程控滤波器
程控滤波器的设计
程控滤波器的设计摘要本系统实现程控滤波，放大器增益可设置；低通或高通滤波器通带、截止频率等参数可设置。
硬件以单片机AT89S51为核心控制，主要由OP07放大器、程控滤波器MAX262等部分组成。
放大器采用OP07，实现60dB固定增益放大，步进10dB由单片机控制7279A实现，其误差不大于5%。
低通、高通滤波器由单片机控制可编程滤波器芯片MAX262实现，在2fc处放大器与滤波器的总电压增益不大于30dB。
本系统设计简单，能很好地实现滤波器的程控，使用方便，具有较高的性价比、实用性和使用价值。
关键词：AT89S51；OP07；MAX262AbstractThis system realizes program-controlled filtering, amplifier can install; Low pass or high-pass filter bandpass, cutoff frequency characteristics can be set up. Hardware AT89S51 MCU control, mainly for the core OP07 am-plifier, program-controlled filter by MAX262 components. By OP07, realize 60dB amplifier fixed-plus amplifier, stepping 10dB 7279A realization by single-chip microcomputer control, the error is not more than 5%. Low pass, high-pass filter by single-chip microcomputer control programmable filter MAX262 realize, in 2fc chip in the total voltage amplifier and filter 30dB gain no greater than. This system is simple in design, can well realize filter SPC, use convenient, with high performance-to-price ratio, practicability and use value.Keywords：AT89S51 ，OP07，MAX262目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (III)前言 (1)1绪论 (2)1.1滤波器的发展阶段 (2)1.2课题研究的背景 (2)1.3设计的内容与结构 (3)2 方案设计与选择 (4)2.1设计要求 (4)2.2方案选择 (4)2.2.1 放大器的选择 (4)2.2.2滤波器的选择 (5)2.2.3单片机的选择 (5)2.2.4输入模块选择 (6)2.3 MAX262工作原理 (6)2.3.1 MAX262的结构 (6)2.3.2 MAX262的特性及编程参数 (7)2.3.3 MAX262的工作原理 (9)2.4滤波器的原理与及其结构 (10)2.4.1滤波器的概念 (10)2.4.2滤波器的结构及分类 (11)2.4.3滤波器的应用场合 (13)3 系统硬件电路设计 (14)3.1 MAX262程控滤波器的设计 (14)3.2 AT89S51单片机介绍 (15)3.3放大器的设计 (18)3.3.1 OP07简介 (19)3.4显示部分设计 (20)3.5 MAX262滤波器部分的设计 (21)3.5.1 74LS373芯片简介 (21)4 系统软件设计 (23)4.1 主程序流程图 (23)4.2 编程参数的确定 (23)4.3 程序流程分析 (24)5设计验证及测试方法 (25)5.1 程序可行性验证 (25)5.2各单元测试方法 (25)总结 (27)致谢 (28)参考文献 (29)附件1 程控滤波器原理图 (30)附件2 程序清单 (32)前言滤波器是数据采集、信号处理和通信系统等领域必不可少的重要环节，如A\D转换前的“限带抗混叠滤波”和D\A转换后的“平滑滤波”。
程控滤波器
程控滤波器设计报告0.摘要：本系统由可控增益放大器、程控滤波器、信号发生部分、控制部分等组成。
可控增益放大部分以DAC7541为核心，实现了输出增益的动态调整。
滤波器部分采用四通道通用滤波器LTC1068实现了低通滤波、高通滤波截止频率和Q值可调。
频率特性测试仪用DDS做信号源。
以STM32单片机作为控制核心，以OCMJ4X8C液晶作为显示部分，实现了增益和截止频率的预置，并实现功能测试和显示。
系统性能达到了设计要求，安全可靠，用户界面良好。
关键字：程控滤波器 DAC7541 LTC1068 STM32 OCMJ4X8C液晶一．方案论证与比较根据题目要求，本系统设计主要包括：可控增益放大器、程控滤波器、幅频特性测试仪等部分构成。
1.1 可控增益放大器设计方案一：采用控制电压与增益成线性关系的可编程增益放大器PGA202、PGA03构成，此方案控制简单，但是PGA202、PGA203不能实现0dB到60dB的步进，需要一级调整增益电路，实现困难。
方案二：采用双运放LF353，带宽增益可以达到4MHZ，两级级联可以使电路增益达到60dB，采用继电器改变增益电阻阻值，实现10dB步进可调，基本要求可以实现。
但是由于电阻阻值误差，精度可能达不到设计要求。
方案三：基于程控放大的基本原理，利用权电阻式DA电阻网络，通过改变DAC7541权电阻网络的值对电阻进行控制实现程控衰减。
而在进入DA之前采用TI公司的INA128和OPA606对信号进行两级放大，将电压幅值放大1000倍。
通过改变DA控制字，可以达到程控放大的目的。
由于INA128很适合对小信号的放大，而OPA606具有较宽的频带宽度，所以能较好的实现对信号的放大。
同时DAC7541是十二位的DA转换芯片，其内部的电阻精度可以实现更小的程控步进（5dB）。
综上所述，本设计采用方案三。
1.2 程控滤波器的设计方案一：采用集成的开关电容滤波器如MAX262，开关电容滤波器可直接处理模拟信号，简化电路设计，容易实现功能。
MAX264中文资料及其程控滤波器电路图
MAX264中文资料及其程控滤波器电路图MAX264的结构及性能MAX264的结构MAX264的结构主要由两个独立的滤波单元、分频单元、f0逻辑单元、Q逻辑单元及模式设置单元等电路组成。
主要特性描述如下：1、滤波器设计软件化2、中心频率32阶可控3、Q值128阶可控4、Q值与f0独立可编程5、f0可达140KHz6、支持＋5V和士5V两种供电方式MAX264 的引脚说明芯片诸引脚功能如下（括号内数字为引脚号）：V+(10):供电正极, 并接旁路电容尽量靠近该脚V-(18):供电负极, 并接旁路电容尽量靠近该脚GND(19):模拟地CLKA(13):A单元元时钟输人, 该时钟在芯片内部被二分频CLKB(14):B单元时钟输人, 该时钟在芯片内部被二分频OSC OUT(20):连至晶体, 组成晶振电路(若接时钟信号时, 该脚不连)INA,INB(5,1):滤波器输人BPA,BPB(3,27): 带通输出LPA,LPB(2,28):低通输出HPA,HPB(4,26):高通、带陷、全通输出M0,M1(8,7):模式选择,+5V高，-5V低F0-F4(24,17,23,12,11):时钟与中心频率比值(FCLK/f0)编程端Q0-Q6(15,16,21,22,25,6,9):Q编程端。
对M0、M1两个管脚编程可使芯片工作于模式1、2、3、4几种方式,对应的功能如表1所示。
时钟与中心频率比值与编码对应如表2所示。
模式1:当我们要实现全极点低通或带通滤波器如切比雪夫、巴特沃斯滤波器时这种模式是很有用的, 有时该模式也用来实现带陷滤波器, 但由于相关零极点位置固定, 使得用作带陷时受到限制。
模式2:模式用于实现全极点低通和带通滤波器, 与模式1相比该模式的优点就是提高了Q值而降低了输出/f0是模式1的1/厂2（根号二分之一），这样就延宽了截止频率；噪声,该模下f clk模式3：只有该模式下可实现高通滤波器, 该模式下最高时钟频率低于模式1；模式4：只有该模式下才可以实现全通滤波器。
程控滤波器
程控滤波器盖克胜１杨斌２（１吉林工业职业技术学院机电工程系动化３０６１班吉林吉林市１３２０１３）（２吉林工业职业技术学院机械５０３１吉林吉林市１３２０１３）摘要：本程控滤波器采用ＡＤ６０３小信号放大器、Ｃ８０５１０６０单片机和可编程滤波器芯片ＭＡＸ２６２进行设计。
ＡＤ６０３是一个低噪、９０ＭＨｚ带宽增益可调的集成运放芯片，具有程控增益调整功能，为了提高ＡＤ６０３的放大精度，精确控制放大倍数，在设计时使用电压跟随器来提高其输入阻抗，并采用可编程滤波器芯片ＭＡＸ２６２可以对输入信号进行二阶低通、高通、带通、带阻以及全通滤波处理，滤波器的中心频率在１５ｋＨｚ～５０ｋＨｚ频率范围内实现６４级程控调节，其Ｑ值在０．５～６４范围实现１２８级程控调节。
关键词：程控滤波器；低通滤波；高通滤波；带通滤波；带阻滤波；全通滤波中图分类号：ＴＰ２１６文献标识码：Ａ１题目分析及方案论证１．１题目分析本题要求设计和制作一个程控滤波器，该程控滤波器有两个部分组成，一部分是程控放大，一部分是程控滤波。
本题要求放大器部分增益步进１０ｄＢ可调，最大增益６０ｄＢ，滤波器部分低通、带通、高通和截止频率步进可调；并要求制作一个简易幅频特性测试仪来测试该程控滤波器的幅频特性，要求频率变化范围是１００Ｈｚ～２００ｋＨｚ，频率步进１０ｋＨｚ。
因此需要一个峰值采样保持器，系统组成框图如１所示：图１程控滤波器系统组成框图１．２方案比较与论证针对本次大学生电子设计竞赛的题目及要求，鉴于我们的爱好、特长及对相关知识的掌握，我们选择了程控滤波器这个题目。
我们也深知，在对竞赛题目有了充分理解的基础上，设计方案是否选取合理、得当，是能否顺利、圆满完成竞赛要求的关键所在。
鉴于此，我们对设计方案进行了充分的比较、分析与论证。
１．２．１可控增益放大器部分方案一：一般的放大电路由三极管进行级联来实现输入信号的放大，对电路输出用二极管检波产生反馈电压调节前级电路实现自动增益的调节。
基于单片机的程控滤波器设计要点
摘要在电子电路中，滤波器是不可或缺的部分，其中有源滤波器更为常用。
一般有源滤波器由运算放大器和RC元件组成，对元器件的参数精度要求比较高，设计和调试。
也比较麻烦。
美国Maxim公司生产的可编程滤波器芯片MAX270可以通过编程对各种低频信号实现低通、高通、带通、带阻以及全通滤波处理，且滤波的特性参数如中心频率、品质因数等，可通过编程进行设置，电路的外围器件也少。
本文设计并实现了由MAX270构成的程控滤波器电路设计和实现。
单片机AT89S52是控制程序的控制过滤器的核心。
通过单片机控制继电器的吸合来控制增益电阻的连接进而实现了增益的0dB到60dB每10dB步进可调；通过单片机控制二阶低通程控滤波器MAX270，完成了在-3dB时截止频率fc在1kHz～20kHz范围内可调的低通滤波器的设计，调节截止频率步进为1kHz，并用LCD来显示设置参数。
应用Matlab计算椭圆滤波函数的传递函数，建立电路网络，设计出了四阶椭圆低通滤波器。
关键词：程控滤波器可编程滤波器芯片单片机ABSTRACTIn the electronic circuit, the filter is the indispensable part. Especially the active filter is used more commonly. Generally the active filter is composed of the operational amplifier and the RC part. Its requirement to the accuracy of the device's parameter is quite high, and the design and the debugging are also quite troublesome.The filter chip MAX262 which produced by American Maxim Corporation is capable of achieving low-pass, high-pass, band-pass, band elimination to each kind of low-frequency signal through programming, and the filter's characteristic parameter like center frequency, the quality factor and so on may set through programming, and the periphery component of electric circuit are also few. This article design and completed the design the design and realize of the program control filter circuit which make up of the MAX270.Monolithic integrated circuit AT89S52 is the control core of the program control filter. Controlled by the microcontroller to control relays pull the gain resistor connected in turn to achieve a gain of 0dB to 60dB 10dB step adjustable each; second-order low-pass through the SCM programmed filter MAX270, when completed in the-3dB cutoff frequency fc at 1kHz ~ 20kHz range adjustable low-pass filter design, cut-off frequency adjustment step is 1kHz, using the LCD to display the configuration parameters. Application of Matlab computing elliptic filter function of the transfer function, the establishment of the circuit network, to design a fourth-order elliptic low-pass filter.Key words:Program control Filter Programmable filter chip SCM目录1 绪论 (1)1.1 滤波器的发展 (1)1.2 课题研究的意义 (1)2 系统设计 (3)2.1 滤波器相关知识 (3)2.1.1 滤波器的分类 (3)2.2 单片机相关知识 (4)2.2.1 单片机的产生与发展 (4)2.3 系统方案设计 (6)2.3.1设计要求 (6)2.3.2 各模块方案的选择 (6)2.3.3 最终方案 (7)2.4 理论分析与计算 (10)3 硬件设计 (13)3.1 放大器模块 (13)3.2 单片机控制滤波器模块 (14)3.3 操作及显示模块 (18)4 软件设计 (20)4.1 开发软件及环境简介 (20)4.1.1 Keil (20)4.1.2 Proteus (20)4.2 系统主要程序 (21)5 系统测试 (23)5.1 指标测试 (23)5.2 误差分析 (23)5.3 功能实现 (24)结论 (26)谢辞 (27)参考文献 (28)附录 (29)1 绪论1.1 滤波器的发展从广义上讲，任何对某些频率（相对于其他频率来说）进行修正的系统称为滤波器。
程控通用滤波器
程控通用滤波器(A题)
一、任务
设计制作一个工作频率范围为0～200kHz、可预置为低通、高通、带通或带阻特性的滤波器，其通带截止频率等参数可调，示意图如下：
信号输出
二、要求
1、基本要求
（1）可预置为低通滤波器：
①通带电压放大倍数为2倍；
②-3dB通带截止频率在1kHz～20kHz范围内可调，其步进为1kHz；
③-3dB通带截止频率误差小于10%；
④在通带截止频率的2倍处，电压放大倍数小于0.2。
（2）可预置为高通滤波器：
①通带电压放大倍数为2倍；
②-3dB通带截止频率在1kHz～20kHz范围内可调，其步进为1kHz；
③-3dB通带截止频率误差小于10%；
④在通带截止频率的1/2处，电压放大倍数小于0.2。
（3）要求输出波形无明显失真。
（4）具有必要的显示功能。
2、发挥部分
（1）低通滤波器在通带截止频率的2倍处、高通滤波器在通带截止频率的1/2处，电压放大倍数小于0.05；
（2）可预置为带通滤波器、带阻滤波器，且下限截止频率和上限截止频率可调，误差小于10%；
（3）能测试并显示输出波形与输入波形之间的相位差，测试误差小于10%；
（4）其它特色与创新。
四、评分意见。
程控滤波器
引言滤波器就是选频电路，可允许一部分频率的信号通过，而抑制另一部分频率的信号，它在数据采集、信号处理和通信系统等领域具有重要作用。
这里提出一种基于开关电容有源滤波器的程控滤波器，可自由选择低通、高通和带通模式，也可步进调节滤波器通带截止频率和放大器增益。
该程控滤波器设计成本低、实现简单，可广泛应用于数字信号处理、通信、自动控制等领域。
2 系统设计方案该系统设计由可控增益放大器、程控滤波器、椭圆滤波器和幅频特性测试仪4部分组成。
图1为其系统总体设计框图。
图1中，可控增益放大器部分是以AD603作为核心器件，实现0～60 dB之间的增益调节。
AD603为低噪声精密可变增益放大器，温度稳定性高，其内部由R-2R梯形电阻网络和固定增益放大器构成，加在其梯形网络输入端的信号经衰减后，由固定增益放大器输出，衰减量由加在增益控制接口的参考电压决定；其增益与控制电压呈线性关系，通过单片机控制，而由D／A转换器产生精确的参考电压来控制增益，从而实现较精确的数控，同时可降低干扰和噪声。
程控滤波器部分采用开关电容滤波器实现。
开关电容滤波器是由MOS开关、MOS电容和MOS运算放大器构成的集成滤波器，其开关电容组在时钟频率的驱动下，可等效成1只与时钟频率有关的等效电阻R=1／2πCfc。
其中C为开关电容组的电容,fc 为滤波器时钟频率。
当用外部时钟改变fc时，等效电阻R改变，从而可改变滤波器的时间常数，也改变滤波特性。
开关电容滤波器可直接处理模拟信号，而不必像数字滤波器需要A／D、D／A转换，这样简化电路设计，提高系统的可靠性。
该系统采用集成的开关电容滤波器MAX297实现低通滤波，采用MAX263实现高通滤波。
利用电感和电容可搭建各种类型的滤波器该系统利用无源LC滤波器技术，参照滤波器设计手册相关参数，比较容易地实现较理想的四阶椭圆低通滤波器，采用有源RC滤波器实现带通滤波器。
放大器输出信号通过滤波器后加在1 kΩ的负载上，各滤波器的输出切换由继电器实现。
2015电赛选拔 E题 程控滤波器设计
2015安徽大学电子设计竞赛选拔题
E题程控滤波器
一、任务
设计并制作一个如图1所示的程控滤波器。
图1 滤波器示意图
二、要求
1．基本要求
（1）可变增益放大器输入信号为峰峰值为20mVpp，可程控调节放大器增益，在0~20dB之间，程控步进为4dB，通频带为100Hz~40kHz，信号经过放大器后，在测试点波形无明显失真，电压增益误差不大于10%；
（2）滤波器设置为低通滤波器，其-3dB截止频率fc在1kHz~20kHz可调，调节步进为1kHz，负载电阻RL=1kΩ，截止频率误差不大于15%；
（3）在2fc处输出抑制不小于18dB，通频带内起伏优于0.5dB，负载电阻RL=1kΩ；
（4）具有参数设置和显示的功能。
2．发挥部分
（1）可变增益放大器的输入信号峰峰值降为10mVpp，放大器的增益范围改在0~40dB，通频带为100Hz~200kHz，其他要求同基本要求（1）；
（2）在2fc处输出抑制不小于30dB；
（3）截止频率误差提高到10%，通频带内起伏优于0.2dB；
（4）制作一个简易幅频特性测试仪，其扫频范围为100Hz~200kHz，步进频率10kHZ.
（5）其他。
三、说明
不得使用成品集成程控滤波器芯片，如MAX262等。
四、评分标准。
程控滤波器
第1章绪论第1章绪论1.1滤波的原理及其滤波器的结构1.1.1滤波概念滤波就是将多种频率的信号经过处理得到想要的单频率的信号，即将有用信号中的杂波信号滤除，或者是将多种信号中的一种频率滤除。
滤波就是利用一些特殊元器件的特性，例如：电容，电感等，将有用信号取出，所以滤波就出现了电容滤波，电感滤波，混合滤波的概念。
1.1.2滤波器的结构从滤波的概念出现后，滤波器就开始登上电子的平台，滤波器的结构也经历了多次演变。
1）.根据滤波器的特性和应用场合其结构形式是很多的。
1.从功能上分；低、带、高、带阻。
2.从实现方法上分:FIR、IIR3.从设计方法上来分：Chebyshev(切比雪夫）,Butterworth（巴特沃斯），贝赛儿滤波（这几种滤波器的适用场合和特性附在论文后）4.从处理信号分：经典滤波器、现代滤波器5.信号形式分：数字滤波，模拟滤波6.从利用的元件分：有源滤波器，无源滤波器2）.滤波器的结构演变1.无源滤波器包括无源电容滤波器，无源电感滤波器，无源电感电容混合滤波器以及利用其他电子元件构成的滤波电路（例如，用二极管，三极管等等构成的检波电路如图1-1）图1-1 滤波器的基本结构河北师范大学职技学院学士学位论文2.有源滤波器的结构组成：由无源的电感，电容组成滤波网络加上有源的运放芯片，其结构如下：图1-2 有源滤波器结构这是一个典型的二阶有源低通滤波器，其工作原理在这里不详细介绍了。
3.开关电容滤波器的结构组成：有由MOS 电容、开关和运放组成。
其基本结构如下：图1-3 开关电容结构图开关电容滤波器的基本原理是，电路的两节点间接有带高速开关的电容器，其效果相当于该两节点间连接一个电阻。
图中T1、T2用一个不重叠的两相时钟脉冲来驱动，假定时钟频率fc(=1/Tc) 远高于信号频率，那么，在φ1为高电平时，T1 导通而T2截止此时C1与输入信号VI 相连，即有：C11iQ =C V (11)-而在φ2为高电平时，T1截止，T2导通。
基于单片机的程控滤波器设计
4. 键盘和显示方案。显示方案采用单片机 I/O 接口直接控制 4* 4键 盘, 读取精确, 性价比高。键盘采用 MAX 7219CNG 控制的八位数码管交替显 示设定电压值和实际测试电压值。简单易于控制, 成本低廉, 且性能优良。
3. 程控滤波方案。方案 一: 以 集成 运放 为核心 的有 源 R C 滤波 电 路, 结构简单, 所需元件较少, 成本低, 且电路输入 阻抗高、输出阻 抗低, 并有专门的设计仿真软件, 可 以在阻 带实现 很大的 衰减。但 这种滤 波 器的阻容参数固定以后中心频率就不可以再调节, 无法实现程控。
模式 4: 只有该模式下才可以实现全通滤波器。 在设计中, 首先根据所需的频率响应特 性, 确定出 品质因数 ( Q ) 及 截止频率, 由 Q 值进而确定出 N 值。在本设计中, 采用模式三实现高通 滤波和低通滤波功能。 系统设计采用引脚可编程滤波器 MA X264 /263实 现低通或 高通滤 波器的电路。 3. 程控放大电路原理。 AD 603的基本增益为: G ain( dB) : 40VG + 10 其中, VG 是差分输入电压, 单位是 V, G ain 是 AD 603 的基本增益, 单位 是 dB。由式 1看出, 以 dB作单位的对数增益与电压成线性关系。由此, 单 片机通过简单的线性计算就可控制对数增益, 从而准确实现增益步进。 4. STC 89C54RD 单片机 电路原理。系统采用 STC89C54RD 单片机 控制, 芯片引脚及外部电路原理如图 1 所示:
程控放大滤波器
摘要本设计以单片机PIC16F877A为核心，由放大电路、滤波电路、显示模块和按键模块组成。
系统通过单片机控制继电器的工作状态，从而实现对放大倍数的调整和高低滤波电路的切换。
同时，单片机还通过对数字电位器X9312输入的控制，达到对电位器输出阻值的控制，进而使截止频率按1KHz步进的变化。
本系统还具有参数设置和显示功能，可通过按键设置输入信号的电压增益和输出信号的截止频率，并由数码管显示。
关键词: 单片机PIC16F877A 数字电位器高通滤波低通滤波1. 系统设计1.1 实现方案本设计采用LF353构成三级反相放大电路，实现压增益最大为60dB，并由单片机控制继电器的工作状态实现增益10dB步进可调。
采用二阶压控低通滤波电路和二阶压控高通滤波电路构成滤波电路，同时由单片机控制继电器的工作状态从而实现对滤波电路的选择。
本设计还采用了数字电位器X9312，通过单片机输入不同的数值，使X9312输出不同的阻值。
由于不同的阻值对应不同的中心频率，设计中使中心频率等于截止频率，通过改变中心频率从而改变截止频率，最终实现截止频率按步进值为1KHz的形式调节。
1.2.1方案比较与论证（1）数字电位器模块X9312为8位数字电位器, 该电位器内部包含了99个电阻单元阵列，其模拟开关由7位二进制数字信号来控制,利用脉冲可调节其电阻值，但其阻值的的变化不是线性变化，而是以一定的步进值变化，若其突然掉电，其值将被保存在内部的寄存器中，最为重要的是电流可以双向流过其内部电阻阵列。
（2）单片机控制模块采用PIC16F877A单片机作为系统控制器。
PIC系列单片机指令系统设计精炼，且具有性能完善、功能强大、开发应用方便以及人机界面友好等突出优点，系统具有更高的性价比。
因此选用它。
（3）放大器模块LF353为两运算放大器,他具有低功耗高速等特点，它的工作电压为—18V～+18V，最主要的特点是它的带宽增益可达4MHz，基于以上的优点LF353可满足设计要求，因此选用它。
程控滤波器.(DOC)
程控滤波器一、任务设计并制作程控滤波器，其组成如图1所示。
放大器增益可设置；低通或高通滤波器通带、截止频率等参数可设置。
图1程控滤波器组成框图二、要求1. 基本要求（1）放大器输入正弦信号电压振幅为10mV，电压增益为40dB，增益10dB步进可调，通频带为100Hz～40kHz，放大器输出电压无明显失真。
（2）滤波器可设置为低通滤波器，其-3dB截止频率f c在1kHz～20kHz范围内可调，调节的频率步进为1kHz，2f c处放大器与滤波器的总电压增益不大于30dB, R L=1kΩ。
（3）滤波器可设置为高通滤波器，其-3dB截止频率f c在1kHz～20kHz范围内可调，调节的频率步进为1kHz，0.5f c处放大器与滤波器的总电压增益不大于30dB, R L=1kΩ。
（4）电压增益与截止频率的误差均不大于10%。
（5）有设置参数显示功能。
2. 发挥部分（1）放大器电压增益为60dB，输入信号电压振幅为10mV；增益10dB步进可调，电压增益误差不大于5%。
（2）制作一个四阶椭圆型低通滤波器，带内起伏≤1dB，-3dB通带为50kHz，要求放大器与低通滤波器在200kHz处的总电压增益小于5dB，-3dB通带误差不大于5%。
（3）制作一个简易幅频特性测试仪，其扫频输出信号的频率变化范围是100Hz～200kHz，频率步进10kHz。
（4）其他。
摘要：本系统以MP430G2553单片机为控制核心，实现程控滤波的功能。
前端放大器由运放和数字电位器构成，实现了增益0—40dB，步进10dB 可调。
滤波器采用程控数字电位器的技术，构成RC有源滤波网络，实现了程控高通、低通滤波截止频率1KHz—20KHz，步进1KHz可调。
设人机接口采用4×1键盘及LCD液晶显示器，控制界面直观、简洁，具有良好的人机交互性能。
关键词：程控滤波MSP430G2553 数字电位器本系统以MSP430G2553单片机为控制核心，利用开关电容技术实现程控滤波的功能。
基于FPGA的程控滤波器的设计
ｆｎｔ ｎ ｏ ｓ ｌ ｓ ｎｌａ ｐｉｃｔ ｎ ｃｔｏ ｅ ｕｎｙａｊｓ ｎ ａ ｄａ ｐｉ ｄ ｅｓｒｍ ｎ． ｈ ｍ ｌ ｅ ｏｕｅｉ ｕ ｃｏ ｆ ｍａ ｉ ａ ｍ ｌ ａ ｏ ，ｕ－ｆ ｆ ｑ ｅｃ ｄｕｔ ｔ ｎ ｍ ｌｕ ｅｍ ａｕｅ ｅ ｔＴ ｅａ ｐｉ ｒｍ ｄ ｌ ｓ ｉ ｌ ｇ ｉ ｆ ｉ ｒ ｍｅ ｔ ｉ ｆ ａｈｅｅ ｙｕｉｇｖｒ ｂｅｇｉ ａ ｐｉｅ Ｄ ０ ， ｅｂｇｅｔ ａｎｃｎｒａｈ６ｄ ｗｔ ０ Ｂｇ ｉ ａｊｓ ｂｅａｄｔｅｇｉ ｃ ｉ ｄｂ ｓ ａ ａｌ ａ ｍ ｌ ｒ ６ ３ ｔ ｉｇｓ ｇ ｉ ａ ｃ ０ Ｂ，ｉ １ｄ ａｎ ｄｕｔ ｌ，ｎ ａ ｖ ｎ ｉ ｎ ｉ ｆ Ａ ｈ ｅ ｈ ａ ｈ ｎ
１２ 滤 波 器 模 块 的 设 计 与 论 证 ．
１ 方 案 论 证 与 选 择
ｌ１ 可 变 增 益 放 大 模 块 的 设 计 与 论 证 －
方案 １数 字 电位器 控 制 两级 ＩＡ ２ ： Ｎ １ ９级 联 。用 Ｆ Ｇ ＰＡ 控 制 数 字 电 位 器 Ｄ １６ Ｓ２ ７使 其 输 出 不 同 的 阻 值 ， 作 为 高 精 度仪 表放 大 器 ＩＡ ２ Ｎ １ ９的 反 馈 电 阻 。 通 过 控 制 数 字 电 位 器 来 改 变 Ｉ Ａ１９的 放 大 倍 数 ， 从 而 实 现 放 大 器 的 增 Ｎ ２
ｃ ｔ ｆ ｆ ｑ ｅ ｃ ｒ ｍ ｋ ｏ ３ ｋ 。 ｎ ｅ ｅ ｒ ｒｉ ｅ ｓ ｔ ａ ． ％ ． ｅ ｉ ｅ ， ｅ ａ ｐ ｉ ｄ ａ ｕ ｅ ｎ ｃ ｉ ｖ ｄ ｂ ｕ— ｏ ｒ ｕ ｎ ｙｆｏ ｌ Ｈｚｔ ０ Ｈｚ ａ ｄ ｔ ｒｏ ｓｌ ｓ ｈ ｎ １５ ｅ ｈ Ｂ ｓｄ ｓ ｔ ｈ ｍ ！ ｕ ｅ ｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔｉ ａ ｈ ｅ ｅ ｙ ｔ ｓ ｕ ｉ ｓ ＲＭＳ ｓ ｍｐ ｉｇ ｃ ｉ Ｄ６ ７ ａ ｄ １ － ｉ ｐ ｒ Ｕ ｌＡ Ｘ１ ． ｓ￣ ａ ｌ ｈ ｐ Ａ ３ ｎ ２ ｂ ｔ ａａ ｅ ＤＣ ＭＡ ２ ｎ ０
单片机的可控放大器程控滤波器设计
ＡＤ ／ 转换Ｍ 有效值检测 Ｈ 程控滤波器 Ｈ增益放大器Ｈ 带通滤波器
单 片 机 的可 控 放 大 器 程 控 滤 波器 设计
陈 寒 青 。 艺 娟 ， 时 栋 。 培 贤 纪 丁 谢
（ 门大 学 嘉 庚 学 院 ， 州 ３ １ ０ ） 厦 漳 ６ ０ ５
摘 要 ：基 于 单 片机 设 计 了一 种 可控 放 大 器程 控 滤 波 器 。 可 控 放 大 部 分 以 可控 放 大 器 Ｐ ＧＡ２ ３为核 心 ， ０ 实现 输 出增 益 的 动 态调 整 ； 控 滤 波 器 以 开 关 电容 滤 波 器 ＬＭＦ ０ 程 １ ０为核 心 ， 用 ＤＤＳ芯 片 ＡＤ９ ５ 使 ８ ０产 生可 变 的 时钟 ， 实现 滤 波 器 的 截 止
ＡＤ８ ７ ｒａｉ ｓｔ ｅｖｒｕ ｌ ａｕ ｅｅ ｔ ｎ ａ ｄＴＬ ５ ０ｃ ｍｐｅｅ Ｄ ｏ ｖ ｒｉｎ Ｔａ ｉｇＳ ３ ｅ ｌ ｅ ｈ ｉｔ ａ ｌｅｄ ｔｃｉ ， ｎ Ｃ５ １ ｏ ｌｔｓＡ／ ｃ ｎ ｅ ｓ ． ｋｎ ＴＣ１ Ｃ５ ２ ｚ ｖ ｏ ｏ ２ Ａ３ ＲＤ ｓｔ ｅｃ ｒ ， ｓｎ ａ ｈ ｏ ｅ ｕ ｉｇＬＣＤ ａ ｄ ｎ
Ｃｈ ｎＨａ ｑｎ ，ｉ ｕ ｎ， ｎ ｈｄ ｎ ， ｅＰ ｉｉｎ ｅ ｎ ｉｇ Ｊ ＹＵ ａ ＤｉｇＳ ｉｏ ｇ Ｘｉ ｅｘａ
（ ｎ Ｋａ ｅ Ｃｏ ｌｇ ，Ｘｉｍ ｅ ｉｅ ｓｔ ，Ｚ ａ ｇ ｈ ｕ ３ ３ ０ ，Ｃｈ ｎ ） Ｔａ ｈ Ｋｅ ｌ ｅ ｅ ａ ｎ Ｕｎ ｖ ｒ ｉ ｙ ｈ ｎ ｚｏ ６ １ ５ ｉ ａ
量 有 源 滤 波 器 的重 要 指 标 。 为 了 实 现 增 益 和 截 止 频 率 可
制 增 益 大 小 。 系 统结 构 框 图 如 图 １所 示 。
程控滤波器
• （3）内部结构：MAX262内部使用了两个串联的积分器和一个运算放大器， 一个独立的放大器，模式选择寄存器，中心频率寄存器，增益寄存器和开关 电容网络。 • （4）工作原理：两位数据值在四位地址位的控制下，在WR的下降沿经逻辑 接口给滤波器A、B的中心频率、品质因数Q及工作模式控制字分别赋予不同 的值，从而实现各种功能的滤波。 • （5）MAX262的应用非常广，可以应用在带通中，而且也适合低通、高通、 全通的滤波中（我们利用的就是带通）
X 1 X 2 1 Y1 2 7 8 +5 C 21 103 C 22 U 2 103
WDT SO
+5V
C 23 30pF R 10K 24 10K C 24 4.7uF 7
B
XTA L
G ND G ND HF C 4052B EY
Y2 8 7 6 5 1 2 R ET S
CLKR
Y3 2
Y 4 2
A
P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RT S P3.0(R D) X P3.1(TX D) P3.2(INT0) P3.3(INT1) P3.4(T0) P3.5(T1) P3.6(W ) R P3.7(R ) D X TAL2 X TAL1 G ND A 51 T89S
各位评委老师
上午好
程控滤波器
（带通） 组员： 指导教师：
• 引言
• 滤波就是将多种频率的信号经过处理得到想要的单频率的信号，即将有用信 号中的杂波信号滤除，或者是将多种信号中的一种频率滤除。 • 滤波器在电子领域中占有很重要的地位，在其他领域中也相当重要，因此它 的应用范围很广，在信号处理，抗干扰处理，电力系统，抗混叠处理等等领 域中应用很广。其中以有源滤波器是最常用的，但是其设计和调试也比较麻 烦，虽然现在也有相应的设计软件，但是由于其分立的原因抗干扰能力较弱。 而采用MAX262可以很轻松的实现多种滤波 .
程控滤波器
程控滤波器2、方案比较：（1）放大器模块：方案一：利用可变增益放大器实现。
选用可变增益放大器芯片（如AD603），通过给出不同的控制信号改变其放大倍数，从而实现放大器的增益调节。
采用AD603实现放大时,容易出现自激，并且对控制信号的稳定度要求很高，故不采用此方案。
方案二：采用D/A衰减器实现。
利用可编程放大器思想，现将输入的信号放大1000倍，再将其作为D/A的基准电压，这时D/A作为一个程控衰减器。
但是由于控制的数字量与所需的增益（dB）不成线性关系而是指数关系，造成增益调节不均匀，精度下降。
方案三：采用OP07低噪声放大器，以提高程控放大器抗干扰能力，采用跟随器的接线方法，提高带载能力和减少信号源对程控放大器的影响，通过改变反馈电阻的阻值，可实现增益可控制的放大器。
综上所述：本设计采用方案三，不但具有低噪声的功能而且操作十分方便，能够满足题目中要求。
（2）滤波器模块：方案一：采用实时DSP或FPGA数字滤波技术。
数字信号处理灵活性大，可以在不增加硬件成本的基础上对信号进行有效滤波，但不适合高增益弱信号检测。
要进行高效率的滤波，需要 A/D、D/A具有较高的转换速率，处理器具有较高的运算速度。
方案二：采用双积分回路滤波器。
用DA等效成可变电阻，通过控制DA实现对滤波器Q值、截止频率的设置。
在实现低通和高通程控的同时，可以实现带通的控制。
电路设计麻烦，不宜采用。
方案三：采用有源滤波器。
利用运算放大器和电阻、电容等分立元件构造成低通和高通滤波器，然后通过继电器或模拟开关来切换不同的电阻值和电容值，改变滤波器的截止频率。
综上所述：本设计采用方案三，该方案简单易行，电路简单，且精度高，经费较低，能够满足系统要求。
（3）四阶椭圆低通滤波器模块：系统要求制作一个四阶椭圆型低通滤波器，带内起伏≤1dB，-3dB 通带为50kHz，我们采用无源LC椭圆低通滤波器来实现。
利用电感和电容可以搭建各种类型的滤波器。
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程控滤波器
摘要：程控滤波器主要由可编程滤波器、程控放大器、与控制电路三部分组成。
MAX262是可编程的开关电容滤波器，可以用数字信号控制滤波器Q 值与中心频率f o 从而实现对截止频率的步进控制，而且可以实现低通、带通、高通滤波
器。
AD 603通过控制它的控制电压实现增益的控制设计简单合理、可靠性好，经实践证实控制精度较高。
关键词：可编程滤波器，数模转换器，AD603,MAX262
1. 系统方案
方案一
采用积分与运算放大电路组成的多功能状态变量滤波器，通过计算改变R ，C 的值，可以达到很高的控制精度。
它的传递函数如下：
2
O 0122
012()()()u i U s a a s a s A s U s b b s b s ++==++ 从它的传递函数中可以看到它可以实现多种滤波器的功能，而且可以实现较高的精度，可以完成赛题的要求。
方案二
采用集成电路，MAX262是MAXIM 公司新推出的4 种应用非常广泛的4 阶开关电容滤波器。
MAX262不需外部元件就能做成巴特沃兹、契比雪夫、贝塞尔等各种带通、低通、高通、陷波、全通滤波器。
MAX262 芯片性能优越,使用方便,最突出的优点是滤波精确、设置方便,中心频率、Q 和运行模式均可通过引脚编码输入进行选择,而不必更换外部元件。
和传统的RC 滤波器比较,避免了R 、C 元件选配的麻烦，而且通过外围控制电路可以实现题目要求。
放大电路由可控增益运算放大器AD603和AD 转换电路组成，AD603具有较宽的通频带，与增益稳定度，通过控制它的控制电压可以达到题目的控制要求。
由集成电路组成的程控滤波器具有以上所述的优点，这里采用了以MAX262为中心，来实现题目所要求的各种功能。
系统框图如图所示。
图1
2. 理论分析与计算
MAX262有多种工作模式用以适应多种应用场合，在模式2下通过编程可以确定当前中心频率f o 与时钟频率的比值，而且该比值在40—140之间64步可调，呈现以下关系：f clk /f o =（26+N ）×∏/2（其中N 为编程二进制的值）。
当时钟频率f clk 一定时，合理控制N 的步进量即可实现中心频率f o 1Khz 步进可调。
同时还可以改变滤波器的Q 值，Q = 90.51 / (128 - N)。
而截止频率f c 与系统的f o ，Q 具有下面的关系。
c o f f = 由此可以看到采用弹片机对MAX262进行控制，对于整个主程序只需在初始化或改变参数时执行该子程序即可。
修改参数比较方便，只需改变数据定义部分数据；同时此程序也适用于其他类型：低通（LP ）、高通（HP ）、陷波（N ）及全通（AP ）滤波器接法。
此电路有自跟踪特性好、Q 值高、抗干扰强、频响好、性能稳定、使用灵活，是较为理想的四阶带通滤波器。
它可作为采样电路前级输入的理想滤波电路，该电路已成功地应用到了超声波检波器阵子测量仪电路中。
MAX262 具有一般分立模拟电路所难以实现的性能，但它也有一些缺点，最致命的一点是：由于滤波器采用了开关—电容式滤波，因此滤波输出幅度是阶梯式（离散）的，每周期级（点）数与fclk / f0 比率成正比，fclk / f0 不可能无穷大，这里最大也只有139.80，滤波输出阶梯现象较明显，即失真较大，故不适合低失真场合，但对周期平均采样电路是允许的。
另外MAX262 自噪声与Q 值、模式有关，Q 越大，自噪声也越大；Q 很大时容易产生自激振荡，要保持高的S / N ，应输入尽可能大的信号。
AD603 是AD (ANALO G DEV ICES) 公司推出的一种低噪声且由电压控制的增益放大器，它提供精确的、可由管脚选择的增益, 它的增益是线性变化的, 且在温度和电源电压变化时有很高的稳定性, 增益变化的范围40 dB, 增益控制转换比例25 mV/dB, 响应速度为40 dB, 变化范围所需时间小于1us 。
AD603 内部包含一个七级R —2R 梯形网络组成的0 dB 到- 42. 14 dB 的可变衰减器和一个固定增益的放大器, 此固定增益放大器的增益可通过外接不同反馈网络的方式改变, 以选择AD603 不同的增益变化范围。
程控放大器AD603在一定的电路形式下可以实现下面的关系试：
Gain (dB) = 40V G + G0
对于两个AD603的增益控制脚并接使用的情况, 增益计算公式为：
Gain (dB) = 80V G + G0
其中V G 是差动式输入的增益控制电压(1 脚到2 脚) ，范围是-500mV～500mV , 在公式里单位应用V; G0 是增益起点, 接不同的反馈网络G0 有所不同, 上面三种接法G0 分别为10 dB、20 dB、30 dB。
AD603 的串联使用为了获得更大的增益变化范围而将两个AD603 串联使用时, 可将两者的增益控制脚并接(即1 脚和1 脚接、2 脚和2 脚接)也可将其中的一个脚并接进行控制而将另一个脚分开, 还可将两者完全分开控制，如果采用弹片机通过AD转换器来控制这两脚的压差可以实现增益的步进或者连续可调。
因此AD603完全可以实现题目的增益要求。
3. 电路与程序设计
3.1 程控滤波电路
3.2 程控放大电路
3.3 控制电路与显示电路
控制电路控制芯片采用AT98C51，数/模转换电路采用8位并行转换器DAC0832，分别控制MAX262的工作模式与AD603的增益。
显示电路采用串口LED显示以节省弹片机I/O接口。
4. 测试方案与测试结果
5. 结论
参考文献
附录。