郭成鈞　胡佳文　袁匯豐

摘要：自適應(yīng)濾波器是指根據(jù)環(huán)境的改變，使用自適應(yīng)算法來改變?yōu)V波器的參數(shù)和結(jié)構(gòu)的濾波器。自適應(yīng)濾波器的最重要的特征就在于它能夠在未知環(huán)境中有效工作，并能夠跟蹤輸入信號的時變特征。本次的設(shè)計主要由加法器、移相電路和自適應(yīng)濾波器組成。設(shè)計采用加法器將有用信號與干擾信號疊加成混合信號，移相電路能做到將10KHz-100KHz的混合信號進行0-180度移相。通過自適應(yīng)濾波器，采用干擾抵消等方法，濾除干擾信號，能從混合信號中恢復(fù)出有用信號。

關(guān)鍵詞：加法器；移相電路；濾波

中圖分類號：TN713 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）02-0172-02

隨著數(shù)字式電子計算機技術(shù)的產(chǎn)生和飛速發(fā)展，為了便于計算機對信號進行處理，產(chǎn)生了在抽樣定理指導下將連續(xù)時間信號變換成離散時間信號的完整的理論和方法。信號在它的產(chǎn)生、轉(zhuǎn)換、傳輸?shù)拿恳粋€環(huán)節(jié)都可能由于環(huán)境和干擾的存在而畸變，解決的辦法之一就是利用自適應(yīng)濾波器，讓其時實的跟蹤信道的特性然后不斷的調(diào)整均衡器的參數(shù)使其保持在最優(yōu)的狀態(tài)。比如，我們?nèi)粘Ｊ褂玫臄U音設(shè)備，如果不注意將麥克風和喇叭靠的太近則會產(chǎn)生令人厭煩的嘯叫聲，采用自適應(yīng)濾波技術(shù)將能有效的避免這種情況。因此設(shè)計一個自適應(yīng)濾波器，要求能在特定的要求下恢復(fù)出有用信號。

1 整體設(shè)計

本濾波器主要由加法器、移相器和自適應(yīng)濾波器三部分組成。其基本電路應(yīng)用原理如圖1所示。

圖1中，有用信號源和干擾信號源為兩個獨立信號源，輸出信號分別為信號A和信號B，且頻率不相等。自適應(yīng)濾波器根據(jù)干擾信號B特征，采用干擾抵消等方法，濾除混合信號D中的干擾信號B，以恢復(fù)有用信號A的波形，其輸出為信號E。

2 硬件電路設(shè)計

2.1 加法器

本加法器選擇的是同相加法器，同相加法器輸入阻抗高，輸出阻抗低。而加法器的運算放大器是選用了德州儀器公司的NE5532運放，NE5532是高性能運算放大器結(jié)合優(yōu)異直流和交流特性。它們的特點是非常低的噪聲，高輸出驅(qū)動能力，高單位增益和最大輸出擺幅帶寬，低失真，高擺率，輸入保護二極管，以及輸出短路保護。運算放大器內(nèi)部補償為單位增益操作。器件規(guī)定的最大限額為等效輸入噪聲電壓。且滿足信號峰值均為1～2V，頻率范圍為10KHz～100KHz的要求。

2.2 移相器

本移相器是0-180°超前相位移向器，運算放大器依然采用NE5532，推導公式如下：

移相器原理圖如圖2所示。

2.3 自適應(yīng)濾波器

自適應(yīng)濾波器的內(nèi)部組成是先對B信號進行移相得到B1，再用減法器對D信號和B1信號進行相減，要做到干擾抵消，就需要使B信號的移相角度和C信號的移相角度保持一致，而C信號是一個0-180°的隨機移相。本設(shè)計使用控制反饋，用Freescale公司KinetisK60系列mcu作為控制芯片，對減法器的輸出信號E進行A/D轉(zhuǎn)換和采樣，通過輸出和期望的對比，用K60去驅(qū)動移相電路的電位器，做到對干擾信號B的同步移相，使干擾抵消，恢復(fù)有用信號A。自適應(yīng)濾波器內(nèi)部組成如圖3所示。

同步移相依然使用0-180°超前相位移相電路，其中電位器用的是電動電位器，用K60輸出PWM波通過驅(qū)動電路去控制電動電位器。

減法器是一個簡單的減法運算電路，又稱差動輸入運算電路，對共模信號有抑制作用。

采樣控制則通過藍宙電子k60最小系統(tǒng)版的A/D模塊，將模擬信號進行采樣，k60最短的16位單工采樣轉(zhuǎn)換時間為0.73us，通過多組采樣得到的數(shù)據(jù)，經(jīng)過分析確定其是否接近所期望的波形，到得到所期望的波形時就停止PWM波的輸出，使電動電位器停止轉(zhuǎn)動，此時移動的相位就為同步移相，測試中有用信號A為正弦信號?？刂撇蓸舆€帶有供電模塊使7.5V的電源能通過降壓降到5V來給K60中的各個模塊供電，oled顯示模塊以便來進行現(xiàn)象觀察。

電機的驅(qū)動電路用的是RZ7888驅(qū)動芯片，RZ7888是一款DC雙向馬達驅(qū)動電路。它有兩個邏輯輸入端子用來控制電機前進、后退及制動。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

該系統(tǒng)的軟件采用IAR Embedded Workbench 7.3編程，IAR是瑞典IAR Systems公司為微處理器開發(fā)的一個集成開發(fā)環(huán)境，支持ARM，AVR，MSP430等芯片內(nèi)核平臺。

在主程序中，先配置好各個參數(shù)如A/D讀取引腳、PWM波輸出引腳、最小周期采樣轉(zhuǎn)換的時間設(shè)定。設(shè)置每5MS進定時器中斷，在定時器中斷中對采樣過來的多組數(shù)據(jù)進行處理和分析，本實驗中取多采集的數(shù)據(jù)的極大值進行比較，當多個極大值的數(shù)值都極為接近且每個極大值之間的采樣數(shù)據(jù)間隔相同時就認為輸出波形為正弦信號，即已經(jīng)恢復(fù)出了有用信號A，至此停止PWM波的輸出。期間oled顯示屏主要是對程序的調(diào)試起輔助作用。程序流程圖如圖4所示。

4 測試結(jié)果

當A信號（有用信號）為頻率為50KHz峰峰值為1V的正弦波，B信號（干擾信號）為頻率10KHz峰峰值為1V的正弦波時，C點能正確顯示疊加后的波形，移相器即D點大致能實現(xiàn)0-180度的調(diào)相，E點能夠得到清晰的10KHz且峰峰值約為1V的正弦波。當不斷改變A、B兩個信號的頻率與峰峰值，CDE點都能得到清晰的正弦波。當干擾信號波改為三角波時，E點輸出結(jié)果依舊是清晰的原有用信號波，當干擾信號改為方波時，E點輸出結(jié)果為略帶毛刺的原有用信號波。測得結(jié)果的信號圖如圖5所示。

5 結(jié)語

本設(shè)計通過硬件電路和軟件的配合，再將A、B信號通過加法器、移相器、自適應(yīng)濾波器的情況下，能順利的恢復(fù)出有用信號A的波形，在2017年全國大學生電子設(shè)計競賽的測試要求下，該方案已經(jīng)合格可行。本設(shè)計具有以下特點：

（1）本自適應(yīng)濾波器能在已知干擾信號的情況下，從混合信號中濾除干擾信號。（2）自適應(yīng)濾波器對于有用信號并無太大影響。（3）改變混合信號的相位并不影響自適應(yīng)濾波器的濾波功能。（4）自適應(yīng)濾波器能用于多種場合，如有關(guān)領(lǐng)域信號處理的參數(shù)識別、噪音消除、譜估計等方面。

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