程控滤波器设计说明

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1、程控滤波器设计说明摘要：本设计为基于单片机的多档位程控滤波器，采用OP07进行信号放大，MAX262进行多种频段滤波；信号输入部分用MAX038多种输入切换，信号输出部分用ADC0809制作了简易电压表，配合最大值保持电路，完成电压输出。各部分的档位切换均通过89C52单片机控制八选一开关CD4051实现。本设计实现了可调频率的波形发生、对给定小输入信号的放大、滤波并实时记录峰值的功能，程控滤波器具有使用灵活、调试容易的特点，并且能够实现高通、低通、椭圆滤波等功能。1系统设计总体方案根据题目要求，要求放大器增益可调，滤波器类型可调，截止频率在1kHz-20kHz范围可调，同时

2、要具有参数设置显示功能。其中信号输入、信号输出、放大器、滤波器各部分功能相对独立，同时考虑到制作调试的方便，本设计采用各个模块独立设计、独立控制的实现方案。系统共使用4个MCS-51系列单片机89C52配合多路开关进行各部分程序控制，参数的设置和显示分别通过键盘和显示模块CH451实现。系统总的结构图如下：图1系统总体框图器件选择：MAX262是CMOS双二阶通用开关电容有限滤波器，通过微处理器精确控制滤波函数。它可构成各种带通、低通、高通滤波器，且不需外部器件。每个器件含有两个二阶滤波器，可以通过程序控制设置参数和工作方式，满足题目基本部分和发挥部分的全部滤波要求。MAX0

3、38是高频、高精度、低输出电阻、驱动能力强(20mA)的函数信号发生器芯片。输出频率范围:0.1～20MHz，可产生正弦波、方波、三角波、锯齿波及脉冲波，输出频率和占空比(15%～85%)独立可调，带低输出阻抗的输出缓冲器，可以实现对输入信号和扫频信号的要求。放大部分初始设计选择了AD521和OP07，经检验发现AD521放大误差较大，不能满足要求，改用OP07。根据题目，基本部分电压放大增益40dB，发挥部分电压放大增益60dB,一个OP07不能满足要求，故采用两个OP07串联的形式，每个增益30dB.经过滤波的电压在输出前再次经过一个OP07进行放大，经一个阻容回路进行最

4、大值保持，最后输出，信号同时送个一个由单片机和ADC0809构成的简易电压表进行显示。系统中用到4个CH451芯片，它是一个整合了数码管显示驱动和键盘扫描控制以及μP监控的多功能外围芯片，内置RC振荡电路，可以动态驱动LED、具有闪烁、移位等功能；同时还可以进行64键的键盘扫描。CH451通过1线或者可以级联的4线串行接口与单片机等交换数据。本设计中所有键盘显示功能均由CH451芯片实现。程序流程系统由4个CPU分别控制，各部分有独立的程序进行控制，程序流程主要分为初始化、选择切换，显示结果几个部分。其中滤波部分的程序流程如下：关于程序设计的相关问题说明：系统中共涉及4组程序

5、，分别完成二阶、四阶低通、高通滤波，并能够设置并显示截止频率，设置范围在20k-100khz等功能。1技术要点分析滤波器设计原理说明本设计采用的MAX262，其效果接近模拟滤波器，故采用模拟滤波器设计方案进行设计。在若干典型滤波器中，Butterworth具有单调下降的幅频特性，椭圆滤波器的选择性则较好。Butterworth低通滤波器的幅度平方函数用下式表示：其中为3dB处截止频率，是滤波器的阶数。当时，随着频率加大，幅值迅速下降。下降的速度与阶数N有关，N越大，幅度下降的速度越快，过渡带越窄。根据题目基本要求，在处滤波器的幅值衰减比例不能大于30dB/40dB=0.75.

6、根据上式计算，条件下，，则=0.2425选择二阶Butterworth和椭圆滤波器，在不同频段选择不同的滤波器类型和阶次。输入信号频率选择及放大部分：MAX038通过选择控制端A0,A1的电平选择一种波形(见表1)，输出频率主要受振荡电容CF、IIN端电流和FADJ端电压的控制。选择一个CF值,对应IIN端电流的变化,将产生一定范围的输出频率。滤波器部分设计：采用单片机89C52来完成对可编程滤波器MAX262的控制，很好地实现了有源滤波器设计工作。根据fCLK/f0与F0～F5的关系表格，得到fCLK/f0计算编程数据F0～F5的公式，即fCLK/f0与F0～F5的关系为：

7、fCLK/f0=40.84+1.57N1(1)或，N1为二进制数据F0～F5对应的十进制整数，范围为0～63共64级。对应滤波器的Q值也采用查表的方法和计算来获得Q值的编程数据Q0～Q7。Q值与Q0～Q7的关系为：Q=64/(128-N2)（3）或N2=64(2-1/Q)（4）其中，N2为二进数据Q0～Q6对应的十进制整数，范围为0～127共128级。程序运行中，首先根据输入的键值完成对滤波器的选择，包括滤波器A和B的设置选择以及相应滤波器的类型选择；然后根据输入的Q值计算N2并转换成二进制编程数据Q0