基于MSP430和MAX262程控濾波器的設計與實現(xiàn)

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

　　此外，在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)若直接將MSP430控制信號與MAX262連接，會對濾波器輸出信號帶來較大的噪聲影響，因此在本設計中在MSP430與濾波器之間加上一級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效果得到了大大改善。

　　2. 3 幅頻特性測試模塊

　　本系統(tǒng)附加了幅頻特性測試擴展功能。如圖4所示為該模塊的原理框圖。當選擇幅頻特性測試菜單后，MSP430驅(qū)動DDS集成芯片AD9851產(chǎn)生正弦信號進行掃頻，經(jīng)過被測網(wǎng)絡后再由有效值檢測電路進行測量。由于二極管峰值檢波電路在低頻段無法測試，故本設計采用集成芯片AD637進行有效值檢波，該芯片可在較低頻率段精確測量，最高頻率可達到8 MHz，完全滿足設計要求，檢波模塊輸出后經(jīng)過單片機內(nèi)部集成A／D模塊采樣后，再由MSP430驅(qū)動雙口D／A芯片TLV5618輸出并在液晶顯示幅頻特性曲線。

圖4 幅頻特性測試模塊原理框圖

　　3 軟件設計

　　本系統(tǒng)設計的軟件流程如圖5所示，上電后MSP430開始從系統(tǒng)末級通過AD采樣判斷是否有信號輸入。當經(jīng)過一定時間仍沒有信號時，程序?qū)㈥P閉CPU，進入低功耗模式；若測得有信號輸入則利用單片機驅(qū)動液晶顯示Mode功能菜單，等待輸入選擇濾波器類型、前級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)，通過計算后對MAX262傳輸中心頻率與品質(zhì)因素數(shù)據(jù)。若用戶開始菜單選擇幅頻特性測試儀，則由MSP430程序驅(qū)動AD9851產(chǎn)生掃頻信號，經(jīng)過被測網(wǎng)絡后再由MSP430F449內(nèi)部集成A／D模塊采樣有效值AD637的輸出，通過計算并顯示采樣結果，得出幅頻特性曲線，并在液晶上顯示。

圖5 系統(tǒng)設計的軟件流程

　　4 系統(tǒng)性能測試

　　1）幅頻特性測試模塊性能測試

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

　　2）Q值調(diào)節(jié)測試

　　Q值可由編程數(shù)據(jù)Q0～Q7控制，每個數(shù)據(jù)對應一個不同的Q值，在100 Hz～40 kHz之間設置不同的截止頻率，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試

　　通過改變MAX262的時鐘信號頻率fCLK和頻率控制字N來實現(xiàn)，設N為固定值，則截止頻率由時鐘頻率fCLK決定，fCLK由MSP430單片機控制數(shù)字頻率源LTC69034產(chǎn)生。經(jīng)試驗證明，LTC69034輸出頻率步進精度高，在高頻段也可以達到10 kHz的步進，固定MAX262的fCLK與fo比率為100.53倍關系，測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)步進調(diào)節(jié)，誤差小于1％。

　　4）功耗測試

　　在實際電路系統(tǒng)功耗測試，整個系統(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)實設備中具有較大的應用前景。

　　5 結束語

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

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