一种滤波器实训教学模块的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种滤波器实训教学模块，包括用于外接信号源的信源产生模块以及与信源产生模块相接的数字滤波器模块和模拟滤波器模块，所述信源产生模块由依次相接的信号源接口电路和有源低通滤波电路组成；所述数字滤波器模块由依次相接的第一输入缓冲电路、模数转换器、DSP数字信号处理器、数模转换器、第一输出缓冲电路和第一输出信号接口电路组成，所述模拟滤波器模块由依次相接的第二输入缓冲电路、模拟频率补偿电路、第二输出缓冲电路和第二输出信号接口电路组成。本实用新型结构简单，实现成本低，操作学习方便快捷，用于实训教学便于学生全面掌握信号与系统的知识，实用性强，使用效果好，便于推广使用。
【专利说明】一种滤波器实训教学模块
【技术领域】
[0001]本实用新型属于信号与系统实训教学【技术领域】，具体是涉及一种滤波器实训教学模块。
【背景技术】
[0002]滤波器是对特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除的电路，滤波器的设计是信号与系统课程的主要教学内容。频率补偿器是一种特殊的滤波器，根据系统的衰减曲线视不同的频率成分给出不同的放大倍数来拓展通频带。
[0003]现有技术中实训教学课程中的滤波器，大多滤波器都是限制带宽，而拓展信号带宽的实验较少；另外，实训教学项目主要集中在不同的滤波函数对比上，如巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器和椭圆滤波器等，实验大多单纯采用纯模拟电路，对模拟滤波器进行实验，而很少对数字滤波器进行试验；还有些实训教学项目又是单独对数字滤波器进行实验，现有技术中没有同时集成了模拟滤波器与数字滤波器的滤波器实训教学模拟，使得学生缺乏对模拟滤波器和数字滤波器滤波效果的对比学习。
实用新型内容
[0004]本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种滤波器实训教学模块，其结构简单，实现成本低，操作学习方便快捷，用于实训教学便于学生全面掌握信号与系统的知识，实用性强，使用效果好，便于推广使用。
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是:一种滤波器实训教学模块，其特征在于:包括用于外接信号源的信源产生模块以及与信源产生模块相接的数字滤波器模块和模拟滤波器模块，所述信源产生模块由依次相接的信号源接口电路和有源低通滤波电路组成；所述数字滤波器模块由依次相接的第一输入缓冲电路、模数转换器、DSP数字信号处理器、数模转换器、第一输出缓冲电路和第一输出信号接口电路组成，所述模拟滤波器模块由依次相接的第二输入缓冲电路、模拟频率补偿电路、第二输出缓冲电路和第二输出信号接口电路组成。
[0006]上述的一种滤波器实训教学模块，其特征在于:所述有源低通滤波电路由运算放大器U1、电容Cl、电阻Rl和电阻R2组成，所述电阻Rl的一端为有源低通滤波电路的输入端inputl，所述电阻Rl的另一端、电阻R2的一端和电容Cl的一端均与运算放大器Ul的反向输入端相接，所述运算放大器Ul的正向输入端接地，所述运算放大器Ul的输出端为有源低通滤波电路的输出端outputl且与电阻R2的另一端和电容Cl的另一端相接。
[0007]上述的一种滤波器实训教学模块，其特征在于:所述模拟频率补偿电路由运算放大器U2、电容C2、电阻R3和电阻R4组成，所述电容C2的一端与电阻R3的一端相接且为模拟频率补偿电路的输入端input2，所述电容C2的另一端、电阻R3的另一端和电阻R4的一端均与运算放大器U2的反向输入端相接，所述运算放大器U2的正向输入端接地，所述运算放大器U2的输出端为模拟频率补偿电路的输出端0utput2且与电阻R4的另一端相接。[0008]上述的一种滤波器实训教学模块,其特征在于:所述第一输入缓冲电路和第二输入缓冲电路均为电压跟随器电路。
[0009]上述的一种滤波器实训教学模块,其特征在于:所述第一输出缓冲电路和第二输出缓冲电路均为功率放大器电路。
[0010]上述的一种滤波器实训教学模块，其特征在于:所述DSP数字信号处理器为芯片TMS320C5416。
[0011]本实用新型与现有技术相比具有以下优点:
[0012]1、本实用新型的电路结构简单，加工制作方便。
[0013]2、本实用新型的实现成本低，进行实训教学时能够给参加实训的学生每人发一套，便于学生进行学习操作，且操作学习方便快捷。
[0014]3、本实用新型的信源产生模块中设置有有源低通滤波电路，模拟滤波器模块中设置有模拟频率补偿电路，模拟频率补偿电路能够用来拓展通频带，学生通过对有源低通滤波电路和模拟频率补偿电路的调试，便于全面掌握信号与系统的知识。
[0015]4、本实用新型同时集成了模拟滤波器模块与数字滤波器模块，进行实训教学时，学生能够对模拟滤波器和数字滤波器的滤波效果进行对比学习，通过对比便于直观理解两种滤波器的优劣。
[0016]5、本实用新型的实用性强，使用效果好，便于推广使用。
[0017]综上所述，本实用新型结构简单，实现成本低，操作学习方便快捷，用于实训教学便于学生全面掌握信号与系统的知识，实用性强，使用效果好，便于推广使用。
[0018]下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本实用新型的电路原理框图。
[0020]图2为本实用新型有源低通滤波电路的电路原理图。
[0021]图3为本实用新型模拟频率补偿电路的电路原理图。
[0022]附图标记说明:
[0023]I一信源产生模块；1-1 一信号源接口电路；
[0024]1-2—有源低通滤波电路；2—数字滤波器模块；
[0025]2-1—第一输入缓冲电路；2-2—模数转换器；
[0026]2-3—DSP数字信号处理器；2-4—数模转换器；
[0027]2-5—第一输出缓冲电路；2-6—第一输出信号接口电路；
[0028]3—模拟滤波器模块；3-1—第二输入缓冲电路；
[0029]3-2—模拟频率补偿电路；3-3—第二输出缓冲电路；
[0030]3-4一第二输出信号接口电路；4一彳目号源。
【具体实施方式】
[0031]如图1所示，本实用新型包括用于外接信号源4的信源产生模块I以及与信源产生模块I相接的数字滤波器模块2和模拟滤波器模块3，所述信源产生模块I由依次相接的信号源接口电路1-1和有源低通滤波电路1-2组成；所述数字滤波器模块2由依次相接的第一输入缓冲电路2-1、模数转换器2-2、DSP数字信号处理器2-3、数模转换器2_4、第一输出缓冲电路2-5和第一输出信号接口电路2-6组成，所述模拟滤波器模块3由依次相接的第二输入缓冲电路3-1、模拟频率补偿电路3-2、第二输出缓冲电路3-3和第二输出信号接口电路3-4组成。
[0032]如图2所示，本实施例中，所述有源低通滤波电路1-2由运算放大器Ul、电容Cl、电阻Rl和电阻R2组成，所述电阻Rl的一端为有源低通滤波电路1-2的输入端inputl，所述电阻Rl的另一端、电阻R2的一端和电容Cl的一端均与运算放大器Ul的反向输入端相接，所述运算放大器Ul的正向输入端接地，所述运算放大器Ul的输出端为有源低通滤波电路1-2的输出端outputl且与电阻R2的另一端和电容Cl的另一端相接。所述有源低通滤波电路1-2为一阶有源低通滤波电路，截止频率为15.9KHz。
[0033]如图3所示，本实施例中，所述模拟频率补偿电路3-2由运算放大器U2、电容C2、电阻R3和电阻R4组成，所述电容C2的一端与电阻R3的一端相接且为模拟频率补偿电路3-2的输入端input2，所述电容C2的另一端、电阻R3的另一端和电阻R4的一端均与运算放大器U2的反向输入端相接，所述运算放大器U2的正向输入端接地，所述运算放大器U2的输出端为模拟频率补偿电路3-2的输出端output2且与电阻R4的另一端相接。
[0034]本实施例中，所述第一输入缓冲电路2-1和第二输入缓冲电路3-1均为电压跟随器电路。所述第一输出缓冲电路2-5和第二输出缓冲电路3-3均为功率放大器电路。所述DSP数字信号处理器2-3为芯片TMS320C5416。
[0035]具体实施时，模数转换器2-2的分辨率对应的转换位数不低于16位，且能够转换负电压。
[0036]采用本实用新型进行实训教学时，将多个该滤波器实训教学模块分发给多个学生，学生操作时，首先，将信号源4接在信号源接口电路1-1上，并将信号源4的模式设置为扫频模式，扫频范围为IKHz到IOOKHz，信号电压峰峰值为IV，信号源4连续扫频输出，信号经有源低通滤波电路1-2滤波后，大于15.9KHz的高频部分得到衰减；一方面，本实用新型的模拟滤波器模块3为学生提供了学习模拟滤波器的功能，经过有源低通滤波电路1-2滤波后的信号通过第二输入缓冲电路3-1进入模拟频率补偿电路3-2，第二输入缓冲电路3-1在模拟滤波器模块3中起隔离的作用，模拟频率补偿电路3-2将频率大于15.9KHz的信号进行均衡放大，频率小于15.9KHz的信号不受影响，然后经由第二输出缓冲电路3-3后，通过第二输出信号接口电路3-4输出模拟滤波后的信号；另一方面，本实用新型的数字滤波器模块2为学生提供了学习数字滤波器的硬件平台，第一输入缓冲电路2-1在数字滤波器模块2中起隔离的作用，模数转换器2-2用于将模拟信号通过采样编码的方式转换成数字信号，数模转换器2-4用于将离散的数字信号转换成时间上连续变化的模拟信号，第一输出缓冲电路2-5用于实现信号和输出之间的隔离；另外，学生可以将第一输出信号接口电路2-6和第二输出信号接口电路3-4分别连接至双踪示波器的两路通道，测量对比数字滤波器模块2和模拟滤波器模块3输出信号的信噪比、延时、通频带信号平坦度等指标，对比数字滤波器模块2和模拟滤波器模块3达到的滤波结果。
[0037]以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
【权利要求】
1.一种滤波器实训教学模块，其特征在于:包括用于外接信号源(4)的信源产生模块(I)以及与信源产生模块(I)相接的数字滤波器模块(2)和模拟滤波器模块(3)，所述信源产生模块(I)由依次相接的信号源接口电路(1-1)和有源低通滤波电路(1-2)组成；所述数字滤波器模块(2)由依次相接的第一输入缓冲电路(2-1)、模数转换器(2-2)、DSP数字信号处理器(2-3 )、数模转换器(2-4 )、第一输出缓冲电路(2-5 )和第一输出信号接口电路(2-6 )组成，所述模拟滤波器模块(3)由依次相接的第二输入缓冲电路(3-1)、模拟频率补偿电路(3-2)、第二输出缓冲电路(3-3)和第二输出信号接口电路(3-4)组成。
2.按照权利要求1所述的一种滤波器实训教学模块，其特征在于:所述有源低通滤波电路(1-2)由运算放大器U1、电容Cl、电阻Rl和电阻R2组成，所述电阻Rl的一端为有源低通滤波电路(1-2)的输入端inputl，所述电阻Rl的另一端、电阻R2的一端和电容Cl的一端均与运算放大器Ul的反向输入端相接，所述运算放大器Ul的正向输入端接地，所述运算放大器Ul的输出端为有源低通滤波电路(1-2)的输出端outputl且与电阻R2的另一端和电容Cl的另一端相接。
3.按照权利要求1所述的一种滤波器实训教学模块，其特征在于:所述模拟频率补偿电路(3-2)由运算放大器U2、电容C2、电阻R3和电阻R4组成，所述电容C2的一端与电阻R3的一端相接且为模拟频率补偿电路(3-2)的输入端input2，所述电容C2的另一端、电阻R3的另一端和电阻R4的一端均与运算放大器U2的反向输入端相接，所述运算放大器U2的正向输入端接地，所述运算放大器U2的输出端为模拟频率补偿电路(3-2)的输出端0utput2且与电阻R4的另一端相接。
4.按照权利要求1所述的一种滤波器实训教学模块，其特征在于:所述第一输入缓冲电路(2-1)和第二输入缓冲电路(3-1)均为电压跟随器电路。
5.按照权利要求1所述的一种滤波器实训教学模块，其特征在于:所述第一输出缓冲电路(2-5)和第二输出缓冲电路(3-3)均为功率放大器电路。
6.按照权利要求1所述的一种滤波器实训教学模块，其特征在于:所述DSP数字信号处理器(2-3)为芯片TMS320C5416。
【文档编号】H03H17/02GK203747765SQ201420144169
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年3月27日 优先权日:2014年3月27日
【发明者】景宁波, 尚长春, 柴钰, 安静宇, 张奇 申请人:西安科技大学