程控滤波器范文.docVIP

题目：程控滤波器 （D题） 作者：张龙 唐晓庆 蒋冀 辅导教师：王淑娟老师 摘 要 本系统以C8051F020高性能单片机为控制核心，采用可编程滤波器芯片MAX261实现可编程高通、低通滤波器，在满足系统要求截至频率设置1kHz~20kHz，频率步进1kHz的基础上，可以实现任意截至频率设置。 采用二级运放级联的方法，通过单片机设置数字电位器阻值而改变放大倍数，可以实现增益程控可变，电路简单，设置灵活。变化范围为10dB~60dB，增益步进10dD。 本系统应用DDS原理，采用CPLD设计了正弦波发生器，能够产生的波形频率范围为200Hz~200kHz，频率步进200Hz，产生的波形良好，失真度小。利用系统自带的频率发生器，实现了简易的幅频特性测试仪，通过串口将数据发送至上位机，并在上位机绘制了幅频特性测试曲线。 系统具有液晶显示，键盘输入等功能，人机交互界面良好。 关键词：C8051F020 程控滤波器 程控放大器 MAX261 DDS CPLD 幅频特性测试 人机交互 1．方案设计与论证 1.1滤波器方案设计与选择 方案一：用电阻、电容以及运放构成，并通过模拟开关选取不同的阻值以实现截止频率的改变。 方案二：应用滤波器集成电路辅以简单的外围器件实现，采用MAXIM 公司开发生产的一种可编程通用有源滤波器MAX260/ 261/ 262。 方案一中电路使用的元件通常较多，分布参数较大，截门频率精度不高，并且当要求较多时，所需模拟开关必然很多，电路复杂。特别是在应用频率较高时, 元件的杂散电容和运放的频率特性对滤波器的滤波特性有很大影响, 这给设计带来一定的困难。 方案二中MAX261由微处理器精确控制其滤波器函数, 构成巴特沃思、切比雪夫、贝塞尔、椭圆函数等类型的低通、高通、带通、带阻和全通滤波器,且均不需要外部元件, 具有电路实现简单、参数调整方便、不受外部参数影响的独特优点。它在程序的控制下, 可以实现滤波参数和滤波参数的动态变化,应用极为方便、灵活。通过比较，本文选择方案二。 1.2程控放大器方案设计与选择 方案一：采用两级放大器级联，使得电压增益可达到1000倍。采用多个阻值固定的电阻，用继电器切换不同的电阻以实现电压增益可调。 方案二：采用高精度集成程控放大器芯片。 方案三：采用两级放大器级联，使得电压增益可达到1000倍。而且通过编程改变数字电位器的阻值，实现电压增益调节。 方案一中为了达到题目要求，实现多个放大倍数，需要多个电阻，而且要使用较多的继电器，电路设计比较麻烦，且增益离散度大； 方案二采用高精度可编程放大器，电路无需外围器件，放大倍数精度高，但是芯片价格昂贵，带宽增益积小，频率较高的正弦波在高增益下的放大倍数误差较大，无法满足系统要求。 方案三，采用普通的放大器芯片，采用级联的方式便可以实现全带宽 （0～E2 PROM单元中，然后在系统标准时钟频率下，按照一定的顺序从E2 PROM单元中读出数据，在进行D/A转换、滤波就可以得到所设定频率的输出波形。改变标准时钟频率，就可以改变输出波形的频率。 在进行幅频特性测试的时候，上述电路产生的输出波形送程控放大器，放大器输出经MAX261滤波后经过峰值保持电路，最后给主控芯片C8051进行AD转换，C8051通过串口送入上位机显示信号幅值，通过程序控制不断控制扫描频率输出，同时采集输出信号幅值，将对应的频率和采集信号幅值在对数坐标系下描绘成曲线，便可以实现简易的幅频特性曲线。 1.4控制系统的方案设计与选择 方案一：采用89C52/51单片机系统； 方案二：采用新一代兼容51指令的高速片上系统（SOC）C8051F020，辅助CPLD协助控制。 通过上述系统方案概述可知该系统比较复杂庞大，需要的IO口较多，且需要AD等功能，传统的C51单片机集成度低，IO口少，片上资源匮乏，不利于实现复杂系统的设计。 C8051FXXX系列单片机是完全集成的混合信号系统级芯片，具有与8051指令集完全兼容的CIP-51内核。它在一块芯片上集成了一个单片机控制系统所需要的几乎所有模拟及数字外设，资源丰富，控制功能强大，开发环境简单易用，很容易构成单片机控制系统，所以本系统选择方案二。 1.5系统总体框图 图1 程控滤波器系统框图 2．2.1 放大器分析与计算 （1）（2）（310dB 20B 30B 40dB 50dB 60dB 前级 3 2 5.2 10 16 33 后级 1 5 6 10 20 30 2.2 程控滤波器分析与计算 MAX261的每个器件含有两个独立的二阶滤波器，在程序控制下设置滤波器中心频率、Q值和工作方式。根据要求选择方式3，实现不同截止频率的低通、带通、高通的滤波器。方式3