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摘要：本作品以EP2C5T144C8 FPGA开发板与C8051F020单片机为控制核心，设计并制作了工作频率为10KHZ～100KHZ的自适应滤波器。该作品由加法器部分，移相器部分和自适应滤波器部分构成。加法器由高精度CMOS运算放大器OPA2727实现，可实现C=A+B;移相器由高精度CMOS运算放大器OPA2727实现，可实现10KHZ～100KHZ内点频0～180°手动连续可变相移，幅度放大倍数为1;自适应滤波器部分主要由FPGA和单片机实现，可大体上还原输入主波形，滤去杂波。该作品基本成功实现了项目的基本要求1和2，基本要求3有几个指标未达到。
关键词：自适应滤波器;OPA2727;FPGA;单片机
1方案设计与论证
1.1加法器
方案一：采用双运算放大器1m358，根据加法器的原理直接搭建电路。但由于1m358在题目要求频率内会失真，因此无法达到要求。
方案二：采用高精度CMOS运算放大器OPA2727，根据加法器的原理直接搭建电路。
采取方案二。
1.2移相器
方案一：采用高精度CMOS运算放大器OPA2727，根据移相电路的原理实现0～180°相位位移。
方案二：采用双运算放大器1m358，根据移相电路的原理实现0～180°相位位移。但1m358在频率范围内会失真，不能采用。
采用方案一。
1.3自适应滤波器
方案一：采用C8051F020单片机检测包络线，利用数字电位器进行移相，再用单片机检测包络线是否平整来判断是否去除了杂波。但是单片机的ADC采集速度无法达到频率要求。
方案二：采用EP2C5T144C8 FPGA开发板采样一定时间内信号峰值的峰值，并与滤波后的峰值相比较，利用数字电位器调整相位，通过多次自动调整实现杂波的消除。FPGA运算速度快，采样频率高，实现方便，十分符合项目要求。
方案三：采用LMS算法，将模拟信号经过AD转换后输入到DSP芯片中进行数字滤波。该方法精度高，但实现难度高，难以实现。
因此选择方案二。
2理论分析与计算
2.1加法器与移相器分析
加法器公式如（1）。
Uo=Rf*（U1/R1+U2/R2） （1）
移相器利用滞后移相180°典型电路。1个移相器实际无法达成180°移相，因此本设计使用了2个0～180°移相器。
2.2自适应滤波器部分分析
从加法器和移相器输出的信号进入FPGA测量峰值的峰值，并给单片机发送一个信号，以此控制数字电位器使杂波移位，最后经过减法器将杂波减去。以此滤去杂波。
3电路与程序设计
3.1加法器与移相器设计
利用OPA2727实现加法器与移相器。
3.2自适应滤波器设计
自适应滤波器原理框图如下。通过FPGA采集波形的包络线进行判断，并通过数字电位器改变噪声的相位，将噪声去除。基本电路分为3块，分别为移相电路，超前补偿电路，减法器。通过移相电路改变噪声波的相位;通过超前补偿电路将移相电路的最小相位调整为0°;通过减法器将噪声滤去。
3.3系统程序设计
FPGA接收波信号，输出一个信号至单片机，单片机通过接受FPGA发送来的信号控制INC、U/D和CS，以此控制数字电位器对杂声波进行移相。移相并经过减法器后的波形输入至FPGA与之前的信号进行比较。以此改变输出至单片机的信号。
4系统测试
4.1测试仪器
数字示波器，函数信号发生器，直流电源。
4.2.1加法器测试
在10kHZ～100kHZ范围内，可实现C=A+B。考虑到使用2個信号发生器时相位不同，因此用一个信号发生器输入至2个输入端口。
4.2.2移相器测试
在10kHZ～100kHZ范围内，可进行0～180°移相，放大倍数为1。
4.2.4系统总测试
第一次测试，系统的输入有用信号频率为10KHZ，VPP=1V，干扰信号频率为9.9KHZ，VPP=1V，输出信号E有轻微波动，VPP为1.2V，频率为10.10KHZ。第二次测试，系统的输入有用信号频率为10KHZ，VPP=1V，干扰信号频率为20KHZ，VPP=1V，输出信号E与有用信号基本一致，VPP为1.04V，频率为10.08KHZ。第三次测试，系统的输入有用信号频率为10KHZ，VPP=1V，干扰信号频率为11KHZ，VPP=1.2V，输出信号E的VPP为1.08V，频率为10.08V。
4.3测试结果分析
经过对系统的测试，该系统在频率差较大时，如相差10KHZ，可以实现信号的自适应滤波，VPP和频率可以达到题目要求。而在频率差较小时，如相差100HZ，无法实现幅度的变化要求，但可以实现频率的变化要求。在频率相差1KHZ时，VPP与频率均可实现。因此该系统成功实现了频率的自适应滤波，而在输入的两信号频率较近时，幅度的要求无法达到。总体上基本达到了题目的要求。
5实验总结
本系统综合利用了FPGA和单片机，并通过数字电位器和减法器滤去杂波，成功实现了自适应滤波器的功能。加法器与移相器通过运放实现效果。移相器的移相效果与移相电路的电容和电阻都有关，不同的电容电阻会导致不同的相移。经过测试，本系统在10kHZ～100kHZ内可以实现加法器和移相器功能，自适应滤波器输出的波形不稳定。每一级都留有测试点，利于直接测量。
关键词：自适应滤波器;OPA2727;FPGA;单片机
1方案设计与论证
1.1加法器
方案一：采用双运算放大器1m358，根据加法器的原理直接搭建电路。但由于1m358在题目要求频率内会失真，因此无法达到要求。
方案二：采用高精度CMOS运算放大器OPA2727，根据加法器的原理直接搭建电路。
采取方案二。
1.2移相器
方案一：采用高精度CMOS运算放大器OPA2727，根据移相电路的原理实现0～180°相位位移。
方案二：采用双运算放大器1m358，根据移相电路的原理实现0～180°相位位移。但1m358在频率范围内会失真，不能采用。
采用方案一。
1.3自适应滤波器
方案一：采用C8051F020单片机检测包络线，利用数字电位器进行移相，再用单片机检测包络线是否平整来判断是否去除了杂波。但是单片机的ADC采集速度无法达到频率要求。
方案二：采用EP2C5T144C8 FPGA开发板采样一定时间内信号峰值的峰值，并与滤波后的峰值相比较，利用数字电位器调整相位，通过多次自动调整实现杂波的消除。FPGA运算速度快，采样频率高，实现方便，十分符合项目要求。
方案三：采用LMS算法，将模拟信号经过AD转换后输入到DSP芯片中进行数字滤波。该方法精度高，但实现难度高，难以实现。
因此选择方案二。
2理论分析与计算
2.1加法器与移相器分析
加法器公式如（1）。
Uo=Rf*（U1/R1+U2/R2） （1）
移相器利用滞后移相180°典型电路。1个移相器实际无法达成180°移相，因此本设计使用了2个0～180°移相器。
2.2自适应滤波器部分分析
从加法器和移相器输出的信号进入FPGA测量峰值的峰值，并给单片机发送一个信号，以此控制数字电位器使杂波移位，最后经过减法器将杂波减去。以此滤去杂波。
3电路与程序设计
3.1加法器与移相器设计
利用OPA2727实现加法器与移相器。
3.2自适应滤波器设计
自适应滤波器原理框图如下。通过FPGA采集波形的包络线进行判断，并通过数字电位器改变噪声的相位，将噪声去除。基本电路分为3块，分别为移相电路，超前补偿电路，减法器。通过移相电路改变噪声波的相位;通过超前补偿电路将移相电路的最小相位调整为0°;通过减法器将噪声滤去。
3.3系统程序设计
FPGA接收波信号，输出一个信号至单片机，单片机通过接受FPGA发送来的信号控制INC、U/D和CS，以此控制数字电位器对杂声波进行移相。移相并经过减法器后的波形输入至FPGA与之前的信号进行比较。以此改变输出至单片机的信号。
4系统测试
4.1测试仪器
数字示波器，函数信号发生器，直流电源。
4.2.1加法器测试
在10kHZ～100kHZ范围内，可实现C=A+B。考虑到使用2個信号发生器时相位不同，因此用一个信号发生器输入至2个输入端口。
4.2.2移相器测试
在10kHZ～100kHZ范围内，可进行0～180°移相，放大倍数为1。
4.2.4系统总测试
第一次测试，系统的输入有用信号频率为10KHZ，VPP=1V，干扰信号频率为9.9KHZ，VPP=1V，输出信号E有轻微波动，VPP为1.2V，频率为10.10KHZ。第二次测试，系统的输入有用信号频率为10KHZ，VPP=1V，干扰信号频率为20KHZ，VPP=1V，输出信号E与有用信号基本一致，VPP为1.04V，频率为10.08KHZ。第三次测试，系统的输入有用信号频率为10KHZ，VPP=1V，干扰信号频率为11KHZ，VPP=1.2V，输出信号E的VPP为1.08V，频率为10.08V。
4.3测试结果分析
经过对系统的测试，该系统在频率差较大时，如相差10KHZ，可以实现信号的自适应滤波，VPP和频率可以达到题目要求。而在频率差较小时，如相差100HZ，无法实现幅度的变化要求，但可以实现频率的变化要求。在频率相差1KHZ时，VPP与频率均可实现。因此该系统成功实现了频率的自适应滤波，而在输入的两信号频率较近时，幅度的要求无法达到。总体上基本达到了题目的要求。
5实验总结
本系统综合利用了FPGA和单片机，并通过数字电位器和减法器滤去杂波，成功实现了自适应滤波器的功能。加法器与移相器通过运放实现效果。移相器的移相效果与移相电路的电容和电阻都有关，不同的电容电阻会导致不同的相移。经过测试，本系统在10kHZ～100kHZ内可以实现加法器和移相器功能，自适应滤波器输出的波形不稳定。每一级都留有测试点，利于直接测量。