【正文】 在此，我由衷 地 感謝劉老師，感謝他為該設(shè)計(jì)付出 的 點(diǎn)點(diǎn)滴滴，向劉老師至以最崇高的敬意與深深的感謝。在 設(shè)計(jì) 過(guò)程中遇到許多許多的困難，但最終還是堅(jiān)持了下來(lái)，最終設(shè)計(jì)按要求完成了，回想過(guò)程雖然辛苦，但讓我獲益 良多 。 系統(tǒng) 可以實(shí)現(xiàn)不同的截止頻率濾波電路。其次介 紹了 采用 Multisim 軟件 進(jìn)行電路仿真 。 通過(guò) 示波器的波形圖可以看出 30Hz 的信號(hào)頻率通過(guò) 程 控濾波 電路 后沒(méi)有任何變化，信號(hào)的幅度值與 信號(hào) 波形 都 沒(méi)有損失，說(shuō)明 30Hz信號(hào)成功通過(guò)了截止頻率為 50Hz的 低通 濾波電路 。 接 下來(lái)介紹 截止 頻率為 100Hz的 電路設(shè)計(jì)， 100Hz 截止電路與 50Hz截止電路的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 一 樣，只是電路中的電容值有區(qū)別。 在經(jīng) 過(guò)電路原理仿真后，就需要把 PCB 板送到工廠中進(jìn)行電路板的制作，這時(shí)要把電路中的軟件代碼編寫(xiě)好 ， 等到 PCB 板回到手中時(shí) 進(jìn)行 電路焊接后，要對(duì)整個(gè) 實(shí)際 電路 進(jìn)行 調(diào)試，如果 出現(xiàn) 問(wèn)題就解決 掉直到 整個(gè)電路最后成功設(shè)計(jì)好 。 本章小結(jié) 本 章主要介紹了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的軟件組成部分，首先是整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程，從 信號(hào) 輸入到進(jìn)過(guò)濾波處理輸出的整體過(guò)程做出了詳細(xì)的分析與介紹。 總體 程序設(shè)計(jì) 在 程序設(shè)計(jì)中首先需要對(duì)整體的流程框圖有一個(gè)大體的 理解 ， 通過(guò) 整體的理解后再去細(xì)化每一環(huán)節(jié)應(yīng)該執(zhí)行的功能。 在 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中 單片機(jī) 用到的 語(yǔ)言 是 C 語(yǔ)言 ， 這 種語(yǔ)言的優(yōu)點(diǎn)是靈活易使用 ， 操作性強(qiáng) ， 程序表達(dá) 簡(jiǎn)潔 ， 執(zhí)行效率高 [26]。 圖 液晶 顯示電路 黑龍江 工程 學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 液晶有三個(gè)控制端 8 個(gè)數(shù)據(jù)線，三個(gè)控制端 RS、 WR 和 E 與單片機(jī)的 引腳對(duì)接， 8 個(gè)數(shù)據(jù)線 D0D7 與單片機(jī)的 引腳對(duì)接， 進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的傳輸同時(shí)單片機(jī)可以通過(guò)程序軟件實(shí)現(xiàn)對(duì) 液晶的控制， 液晶 的亮度是通過(guò)其一個(gè)引腳 接 滑動(dòng)電阻連接電 源 來(lái)控制的， 接入 的電阻值越大 液晶 越暗，通常是把電阻值調(diào)到最小讓液晶處理最亮的狀態(tài)。接 下來(lái) 電阻 再通過(guò)一個(gè)并 聯(lián) 電容直接 接入 到運(yùn)放輸出端形成一個(gè)正反饋電路 ， 這樣形成回路后將信號(hào)輸出至 電壓 跟隨器然后在 OUT 處接入示波器觀察濾波器處理后的信號(hào)波形。 微 控 制器作為系統(tǒng)的控制核心，其性能對(duì)系統(tǒng)完成后的整體性能影響很大，所以選擇一個(gè)合適的微控制器是設(shè)計(jì)成功的基礎(chǔ)。 微 控制器電路設(shè)計(jì) 微 控制器是整個(gè)程控 低通 濾波器中程控部分實(shí)現(xiàn)的核心，也是整個(gè)系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)中心控制電路，所以這部分的電路是非常重要的 。 通過(guò) 方案一與方案二的對(duì)比可 以 看出，方案二能夠很好地實(shí)現(xiàn)此次課題設(shè)計(jì)的所有功能要求，在電路設(shè)計(jì)中也要比方案一簡(jiǎn)單 ， 實(shí)現(xiàn) 的 效果也比方案一更好，所以本次設(shè)計(jì) 最終 選用方案 二 。 方案 一： 采用 無(wú)源 LC 濾波器。 （ 4） 選擇 的電路模 式和截止頻率要通過(guò) LCD 液晶進(jìn)行顯示。 但 在尖端領(lǐng)域內(nèi)，我國(guó)在新型濾波器的設(shè)計(jì)研發(fā)上和國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家還有一定的差距，相信隨著國(guó)家的不斷進(jìn)步，人才的不斷培養(yǎng)，在以后一定會(huì)達(dá)到和發(fā)達(dá)國(guó)家一樣的先進(jìn)科技水平。 70年代 伴隨 運(yùn) 算放大器的產(chǎn)生，人們?cè)O(shè)計(jì)出了 RC有源濾波器、而后又發(fā)明了數(shù)字濾波器 等 多種多樣類(lèi)型的濾波器，這時(shí)進(jìn)入濾波器發(fā)展的 最 快速發(fā)展時(shí)期。 隨著 國(guó)家不斷飛速 的 發(fā)展，在信號(hào)處理領(lǐng)域已從過(guò)去的極度落后中脫離出來(lái)，現(xiàn)在正在逐漸 追趕 發(fā)達(dá)國(guó)家在這方面的發(fā)展程序， 甚至 在某些層次上我國(guó)的技術(shù)已站在世界科 學(xué) 技 術(shù) 的前沿。 LM358AD。系統(tǒng)以高性能、低成本 AT89LV52 為核心控制器配合 CD4051 模擬開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)程序控制選擇濾波電路的設(shè)計(jì)方法。利用 LM358AD 運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)兩個(gè)電壓跟隨器 ,利用其輸入阻抗高等特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)頻率信號(hào)的緩沖與隔離干擾的作用，然后讓信號(hào)輸入運(yùn)放的正相端，利用 LM358AD 實(shí)現(xiàn)同相輸入的壓控電壓源二階低通濾波電路，最后將濾波的結(jié)果用液晶進(jìn)行顯示。Filter。 在 這種 趨勢(shì) 下，一些基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備也要有 相應(yīng) 的不斷進(jìn)步與更新，使其可以更好地 服務(wù) 科研人員 進(jìn)行 科學(xué)研究。而 后 伴隨著集成技術(shù)的飛速發(fā)展，人們?cè)O(shè)計(jì)出了單片 集成 方式的濾波器。 濾波器 按處理的信號(hào)類(lèi)型來(lái)區(qū)別 的 話，可以分為模擬濾波器與 離散 濾波器兩種。 本設(shè)計(jì) 主要研究?jī)?nèi)容如下： 第 2 章 主要介紹了 系統(tǒng) 設(shè)計(jì)的 需求， 給出了 整體 設(shè)計(jì)方案。利用 電 感 和電容可以搭建各種類(lèi)型的濾波器 ，該方案 具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、運(yùn)行可靠性較高、運(yùn)行費(fèi)用較低等優(yōu)點(diǎn) 。 其 設(shè)計(jì)的 整體 框圖 如 圖 所示 ： C D 4 0 5 1 模 擬 開(kāi) 關(guān)二 階 有 源 低 通 濾 波器電 壓 跟 隨 器信 號(hào) 源 電 壓 跟 隨 器 示 波 器單 片 機(jī) 核 心 控 制 電路程 控 按 鍵 選 擇 1 0 6 2 液 晶 顯 示圖 系統(tǒng) 框圖 根據(jù) 上圖可以看出，單片機(jī)電路是 整個(gè)系統(tǒng)的核心控制部分 [17]， 整個(gè) 過(guò)程分為兩個(gè)部分， 第 一部分 是 信 號(hào)濾波環(huán)節(jié) ， 首先 通過(guò)信號(hào)源給出相應(yīng)的信號(hào)波形，然后進(jìn) 入電壓跟隨器目的是 實(shí)現(xiàn) 前后級(jí)電路的 隔離 避免干擾， 通過(guò) 電壓跟隨器后進(jìn) 入由 電阻、電容、運(yùn)放構(gòu)成的有源二階低通濾波器 [19]， 經(jīng) 過(guò)濾波器處理 后 的 信號(hào) 再次進(jìn)入到電壓跟隨器隨后由 示 波器觀察 截止濾波后得到的信號(hào)波形 ； 第 二部分在 單片機(jī) 控制單元，這里主要實(shí)現(xiàn)程控低通中不同截止頻率 的 選擇。根據(jù) 硬件模塊的需 求 可知單片機(jī)要具備處理 性能 好 、 操作 簡(jiǎn)單 等 功能。 低通濾波 電路 設(shè)計(jì) 理想的低通濾波器應(yīng)該能使所有低于截止頻率的信號(hào)無(wú)損通過(guò)，而所有高于截止頻率的信號(hào)都應(yīng)該被無(wú)限的衰減。 黑龍江 工程 學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 在 圖 中可以發(fā)現(xiàn) ， 截止頻率的不同 數(shù)值 實(shí)現(xiàn) 是 通過(guò)接入兩個(gè)不同 的 電容值形成不同的濾波電路去實(shí)現(xiàn)的。在 液晶 的第一行顯示的是 當(dāng)前 處 于 模式 1 還是模式 2 還是模式3； 第二行顯示的是當(dāng)前所處狀態(tài)的截止頻率 是 50Hz還是 100Hz還是 1KHz。 設(shè)計(jì) 采用 Keil uvision4 軟件 作 為開(kāi) 發(fā) 工具 ，其 窗口表達(dá)十分清晰 ， 同時(shí)，軟件所帶的編譯器與調(diào)制工具 十分 方便易用并且與設(shè)計(jì)中所選用的 AT89LV52 單片機(jī) 可以很完 美 的結(jié)合，為本設(shè)計(jì)中軟件的編寫(xiě)與調(diào)試帶來(lái)了 非常 大的方便。 在此次的 程 控低通濾波器的設(shè)計(jì)中， 根據(jù)電路 實(shí)黑龍江 工程 學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 現(xiàn) 過(guò)程畫(huà) 出 具體 的實(shí)現(xiàn)流程如圖 所示 ： 開(kāi) 始單 片 機(jī) 初 始化按 鍵 0 ？按 鍵 K E Y 0 _ 5 0 H z按 鍵 K E Y 2 _ 1 K H z按 鍵 K E Y 1 _ 1 0 0 H z選 擇 模 擬 開(kāi) 關(guān)C D 4 0 5 1 通 道 0選 擇 模 擬 開(kāi) 關(guān)C D 4 0 5 1 通 道 2選 擇 模 擬 開(kāi) 關(guān)C D 4 0 5 1 通 道 1接 入 C 1 = 3 0 0 n F C 2 = 1 5 0 n F二 階 低 通 電 路接 入 C 1 = 1 1 0 n F C 2 = 5 1 n F二 階 低 通 電 路接 入 C 1 = 1 5 n F C 2 = 7 . 5 n F二 階 低 通 電 路結(jié) 束按 鍵 1 ？NYNY 圖 總體 程序流程圖 從 上 面 的流程圖可以看出整體的設(shè)計(jì)思路是非常清晰的， 首先 單片機(jī)上電進(jìn)行初始化配置，把 電路 工作時(shí)要使用到按鍵、模擬 開(kāi)關(guān) 的控制端 、 液晶 數(shù)據(jù)傳輸 引腳 、 晶振 、 復(fù)位按鍵等 都 使其開(kāi)始工作。 然后就 程控低通濾波部分， 這 一部分的設(shè)計(jì)可以說(shuō)是整個(gè)電路的實(shí)現(xiàn)核心，對(duì)于模擬開(kāi)關(guān)的選擇要 十分的注意，要 保證 模擬開(kāi)關(guān)有很好的性能，可以進(jìn)行快速的反應(yīng)并且能夠讓 與 之連接 的 電子器件很好地發(fā)揮本身的功能。 Multisim 軟件 仿真 本 設(shè)計(jì)所采用的 電路 仿真 軟件 是 NI 公司 的 multisim 軟件 ， 它 具有很強(qiáng)大并且豐富的 功能 ，可以 根據(jù) 自己的需求調(diào)出相應(yīng)的器件例信號(hào)發(fā)生器、示波器等，同時(shí)它還可以對(duì) 模擬 電路 、 數(shù)字電路進(jìn)行仿真，可通過(guò) 功能 模塊進(jìn)行結(jié)果的顯示 [27]。具體仿真圖 分 為電路 圖 與波形輸出圖，如 圖 所示 ： 黑龍江 工程 學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 圖 截止頻率為 100Hz 的 仿真電路圖 從 上圖中 可 以看出，利用仿真軟件里的控件 XFG1 為 信號(hào)頻率發(fā)生器， XBP1 為信號(hào)示波器， 此電路 設(shè)計(jì)是產(chǎn)生截止頻率為 100Hz的低通濾波器， 要給 運(yùn)放接正負(fù)兩個(gè)電源供電，各電阻電容值 分別 為： R1=R2=10K， C1=110nF， C2=51nF，從 圖 中可以看出 XBP1 波 特測(cè)試儀的截止頻率為 (理論為 100Hz)，從 波形 圖中 可以看出超出 后，明顯出現(xiàn)頻率截止。 100Hz 的信號(hào)頻率通過(guò) 程 控濾波 電路 后 發(fā) 生了 一 些變化，信號(hào)的幅黑龍江 工程 學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 度值 被削減變小 ，說(shuō)明 100Hz信號(hào)通過(guò) 截止頻率為 50Hz的 低通 濾波電路 時(shí) 發(fā)生了截止，信號(hào)不能完全通過(guò)低通濾波電路 。最后介紹了實(shí)物與信號(hào)發(fā)生源、示波器連接，對(duì)硬件實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行測(cè)試 ， 展示了各個(gè)頻率通過(guò)低通濾波電路后的 波形 圖并進(jìn)行了詳細(xì)分析 。 電路 運(yùn)用單片機(jī) 技術(shù) 通過(guò)與模擬電子開(kāi)關(guān) CD4051 的 通道選擇引腳相連，繼而輸出不同的 命令 實(shí)現(xiàn)不同的通道 導(dǎo) 通，然后不同數(shù)值的電容就會(huì)接入進(jìn)電路，與運(yùn)放電路等實(shí)現(xiàn) 不 同的截止 頻 率低通 濾波電路 。 黑龍江 工程 學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 參考文獻(xiàn) [1] 常 新華，王洪剛，于永江，馬秋明 .一 種 程控放大濾波設(shè)計(jì) [J].四川 師范大學(xué)報(bào)：自然 科學(xué)報(bào) .: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(jì) [J].西北 工業(yè)大學(xué) .航海 學(xué)院 .:2256. [3] 張新 娜，毛潤(rùn)舜，吳英敏 .振動(dòng) 信號(hào)檢測(cè)可程控濾波器設(shè)計(jì)與 應(yīng)用 [J].中 國(guó)計(jì) 量 學(xué)院 .: 3562. [4] 程 強(qiáng)，黃余 .一 種基于片上系統(tǒng)的程控濾波器實(shí)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(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì) [M].黑龍江 .哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1997:204210. [6] (日 ） 遠(yuǎn) 坂俊昭 .測(cè)量 電子電路設(shè)計(jì) — 濾波器篇 [M].北京 ：科學(xué) 出版社 ， 20xx： 4559. [7] 重詩(shī)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(jì) [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(jì) [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(jì)與制作 [M].科學(xué) 出版社， . [12] 全國(guó) 大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽組委會(huì) .全國(guó) 大學(xué)生電子 設(shè)計(jì)競(jìng)賽 獲獎(jiǎng)作品選編 [M].北京 ：北京理工大學(xué)出版社， :5689. [13] 黃 智偉 .全國(guó) 大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽常用電路模塊制作 [M].北京 ：北京航空航天大學(xué)出版社， 20xx:2536. [14] 黃 智偉 .全國(guó) 大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽系統(tǒng)設(shè)計(jì) [M].北京 ：北京航空航天 大學(xué) 出版社， 20xx： 1235. [15] Suchenek M,Starecki pulse generator based on programmable logic and direct digital synthesis [J].The Review of scientific instruments,:4265. [16] YinChyun Digital Synthesizer with Jittered Cloek[C].IEEE Transactions 黑龍江 工程 學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 on Instrumentation and Measurment,46(3) :653655. [17] Uzan Amitai,Rivenson Yair,Stern denoising in digital holography by nonlocal means filtering[J].Applied optics,:7899. [18] 寧 顏 青 ，姚金科 .電子 濾波器設(shè)計(jì) [M].科學(xué) 出版社， 20xx:94120. [19] 田澤 .嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用教程 [M].第二版 .北京：北京航空航天 大學(xué)出版社，20xx:35120. [20] 周 玲，