程控滤波器的设计报告

学校：天津工业大学

学院：电子与信息工程学院指导老师：徐伟

班级：通信094

成员：高颖张君

程控滤波器的设计

完成人：张君（0910920430）；高颖（0910920422）；

摘要：本系统以STC89C52单片机作为控制芯片。程控滤波器具有高通、带通和低通滤波功能，其截止频率fc 分别在1~20kHz 范围内可调，调节的频率步进为1kHz 。设计采用状态变量滤波器原理，这种滤波器截止频率与Q 值受不同元件控制且互相没有影响，而且只用一个电路可同时取得高通、低通、带通。可以用乘法型数/模转换芯片代替电路中控制截止频率的电阻，通过程序改变DAC 输出，从而改变等效接入电阻达到程控截止频率的目的，同时通过模拟开关达到程控改变滤波器形式的目的。该方案电路简单，元器件只有基本运算放大器和乘法器DAC ，易于获得。

关键词：同时可实现低通、高通、带通滤波且频率可调。

1 、设计要求

程控滤波器可设置为低通、高通和带通，其-3db 截止频率fc 分别在1~20kHz 范围内可调，调节的频率步进为1kHz 。

2 、总体设计

2.1 系统组成及工作原理

信号输入 信号输出

程控滤波器模块框图

LP BP HP

程

控滤波器

模拟开关

MCU

键盘输入

1602液晶显示

该滤波器模块采用反转输入型状态可调滤波器原理。其具备两个优点：第一，决定截止频率和Q值的元件可以单独确定，相互之间没有影响；

第二，用一个电路可以同时完成LPT、HPT、BPT三种输出。

根据原理可知影响截止频率的量只有Rf和Cf，只需改变他们便可改变截止频率。本设计选择改变Rf的值来改变截止频率。设计中采用DAC0832代替R6，R7，通过单片机控制DAC0832改变其输出电流，从而改变等效接入电阻R的值而达到程控的目的。

2.2 程控滤波器测量原理

反转输入型状态可调滤波器

R1=R2=R3=R , R6=R7=Rf , C1=C2=Cf ,

f0=1/2π√R2/(R3R6R7C1C2)=1/2πRfCf

Q=(1+R4/R5(1/(1/R1+1/R2+1/R3))√R6C1/(R2R3R7C2=(1+R4/R5)/3=0.707,

Uout=-(Iout×Rbf)=-Uref×digital/256,

Uref/Iout=256/digital×Rfb,

f0= digital/512πRfb Cf

R2=R3=R4=10KΩ, R5=9.1ΚΩ, C1=C2=Cf=390Pf, R6=R7=Rf，f0=1/2πRfCf

Rf(KΩ) 408 204 136 102 81.6 68 58.3 51 45.3 40.8

f0（Khz） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

3 硬件设计

3.1 硬件组成

信号输入

信号输出

3.2 程控滤波器电路

1234

A

B

C

D

4

321D

C

B

A

3

2

61874

U 2

O P 37

32

61874U 3O P 37

3

2

61

8

74

U 4O P 37

C 5390p F

C 6

390p F

G N D G N D

G N D V c c

20

I o u t 111l s b D I 07

I o u t 212D I 16D I 25R f b 9D I 34D I 416V r e f 8D I 515D I 614m s b D I 7

13I L E 19

W R 218C S

1W R 12X f e r 17U 5

D A C 0832

V c c

20

I o u t 1

11

l s b D I 07

I o u t 212D I 1

6D I 25R f b 9D I 34D I 416

V r e f 8D I 515D I 614m s b D I 7

13I L E 19W R 218C S

1W R 12X f e r

17U 6

D A C 0832

C W 210K

C W 310K

C W 410K

H P F

B P F

L P F

G N D

G N D G N D G N D

G N D

G N D

G N D

G N D C C 120.1u F

C C 110.1u F

+5V

+5V C C 60.1u F

C C 80.1u F

C C 10

0.1u F G N D

G N D

G N D C C 50.1u F

C C 70.1u F C C 90.1u F

G N D G N D G N D

12

J P 1C O N 2R 110K

H P F 12345678

J 2

C O N 8

12345678

J 3C O N 8

+5V

R 2

10K

R 310K

R 410K R 59.1K

+5V

D 0

D 1D 2D 3D 4D 5D 6D 7D 8

D 9D 10D 11D 12D 13D 14D 15D 0D 1D 2D 3D 4D 5D 6D 7

D 8D 9D 10D 11D 12D 13D 14D 15

L P F B P F

G N D

3

261

8

74

U 1O P 37

G N D C C 4

0.1u F C C 30.1u F

G N D

C W 110K

1

2J 1C O N 2

1

23

J P 2

C O N 3

+5V

-5V C 10.1u F

C 30.1u F +C 210u F /50V

+C 410u F /50V

G N D

G N D

G N D

I N /O U T 1I N /O U T 2O U T 3I N /O U T 4I N /O U T 5I N H 6V E E 7V S S 8A

9B 10C 11I N /O U T 12I N /O U T 13I N /O U T 14I N /O U T 15

V D D 16R ?4051

L P F B P F H P F 123

J 4

C O N 3

D 23D 24D 26

D 23

D 24D 26G N D

G N D +5V C 100.1u F G N D 12

J 5

C O N 2

LP BP HP

程控滤波器

模拟开关