基于MSP430和MAX262程控濾波器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　如圖3所示，為了得到穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)源，本設(shè)計(jì)采用凌特公司LTC69034產(chǎn)生可控的時(shí)鐘信號(hào)給MAX262的CLKA與CLKB引腳。其輸出時(shí)鐘頻率由以下公式?jīng)Q定；f=2oct·207 8／（2-DAC／1024）Hz。由于LTC69034輸出頻率步進(jìn)精度高，時(shí)鐘信號(hào)幅頻非常穩(wěn)定，在高頻段可達(dá)到10kHz的步進(jìn)。假設(shè)需要固定MAX262的fCLK與fo比率為100.53倍關(guān)系，故濾波器截止頻率可在100Hz～40kHz之間以100Hz為連續(xù)步進(jìn)調(diào)節(jié)。

　　此外，在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)若直接將MSP430控制信號(hào)與MAX262連接，會(huì)對(duì)濾波器輸出信號(hào)帶來較大的噪聲影響，因此在本設(shè)計(jì)中在MSP430與濾波器之間加上一級(jí)74HC573作為緩沖器，片選引腳OE由WR來控制，這樣濾波器輸出的信號(hào)效果得到了大大改善。

　　2. 3 幅頻特性測(cè)試模塊

　　本系統(tǒng)附加了幅頻特性測(cè)試擴(kuò)展功能。如圖4所示為該模塊的原理框圖。當(dāng)選擇幅頻特性測(cè)試菜單后，MSP430驅(qū)動(dòng)DDS集成芯片AD9851產(chǎn)生正弦信號(hào)進(jìn)行掃頻，經(jīng)過被測(cè)網(wǎng)絡(luò)后再由有效值檢測(cè)電路進(jìn)行測(cè)量。由于二極管峰值檢波電路在低頻段無法測(cè)試，故本設(shè)計(jì)采用集成芯片AD637進(jìn)行有效值檢波，該芯片可在較低頻率段精確測(cè)量，最高頻率可達(dá)到8 MHz，完全滿足設(shè)計(jì)要求，檢波模塊輸出后經(jīng)過單片機(jī)內(nèi)部集成A／D模塊采樣后，再由MSP430驅(qū)動(dòng)雙口D／A芯片TLV5618輸出并在液晶顯示幅頻特性曲線。

圖4 幅頻特性測(cè)試模塊原理框圖

　　3 軟件設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的軟件流程如圖5所示，上電后MSP430開始從系統(tǒng)末級(jí)通過AD采樣判斷是否有信號(hào)輸入。當(dāng)經(jīng)過一定時(shí)間仍沒有信號(hào)時(shí)，程序?qū)㈥P(guān)閉CPU，進(jìn)入低功耗模式；若測(cè)得有信號(hào)輸入則利用單片機(jī)驅(qū)動(dòng)液晶顯示Mode功能菜單，等待輸入選擇濾波器類型、前級(jí)程控放大器增益倍數(shù)以及濾波器的Q值、截止頻率等各種參數(shù)，通過計(jì)算后對(duì)MAX262傳輸中心頻率與品質(zhì)因素?cái)?shù)據(jù)。若用戶開始菜單選擇幅頻特性測(cè)試儀，則由MSP430程序驅(qū)動(dòng)AD9851產(chǎn)生掃頻信號(hào)，經(jīng)過被測(cè)網(wǎng)絡(luò)后再由MSP430F449內(nèi)部集成A／D模塊采樣有效值A(chǔ)D637的輸出，通過計(jì)算并顯示采樣結(jié)果，得出幅頻特性曲線，并在液晶上顯示。

圖5 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的軟件流程

　　4 系統(tǒng)性能測(cè)試

　　1）幅頻特性測(cè)試模塊性能測(cè)試

　　單片機(jī)控制9851產(chǎn)生掃頻信號(hào)，通過示波器觀察濾波器幅頻特性，將實(shí)測(cè)結(jié)果與幅頻特性測(cè)試模塊所得到的結(jié)果相比較，截止頻率在100 Hz～40 kHz之間幅頻特性測(cè)試誤差在1％以內(nèi)。

　　2）Q值調(diào)節(jié)測(cè)試

　　Q值可由編程數(shù)據(jù)Q0～Q7控制，每個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)一個(gè)不同的Q值，在100 Hz～40 kHz之間設(shè)置不同的截止頻率，改變編程數(shù)據(jù)Q0～Q7，然后通過幅頻特性測(cè)試算得Q值與理論值誤差在2％以內(nèi)。

　　3）截至頻率控制性能測(cè)試

　　通過改變MAX262的時(shí)鐘信號(hào)頻率fCLK和頻率控制字N來實(shí)現(xiàn)，設(shè)N為固定值，則截止頻率由時(shí)鐘頻率fCLK決定，fCLK由MSP430單片機(jī)控制數(shù)字頻率源LTC69034產(chǎn)生。經(jīng)試驗(yàn)證明，LTC69034輸出頻率步進(jìn)精度高，在高頻段也可以達(dá)到10 kHz的步進(jìn)，固定MAX262的fCLK與fo比率為100.53倍關(guān)系，測(cè)得濾波器的截止頻率可以在100 Hz～40 kHz之間以100 Hz為連續(xù)步進(jìn)調(diào)節(jié)，誤差小于1％。

　　4）功耗測(cè)試

　　在實(shí)際電路系統(tǒng)功耗測(cè)試，整個(gè)系統(tǒng)在工作狀態(tài)下功耗小于60 mW，低功耗模式下功耗小于10 mW，極大地降低了系統(tǒng)功耗。此款低功耗程控濾波器滿足手持式裝置的低功耗要求，因此在現(xiàn)實(shí)設(shè)備中具有較大的應(yīng)用前景。

　　5 結(jié)束語(yǔ)

　　本系統(tǒng)基于MSP430F449單片機(jī)完成對(duì)可編程濾波器MAX262的控制，能很好地實(shí)現(xiàn)各種有源濾波器的設(shè)計(jì)工作。這種程控濾波器使用靈活、工作穩(wěn)定、信號(hào)輸出效果好，使用者可根據(jù)實(shí)際需要自行設(shè)置濾波器的Q值、截止頻率、工作方式等。系統(tǒng)采用LTC69034可控時(shí)鐘芯片，讓濾波器的截止頻率可以100Hz低步進(jìn)調(diào)節(jié)，適用范圍更廣。前級(jí)程控放大器可達(dá)到40 dB的最大增益，故本設(shè)計(jì)可以輸入較小的信號(hào)，且最小增益步進(jìn)精度可為1 dB，可由使用者自定設(shè)置。系統(tǒng)還擴(kuò)展了幅頻特性測(cè)試模塊并在液晶顯示特性曲線。此外，MSP430具有低功耗特點(diǎn)，在系統(tǒng)超過一定時(shí)間不工作時(shí)可自行關(guān)閉CPU以節(jié)能省電，這也是本設(shè)計(jì)的最大特點(diǎn)之一。

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