基于MAX262的程控濾波器的研制

0 引言
    隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，單片機(jī)及相關(guān)電子技術(shù)飛速發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展。利用單片機(jī)和濾波芯片實(shí)現(xiàn)高性能的程控濾波器，對寬動態(tài)范圍的信號進(jìn)行濾波，在工程領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。

1 系統(tǒng)組成
    系統(tǒng)由單片機(jī)、放大電路、濾波器、鍵盤和液晶顯示電路組成，硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

1．1 單片機(jī)系統(tǒng)
    系統(tǒng)采用AT89S52作為控制核心，配備鍵盤和液晶顯示電路。
    AT89S52是Atmel公司新推出的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，它具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位 I／O口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器／計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。其性能完全可以滿足系統(tǒng)的要求。
    鍵盤用于設(shè)定濾波器的中心頻率和品質(zhì)因數(shù)。
    液晶顯示采用OCMJ4X8A液晶顯示屏，它內(nèi)帶漢字字庫，可以方便地顯示漢字及圖形；可以同時顯示4行8列個單元，可以一次顯示系統(tǒng)所有狀態(tài)信息；顯示的內(nèi)容不需要刷新，節(jié)省了單片機(jī)的資源；電路結(jié)構(gòu)簡單，便于控制，功耗低。
1．2 放大電路的設(shè)計
    系統(tǒng)采用兩片AD603順序連接，兩極間以電容耦合。由于一片AD603在已定制的模式下增益為-10～30dB，帶寬為90MHz，故級聯(lián)方式可使增益達(dá)到-20～60dB，控制電壓為0～2V。該控制電壓由單片機(jī)控制8位A／D轉(zhuǎn)換器 ADC0832產(chǎn)生，其精度可達(dá)2V／256=0．0078125V，增益精度可達(dá)0．3125dB。因此，可以系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)增益60dB，步進(jìn)10dB。
1．3 濾波器的設(shè)計
    程控濾波電路采用可編程濾波芯片MAX262。MAX262是CMOS型雙二階通用開關(guān)電容有源濾波器。兩個二階濾波器A和B分別有兩個開關(guān)電容濾波網(wǎng)絡(luò)(SCN)，并且相互獨(dú)立，既可以單獨(dú)使用，也可以級聯(lián)，方便地實(shí)現(xiàn)四階濾波。兩個濾波器的時鐘輸入CLKA和CLKB可以由晶振、電容結(jié)合內(nèi)部時鐘電路產(chǎn)生，或者直接由外部時鐘輸入。它們允許輸入信號的頻率范圍依賴于CLK。每一個濾波器的中心頻率(或截止頻率)f0、品質(zhì)因數(shù)Q，以及濾波模式都可由2位輸入的編程數(shù)據(jù)結(jié)合4位的地址輸入進(jìn)行精確設(shè)定。
    系統(tǒng)的低通、高通范圍截止頻率在1～40kHz，根據(jù)中心頻率的計算公式(式(1))，

  
    中心頻率將在500Hz～30kHz。系統(tǒng)在低通2Fc處，放大器與濾波器的總增益不大于30dB，相當(dāng)于當(dāng)放大器增益為40dB時2Fc處的濾波器增益應(yīng)不大于10dB。對于MAX262，單片機(jī)要對其輸入Q值和中心頻率截止頻率選1kHz時中心頻率為500Hz，通過查表，此時Q至最小為0．5，按照幅頻特性公式(式(2))，

2 軟件設(shè)計
    本設(shè)計基于MAX262實(shí)現(xiàn)濾波控制，由于MAX262芯片對信號中心頻率和品質(zhì)因數(shù)有相應(yīng)的計算公式并且可以通過查表獲得，根據(jù)系統(tǒng)對低頻和高頻截止頻率的要求，可以方便地由查表算出所要求的F值和Q值，由單片機(jī)寫入MAX262。

3 系統(tǒng)測試
3．1 測試儀器與方法
    測試儀器有My-62型萬用表、Xj4452數(shù)字存儲示波器和Sg1651a信號發(fā)生器。
    測試方法：用萬用表與示波器對由函數(shù)發(fā)生器發(fā)生的信號與系統(tǒng)輸出的信號及理論值三者進(jìn)行比較分析，以測試系統(tǒng)的綜合性能。
3．2 測試結(jié)果
    放大器的測試結(jié)果如表1所示。

    濾波器的測試結(jié)果如表2所示。

4 結(jié)束語
    本系統(tǒng)充分發(fā)揮了AT89S52單片機(jī)強(qiáng)大的控制能力和數(shù)據(jù)處理能力，通過AD603精密放大器和MAX262濾波器，實(shí)現(xiàn)了程控高通和低通濾波器的功能。系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中收到了滿意的效果。