【正文】 00. 1uC 530. 1uC 520. 1uC 450. 1uC 440. 1uC 510. 1uC 500. 1u 5 V+ 5V 5 V+ 5VR 301. 2K R 32 1KB T 16VR 29 1KD / A 控制信號V outV i nS igna l i nS igna l o utF r om D / A 圖 36 基于 MAX262的濾波電路圖 振蕩器和時鐘輸入 MAX262 的時鐘電路可以在連接晶振、阻容 RC 網絡或外部時鐘發(fā)生器的方式下工作 。此外，還可以接收 TTL電平信號，并上升沿鎖存輸人數據。對濾波器的方式，中心頻率 f0，品質因數 Q 可通過 D0D A0～ A3 端口線在 WR 上升沿寫入所選中的內部單元來設置濾波器的工作方式、中 心頻率 f0以及品質因數 Q 等參數。該電路具有手動和上電復位 兩種功能。 (3) 使用凌陽科技的音頻編碼 SACM_S240 方式 ( Kb/S)能容納 210 S的語音數據。這種方法的優(yōu)點是電路集成度高、條理較清晰、控制方便、易于數字化第二章 設計方案及論證 8 用單片機處理。且 SPCE061A 中不僅具有語音識別功能 ,而且具有豐富的語音函數庫，便于編程實現(xiàn)。由于時鐘被凍結，一切功能都停止，只有片內 RAM 的內容被保存，直 到硬件復位才恢復正常工作。 方案論證 本設計方案論證部分分為控制模塊方案設計和增益放大控制模塊設計兩部分。 主要設計內容及指標 本系統(tǒng) 以凌陽單片機 SPCE061A 作為控制中心，整個系統(tǒng)的控制和操作全部由單片機控制電路完成，如各項性能指標的測量、各種信號之間的切換、 LCD顯示、實時語音播報等。 20 世 紀 50 年代無源濾波器日趨成熟。本設計的主要內容包括：基于 AD603 增益可控放大器電路、基于 MAX262 的程控濾波器電路、單片機控制電路、語音電路、電源電路、程序下載區(qū)電路和理論分析計算以及軟件實現(xiàn)等。 程控濾波器就是第一章 緒論 2 在這一背景下產生的。 (2) 后級濾波器部分，要求濾波功能可設置，如：可設置為低通濾波器、高通濾波器、四階橢圓低通濾波器 。 圖 21 基于 89C52和 FPGA的程控濾 波器方框圖 CPU FPGA 程控放 大模塊 待測單元 MAX262 信號輸入 鍵盤 顯示 16 位 A/D 時 鐘 減幅電路 第二章 設計方案及論證 5 方案二 基于 AT89C52 單片機和 直接數字合成芯片 DDS 的設計方案 如圖 22 所示，為方案二的 設計 方框 流程 圖。 方案二 單片機根據輸入的參數 ， 控制多路模擬開關 CD4051 對小信號進行相應的放大 ， DDS 產生時鐘脈沖控制開關電容濾波器 MF10 的 濾波頻率 ， 將相關參數在 LCD 上進行顯示 。 方案二 為了易于實現(xiàn)最大 60dB 增益的調節(jié) ， 可以采用 D/A 芯片 AD7520的電阻權網絡改變反饋電壓進而控制電路增益。用兩級 AD603 增益可控放大器完成信號放大功能。先在 OSC0、 OSC1 端接上晶體振蕩器及諧振電容，然后在 VCP 端接上相應的電 容和電阻后即可工作，在其它不用的 VDD 端和 GND 端接上 的耦合電容提高抗干擾能力。當系統(tǒng)正常運行時，每隔一定的周期就必須清除 WatchDog 計數器。 GND —— 模擬地。 圖 34是 MAX262的內部結構 。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e vi s i onS iz eBD a t e : 13 J u n 20 0 9 S h e e t of F il e : F : \ F \ 61 A 板 _S c h. D D B D r a w n B y:D03Q02D14Q15D27Q26D38Q39D413Q412D514Q515V+16OE1CLK11A0A1A2A3D0D1U?74 A L S 3 73+ 5V6D17A39V+10A213A114A016V19D024M A X 26 225W \ R \J P ?M A X 26 22 圖 37 緩沖 /鎖存邏輯輸入電路 理論分析計算機實現(xiàn) n階濾波器傳遞函數的一般表達式 011011 ^^)( aassasa bbssbsbsG nnnnmmmmn???? ????? ???? (m≤n) 公式（ 31） （ 1） 巴特沃茲二階低通濾波器的實現(xiàn) 將 MAX262 設置為工作方式 1，實現(xiàn)巴特沃茲二階低通 濾波器，本設計采用內部濾波器 A，圖 23 的測試點 C 即是巴特沃茲二階低通濾波器的輸出端。 （ 4） 時鐘頻率與中心頻率比值 (fclk/f0)可達到 1%(A 級 )。 BPA、 BPB —— 帶通濾波器輸出端。其中，設置為工作方式 1 時，實現(xiàn)題目中 巴特沃茲 低通濾波器 和 高通濾波器的要求。系統(tǒng)預設的 PLL 振蕩頻率為 。因此，以 μ?nSP?為核心的 SPCE061A 微控制器是適用于數字信號處理應用領域產品的一種非常經濟的選擇。此外 ， 由于采用多級放大 ，電路穩(wěn)定性差 ， 容易產生自激現(xiàn)象。 SPCE061A 是繼 μ?nSP?系列產品 SPCE500A等之后凌陽科技推出的又一款 16位的微控制器。通過 單片機 軟件設計可以精確的控制 各種 濾波器的傳遞函數。 (5) 放大器的電壓增益為 60dB，輸入信號電壓振幅為 10mV；增益 10dB 步進可調，電壓增益誤差不大于 5%。 （ 2）按選擇物理量分類 按選擇物理量分類，濾波器可分為頻率選擇、幅度選擇、時間選擇（例如PCM 制中的話路信號）和信息選擇（例如匹配濾波器）等四類濾波器。 在信號頻率動態(tài)范圍不寬的場合，設定固定截止頻率的濾波技術也很成熟，但在許多工程應用領域，信號頻率的動態(tài)范圍往往很寬，如在系統(tǒng)頻率響應的微機自動測試中頻率在—1000Hz之間變化；在旋轉機械、大型水輪機組的機械故障診斷和炮口沖擊波壓力測試以及其他信號采集 測量場合，其信號頻率在幾赫茲到幾千赫茲之間不等。濾波器的優(yōu)劣直接決定產品的優(yōu)劣，所以，對濾波器的研究和生產歷來為各國所重視。因此，我們不必苛求這種 “精確 ”分類，只是讓人們了解濾波器的大體類型，有個總體概 念就行了。 (4) 有設置參數功能。 以凌陽單片機 SPCE061A作為控制中心，整個系統(tǒng)的控制和操作全部由單片機控制電路完成，如各項性能指標的測量、各種信號之間的切換、 LCD 顯示 和 實時語音播報等。 方案三 采用 了凌陽 16 位單片機 SPCE061A 作為控制芯片。 增益放大模塊方案比較及選擇 方案一 本方案由于大量采用分立元件 ， 如 電容、 三極管等 ， 電路比較復雜 ，工作點難于調整 ， 尤其增益的定量調節(jié)非常困難。較 高的處理速度使 μ?nSP?能非常容易、快速地處理復雜的數字信號。 鎖相環(huán)外圍電路 （ PL） ： PLL 鎖相環(huán)的作用是將系統(tǒng)提供的實時時鐘基頻 (32768Hz)進行倍頻，調整至 、 、 、 或 。 基于 MAX262的程控濾波器設計 程控濾波器部分采用 MAX262 專用芯片，通過設置 MAX262 的工作方式，實現(xiàn)不同的濾波要求。 INA、 INB —— 濾波器的信號輸入端。 （ 3） 對中心頻率， f0和品質因數 Q 可獨立編程 。可以很好得實現(xiàn)其－ 3dB 截止頻率 fC 在 1kHz～ 20kHz范圍內可調，調節(jié)的頻率步進為 1kHz， 2fC 處放大器與濾波器的總電壓增益不大于 30dB， RL =1kΩ。 MAX262由 2個二階濾波器 (A和 B兩部分 )、2 個可編程 ROM 及邏輯接口組成。 CLKA —— 外接晶體振蕩器和濾波器 A 部分的時鐘輸入端，在濾波器內部，時鐘頻率被 2 分頻。如果在限定的時間內， WatchDog 計數器沒有被清除， CPU 就會認為系統(tǒng)已經無法正常工作，將會進行系統(tǒng)復位 (reset)。 晶振輸入模塊（ OSC） ： μ?nSP?的時鐘電路是采用晶體振蕩電路。用 MAX262 專用程控濾波器芯片，通過 軟件 設置不同的工作模式，完成巴特沃茲低通濾波器、巴特沃茲高通濾波器和四階橢圓型低通濾波器功能。又考慮到 AD7520 是一種廉價型的 10 位 D/A轉換芯片 ， 其輸出 Vout=DnV/210， 其中 Dn為 10 位數字量輸入的二進制值 ， 可滿足 210=1024 擋增益調節(jié) ,滿足題目的精度要求。由于選用了開關電容濾波器和直接數字頻率合成技術 ， 設計的程控濾波性能優(yōu)越 ， 電路簡單 ， 可靠性高。 本 方案主要由信號放大模塊 、濾波 模塊 、時鐘 模塊 、單片機控制 模塊 和液晶顯示 模塊 等 部分 組成。 (3) 要求濾波器的 截止頻率、 Q 值和 通帶等參數可設置。 濾波器的分類 濾波器有各種不同的分類，一般有如下幾種 ： （ 1）按處理信號類型分類 按處理信號類型分類，可分為模擬濾波器和離散濾波器兩大類。在該系統(tǒng)采用 AD603與 MAX262 相結合的方式，通過濾波器的軟件設計可以用鍵盤設置不同的工作模式 ， 分別完成巴特沃茲低通濾波器、巴特沃茲高通濾波器和四階橢圓型低通濾波器功能，濾波器的通帶、截止頻率等參數 也 可通過鍵盤設置。 國內外濾波器的研究狀況 1917 年美國和德國科學家分別發(fā)明了 LC 濾波器，次年導致了美國第一個多路復用系統(tǒng)的出現(xiàn)。本系統(tǒng)設計的就是這類程控濾波器。方案設計部分將 確定的最佳 方案進行設計并給出具體 的 方案設計流程圖。在掉電方式下，片內振蕩器停止工作?？赏ㄟ^自身帶的 D/A 轉換來控制 系統(tǒng)的 信號增益。能夠滿足設計要求。 (2) 2 個 16 位可編程定時 /計數器 (可自動預置初始計數值 )； 2 個 10 位DAC (數模轉換 )輸出通道； 32位通用可編程輸入 /輸出端口；具備鍵喚醒功能； 14 個中斷源可來自定時器 A/B、 2 個外部時鐘源輸入和鍵喚醒。 SPCE061A 復位電路如圖 34 所示，在復位端加上一個低電平就可令其復位。這兩個有源濾波器既可獨立使用也可串聯(lián)使用。接 V+時，輸人數據不起作用；接 V時，數據可通過邏輯接口進入一個可編程的內存之中，以完成濾波器的工作模式、 f0及 Q的設置。 圖 35 控制數據輸入時序 程控濾波器硬件電路設計 如圖 36 所示，是 基于 MAX262 的濾波電路圖。本設計 采用外加時鐘的方法， 再用繼電器分頻來產生所需的時鐘頻率， 以滿足步進 1KHz的要求。 A0、 A A A3 —— 地址輸人端，可用來完成對濾波 器工作模式、 f0和Q 的相應設置。它采用 CMOS 工藝制造，在不需外部元件的情況下就可以構成各種帶通、低通、高通、陷波和全通濾波器。 當電源電壓低于 ，系統(tǒng)會變得不穩(wěn)定且容易出錯。 (4) 可通過 PLL 振蕩器提供系統(tǒng)時鐘信號；帶有 32768Hz 實時時鐘；具有 7 通道、 10 位電壓模數轉換器和聲音模數轉換器；聲音模數轉換器輸入通道內置傳聲器放大器和自動增益控制 (AGC)功能。 經過上述比較，在控制模塊中方案三比方案一及方案二更優(yōu)， 操作簡單、方便，性能可靠，工作穩(wěn)定，方案三是一種最經濟的選擇。因此，當想在原功能上擴展語音等功能時 SPCE061A 無疑是個很好的選擇。該電路由芯片 AT89C52 的 P1 口來控制，由單片機的 ～ 口及 將數據送入存儲器 54HC373 存起來，再送入 MAX262。每個模塊共有三個方案，通過各方案的比較選取最佳方案。其原理框圖如圖 1。自 60 年代起由于計算機技術、集成工藝和材料工業(yè)的發(fā)展，濾波器發(fā)展上了一個新臺階，并且朝著低功耗、高精度、小體積、多功能、穩(wěn)定可靠和價廉方向努力，其中小體積、多功能、高精度、穩(wěn)定可靠成為 70 年代以后的主攻方向。該系統(tǒng)以凌陽單片機 SPCE061A 作為控制中心，用美國 Maxim公司的可編程開關電容型通用濾波器 MAX262 專用程控濾波器芯片來完成濾波功能，用美國 ADI 公司的增益可程控集成運算放大器AD603 來完成信號放大功能。 90 年代至現(xiàn)在主要致力于把各類濾波器應用于各類產品的開發(fā) 和研制。 設計任務 程控濾波器的設計包括以下設計內容： (1) 前級 放大器部分，要求增益可調 。在本程控濾波器的設計中 ,用 AT89C52單片機控制 MAX262 的傳遞函數，獨立編程設置其中心頻率和品質因數來實現(xiàn)智能控制，并且可通過附帶的濾波器設計軟件任意改善濾 波特性 ，利用 FPGA 模塊產生頻率變化范圍較寬的方波頻率信號 ,該信號可以作為數字濾波器的參考輸入信號和待測單元的信號源。另外對于要實現(xiàn)語