基于MAX262的程控濾波器的研制

0 引言
隨著科學技術的進步，單片機及相關電子技術飛速發(fā)展，應用領域不斷拓展。利用單片機和濾波芯片實現(xiàn)高性能的程控濾波器，對寬動態(tài)范圍的信號進行濾波，在工程領域應用十分廣泛。

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

1．1 單片機系統(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，它具有以下標準功能：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級中斷結構，全雙工串行口，片內晶振及時鐘電路。其性能完全可以滿足系統(tǒng)的要求。
鍵盤用于設定濾波器的中心頻率和品質因數(shù)。
液晶顯示采用OCMJ4X8A液晶顯示屏，它內帶漢字字庫，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；顯示的內容不需要刷新，節(jié)省了單片機的資源；電路結構簡單，便于控制，功耗低。
1．2 放大電路的設計
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)方式可使增益達到-20～60dB，控制電壓為0～2V。該控制電壓由單片機控制8位A／D轉換器 ADC0832產生，其精度可達2V／256=0．0078125V，增益精度可達0．3125dB。因此，可以系統(tǒng)實現(xiàn)增益60dB，步進10dB。
1．3 濾波器的設計
程控濾波電路采用可編程濾波芯片MAX262。MAX262是CMOS型雙二階通用開關電容有源濾波器。兩個二階濾波器A和B分別有兩個開關電容濾波網絡(SCN)，并且相互獨立，既可以單獨使用，也可以級聯(lián)，方便地實現(xiàn)四階濾波。兩個濾波器的時鐘輸入CLKA和CLKB可以由晶振、電容結合內部時鐘電路產生，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)結合4位的地址輸入進行精確設定。
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，相當于當放大器增益為40dB時2Fc處的濾波器增益應不大于10dB。對于MAX262，單片機要對其輸入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 軟件設計
本設計基于MAX262實現(xiàn)濾波控制，由于MAX262芯片對信號中心頻率和品質因數(shù)有相應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行比較分析，以測試系統(tǒng)的綜合性能。
3．2 測試結果
放大器的測試結果如表1所示。

濾波器的測試結果如表2所示。

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