基于MAX262的程控濾波器的研制

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

1 系統組成
系統由單片機、放大電路、濾波器、鍵盤(pán)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
系統采用AT89S52作為控制核心，配備鍵盤(pán)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Flash，256字節RAM，32位 I／O口線(xiàn)，看門(mén)狗定時(shí)器，2個(gè)數據指針，三個(gè)16位定時(shí)器／計數器，一個(gè)6向量2級中斷結構，全雙工串行口，片內晶振及時(shí)鐘電路。其性能完全可以滿(mǎn)足系統的要求。
鍵盤(pán)用于設定濾波器的中心頻率和品質(zhì)因數。
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(shí)顯示4行8列個(gè)單元，可以一次顯示系統所有狀態(tài)信息；顯示的內容不需要刷新，節省了單片機的資源；電路結構簡(jiǎn)單，便于控制，功耗低。
1．2 放大電路的設計
系統采用兩片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(chǎn)生，其精度可達2V／256=0．0078125V，增益精度可達0．3125dB。因此，可以系統實(shí)現增益60dB，步進(jìn)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(kāi)關(guān)電容有源濾波器。兩個(gè)二階濾波器A和B分別有兩個(gè)開(kāi)關(guān)電容濾波網(wǎng)絡(luò )(SCN)，并且相互獨立，既可以單獨使用，也可以級聯(lián)，方便地實(shí)現四階濾波。兩個(gè)濾波器的時(shí)鐘輸入CLKA和CLKB可以由晶振、電容結合內部時(shí)鐘電路產(chǎn)生，或者直接由外部時(shí)鐘輸入。它們允許輸入信號的頻率范圍依賴(lài)于CLK。每一個(gè)濾波器的中心頻率(或截止頻率)f0、品質(zhì)因數Q，以及濾波模式都可由2位輸入的編程數據結合4位的地址輸入進(jìn)行精確設定。
系統的低通、高通范圍截止頻率在1～40kHz，根據中心頻率的計算公式(式(1))，

中心頻率將在500Hz～30kHz。系統在低通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(shí)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(shí)中心頻率為500Hz，通過(guò)查表，此時(shí)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(shí)現濾波控制，由于MAX262芯片對信號中心頻率和品質(zhì)因數有相應的計算公式并且可以通過(guò)查表獲得，根據系統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(xiě)入MAX262。

3 系統測試
3．1 測試儀器與方法
測試儀器有My-62型萬(wàn)用表、Xj4452數字存儲示波器和Sg1651a信號發(fā)生器。
測試方法：用萬(wàn)用表與示波器對由函數發(fā)生器發(fā)生的信號與系統輸出的信號及理論值三者進(jìn)行比較分析，以測試系統的綜合性能。
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(yǔ)
本系統充分發(fā)揮了AT89S52單片機強大的控制能力和數據處理能力，通過(guò)AD603精密放大器和MAX262濾波器，實(shí)現了程控高通和低通濾波器的功能。系統在實(shí)際應用中收到了滿(mǎn)意的效果。