【正文】 ，這樣電路結(jié)構(gòu)簡單，所需元件少、性價比高，且電路輸入阻抗高、輸出阻抗低，可以在阻帶實現(xiàn)很大的衰減 [13,14]。與無源濾波器相比，有以下特點： （ 1） 不僅能補償各次諧波，還可 以補償無功 ， 抑制變動 ，有一機多能的特點，在性價比上較為合理； （ 2） 濾波特性不受系統(tǒng)阻抗 等的影響，可消除與系統(tǒng)阻抗發(fā)生諧振的危險； （ 3） 具有自適應(yīng)功能，可自動跟蹤補償變化著的諧波，即具有高度可控性和快速響應(yīng)性等特點 [18]。通過 不 同電容值的接入就 可 以實現(xiàn)不同截止頻率的 濾波 電路 ， 而后單片機通過控制 LCD 液晶實時顯示當(dāng)前工作的模式和相應(yīng)的截止頻率數(shù)值 [22]。 在 整個的 系統(tǒng)設(shè)計電路 主要包括 微 控制 器 電路 設(shè)計 、 壓 控電壓源二階低通濾波器的設(shè)計 、按鍵及液晶顯示電路、系統(tǒng)供電電源電路的設(shè)計等， 只 有這些功能電路都成功地實現(xiàn)后 ， 整個系統(tǒng)設(shè)計電路才能夠成功實現(xiàn)， 下面將一一介紹。 所以 滿 足這款芯片正常穩(wěn)定工作運行的核心控制硬件模塊為此次設(shè)計的第一部分， 控制 電路如 圖 所示 ： 圖 單片機 最小系統(tǒng) 上 圖為單片機的最小系統(tǒng)電路， 由于單片機 內(nèi)部沒有晶振來提供系統(tǒng)所需時鐘也黑龍江 工程 學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 8 沒有復(fù)位電路給系統(tǒng)進行復(fù)位，所以 由 C C7 兩個 電容 結(jié)合 12M 的晶振 組 成 給 單片機 固定 的 節(jié)拍 時鐘 ，由按鍵 SWPB 結(jié)合 電容 C 電阻 R2 構(gòu)成 單片機 復(fù)位電路， 同 時給單片機的 P0 與 P2 端口外 接 的 上 拉電阻。單片機 要 有很好地反應(yīng)速度和處理能力，它要實現(xiàn)液晶電路的顯示、輸入按鍵的信號處理和對模擬開關(guān)的 輸出 通道模式 選擇。 本設(shè)計的截止頻率分別是 50Hz、 100Hz和 1KHz。 這 部分可以說是整個系統(tǒng)電路的核心 組成 ，它的性能直接決定了電路的技術(shù)指標 ， 所以它的設(shè)計是非常重要的，具體的原理圖如 圖 示 ： 圖 程控濾波模塊 原理圖 從 上面的原理圖可以看出， 信號 首先進入電壓跟隨器， 此次 設(shè)計用到的電壓跟隨器 是 由運放 LM358 構(gòu)成信號 由 IN 接入 運放的正相端，然后運放的輸出端接入運放的負相端實現(xiàn)運放的一個負反饋，接下來是進入 由 電阻、電容、運放構(gòu)成的 有 源二階 低通 濾波器，首先進過電阻 然后并聯(lián) 到一個電容接地， 接 入運放 LM358 的 正 相 接入端 。首先 在單片機的 端口 處選擇三個引腳 作 為控制端的輸出命令信號，然后將三個引腳分別對接模擬開關(guān)的通道選擇端 A、 B、 C三 個引腳， 模擬 開關(guān) 擁 有 1 個 輸入口， 8 個輸出 通道的選擇 ?；?這 種現(xiàn)實考慮系統(tǒng)決定引入液晶顯示，通過 LCD 的方式讓人更直觀的觀察到此時電路工作的狀態(tài) 是 哪種，具體的實現(xiàn)電路如 圖 所示 。 電源 電路設(shè)計 本 設(shè)計系統(tǒng)中的每一個 電路 模塊 都 需要有電源來供電，所以電源 電路 部分 的 設(shè)計是不可缺少的， 又 因為電路中的各部分器件所需要的電壓有不同 ， 所以需要設(shè)計一個能提供多電 壓 的 供電 電路，因 為 有 運算放大器的原因， 在 電源電路的設(shè)計中還 要 注意要能夠提供出負電壓，因為運 算放大 器采用的電源是正負電壓供電的方式，供電電源電路的設(shè)計如圖 所 示： D121N4007D71N4007D81N4007D131N4007D21N4007D161N40073300uFC3D31N4007D181N4007123P_IN100uFC1C6C153300uFC13100uFC17100uFC9100uFC16D910kR1Vin1GND2Vout37805U27805GND1Vin2Vout37905U57905GND1Vin2Vout37912U47912Vin1GND2Vout37812U17812C5C11C12C10D41N4007D11N4007D141N4007D111N4007100KR2100KR35V5V12V12V1 23 45 67 89 1011 12P5V123456P5V1 23 45 67 89 1011 12P12V123456P12VGNDGND 圖 電源電路 由 圖 可以看出 ， P_IN 接變壓器的三個輸入端，系統(tǒng) 采用的線性電源是將交流電經(jīng)過變壓器降低電壓 值 ， 然后 再經(jīng)過整流電路 得 到的直流電壓。 黑龍江 工程 學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 13 第 4 章 軟件設(shè)計 第 三章詳細介紹了系統(tǒng)設(shè)計中用到的硬件部分， 可 以很容易的理解到在整個的系統(tǒng)運行中光有硬件 系統(tǒng) 是不能工作的，還需要相應(yīng)的軟件來進行 控制 ， 在 本設(shè)計中用到了 軟件 和編譯器。 在 設(shè)計中 對處理 器芯片 進行 程序代碼的編寫 ， 首先是對芯片進行初始化配置把相應(yīng)的時鐘、復(fù)用引腳 、 液晶顯示的 程序 等都設(shè)置好。 第 一部分的程序設(shè)計為總體程序的設(shè)計，它 根據(jù) 整 個 系統(tǒng)的 貫穿 始終來考慮 ， 基本包括了程序設(shè)計中的主要 設(shè)計 環(huán)節(jié)和大體設(shè)計思路；第二 部分 的設(shè)計為 程 控通道選擇程序的設(shè)計， 這 部分是很重要的一個功能實現(xiàn)環(huán)節(jié)，對于 處于 不同截止頻率的不同濾波電路主要是通過這一環(huán)節(jié)實現(xiàn)的，在 這個環(huán)節(jié)里主要是模擬開關(guān)與單片機之間的程序配合；第三部分 按鍵 去抖動程序的設(shè)計， 按鍵 去抖動是很重要的一部分因為此次設(shè)計的程控輸入端就是通過按鍵來操作的，對于按鍵去抖動有 有 很多的實現(xiàn)方式，分為硬件和軟件，在此次設(shè)計中采用軟件處理的方式，在軟件處理的方式 也 可根據(jù)實際情況分為比如查詢、矩陣鍵盤的掃描等，因為本次設(shè)計所需要的按鍵數(shù)量較少，所以采用 程序軟件 查詢 的 方式進行處理；下面將 逐個 進行介紹。 單片機 在接收到按鍵選擇的工作模式后就會通過引腳給模擬開關(guān)的控制端輸入相應(yīng)的高低電平，生 成相應(yīng)的命令 使 濾波電路得到不同的 接入 電容從而實現(xiàn)不同的截止頻率 ，這 樣就實現(xiàn)了整個程控濾波電路的流程設(shè)計。 接入按鍵的 引腳電平出現(xiàn)變化即按鍵按下，單片機 首先 延時 10ms的時間 進入 延時去抖動程序， 10ms過后如果還 有 信號 即 證明 按鍵 此時牌按下的狀態(tài) ， 單片機 執(zhí)行 此按鍵對應(yīng)的命令， 在 這之后 按鍵 松開 單片機 再次進行判斷 10ms后沒 有信號輸入說明按鍵此時已被松開。 黑龍江 工程 學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 18 第 5 章 仿真 與測試 本 課題在 制作 實際電路板時， 首先 是制訂系統(tǒng)設(shè)計方案并根據(jù)實際情況得出最優(yōu)設(shè)計選擇，然后去根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計的需求來選擇性能及價格都合適的相應(yīng)電子器件，根據(jù) 器件 的 特性 選擇相應(yīng)的編譯器及下載方式并利用編程軟件編寫出符合相應(yīng)功能要求的程序代碼 ， 此上的這些步驟為實際電路設(shè)計的 前提 。 此次 設(shè)計除 了進行仿真外，還進行了實物的制作。 該 系統(tǒng)設(shè)計的要求是 利用單片機 程控的方式 ， 選擇不同的低通濾波電路 接入 不同的電容 阻 值得到 截止頻率不 同的濾波設(shè)計。 從 波形 圖中可以看出超出 后，明顯出現(xiàn)頻率截止。 實 物 調(diào)試 本設(shè)計的硬件部分通過調(diào)試，在調(diào)試過程中遇到很多問題，由于本 電 路是自己焊的，所以電路容易出現(xiàn)某根線斷了的情況，本已經(jīng)測試好的電路不得不重新查找問題。 首 先 ， 利用按鍵選擇 截止 頻率 50Hz 的 程控低通濾波電路 ， 經(jīng)過調(diào)試得到 阻 帶的截止頻率為 65Hz， 將 30Hz、 100Hz的 信號 頻率 通過 濾波 電路 進行 示波 器 觀察，具體的 波形 圖 如 圖 (a)、圖 (b)所示 。 200Hz的信號頻率通過 程 控濾波 電路 后 發(fā) 生了 一 些變化，信號的幅度值 被削減變小 ，說明 200Hz 信號通過了截止頻 率為 100Hz 的 低通 濾波電路時 發(fā)生了截止，信號不能完全通過低通濾波電路 。 圖 (a) 200Hz 信號 頻率 波形 圖 圖 (b) 2KHz 信號 頻率 波形 圖 黑龍江 工程 學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 26 本 章小結(jié) 本章 主要介紹了系統(tǒng)中軟件方面的設(shè)計， 首先 介紹了單片機編程 時 所需的 C 語言、 Keil 編譯器 。 在經(jīng)過了兩個多月的時間后 ， 設(shè)計完成了 預(yù)期 的功能指標 包括二 階低通濾波 電路 的設(shè)計、 選擇 不同截止頻率濾波電路、程控濾波電路、液晶顯示電路 等設(shè)計要求。 電路 通過 讀入 控制按鍵的方式來 執(zhí)行與 按鍵對應(yīng) 的 截止頻率的濾波電路， 從而 實現(xiàn)不同的截止頻率。 單片機 通過與 LCD 相連 ， 把當(dāng)前工作電路的截止頻率與工作模式顯示出來，便于人們觀察。 這 次的設(shè)計從最初方案的討論設(shè)計到軟硬件的不 斷調(diào)試，付出了很大的努力，全身心的投入到其中。在大學(xué)的四年里，真的是終身受益，這次的畢業(yè)設(shè)計也 對自己有了新的認識，在整個的設(shè)計過程中發(fā)現(xiàn)了自己的許多不足，同時，也讓自己對學(xué)習(xí)有了新的感悟，做 項目做工程在書本理論知識充足的前提下，還要有豐富的動手實踐能力 和解決 問題的自我學(xué)習(xí)能力，這些都非常非常的重要，在這兩個月的實踐中， 感覺到只 有真正的去做，去實現(xiàn)才能理解到理論知識的真正內(nèi)涵。劉老師認真治學(xué)的 態(tài)度 ，為我們的畢業(yè)設(shè)計創(chuàng)造了一個認真、 嚴謹 的學(xué)習(xí)氛圍，他的治學(xué)嚴謹和科學(xué)研究的精神也是我永遠學(xué)習(xí)的榜樣。 黑龍江 工程 學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 31 附 錄 附錄 A：硬件電路圖 D121N4007D71N4007D81N4007D131N4007D21N4007D161N40073300uFC3D31N4007D181N4007123P_IN100uFC1C6C153300uFC13100uFC17100uFC9100uFC16D910kR1Vin1GND2Vout37805U27805GND1Vin2Vout37905U57905GND1Vin2Vout37912U47912Vin1GND2Vout37812U17812C5C11C12C10
。 同時 我感謝大學(xué)四年中所有教育過我的老師 在這大學(xué)四年的大學(xué)里 ，是老師不斷的引導(dǎo)我走向正確的方向，在學(xué)習(xí)上教我們先進實用的知識，帶著我們搞實踐，參加生產(chǎn)實習(xí)鍛煉我們的動手實踐能力，在生活上也是十分關(guān)心我們，關(guān)注我們的生活，解決我們的困難。 在這次的設(shè)計中，剛開始時有些迷茫，不知如何下手，后來經(jīng)過自己不斷查閱資料與老師交流后，思路開始漸漸清晰起來，在解決了一個又一個的困難后，終于實現(xiàn)了預(yù)期的功能與要求，那時有一種很幸福的感覺，通過這次的設(shè)計我得到的感悟是：遇到事情不要怕困難，不要失去信心，一步一步的去實現(xiàn)，去解決問題。 黑龍江 工程 學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 28 參考文獻 [1] 常 新華，王洪剛，于永江，馬秋明 .一 種 程控放大濾波設(shè)計 [J].四川 師范大學(xué)報：自然 科學(xué)報 .:2739. [2] 羅 建，程浩，馬定坤 ， 白鑫 .一 種低功耗 程 控濾波器的設(shè)計 [J].西北 工業(yè)大學(xué) .航海 學(xué)院 .:2256. [3] 張新 娜，毛潤舜，吳英敏 .振動 信號檢測可程控濾波器設(shè)計與 應(yīng)用 [J].中 國計 量 學(xué)院 .: 3562. [4] 程 強，黃余 .一 種基于片上系統(tǒng)的程控濾波器實現(xiàn)研究 [J].宜 賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院 .:2970. [5] 張毅剛等 .MSC51 單片機應(yīng)用設(shè)計 [M].黑龍江 .哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1997:204210. [6] (日 ） 遠 坂俊昭 .測量 電子電路設(shè)計 — 濾波器篇 [M].北京 ：科學(xué) 出版社 ， 20xx： 4559. [7] 重詩白，華成英 .模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) [M].北京：高等教育出版社， . [8] Jouko Vankka,Mikko Waltari,Marko Kosunen,et Direet Synthesizer with an OnChip D/ Journal of SolidState Cireuits,1998,33(2) :218226. [9] 何 明，喬龍飛，許朋 .基于 MSP430 和 MAX262 程 控濾波器的設(shè)計 [J].武漢 大學(xué)：電子信息學(xué)院 .:3363. [10] 羅 小巧，董繼成 .基于 DSP 的程控濾波器設(shè)計 [B].華 中師范大學(xué)信息技術(shù)系 .:48. [11] (日 )森 榮二，薛培鼎 譯 .LC 濾波器 設(shè)計與制作 [M].科學(xué) 出版社， . [1