触发器内部存在正反馈，所以输出电压波形的边沿很陡。