【文章內(nèi)容簡介】 都應該被無限的衰減。本次設計我選擇了二階sallenkey低通濾波器，：有源二階低通濾波器的傳遞函數(shù)為： ()濾波器的性能參數(shù)表達式為： () ()增益為： ()在這里我讓放大倍數(shù)Av =1，即R0開路，Rf短路，此時，Q=。本設計的截止頻率分別是50Hz、100Hz和1KHz。為了減少模擬開關的個數(shù)，本次設計我取電阻不變，只改變電容值的做法，取電阻R1=R2=10KΩ，則根據(jù)公式：C1=2C2，計算求得：當C1=300nF、C2=150nF接入電路時，截止頻率為50Hz；當C1=110nF，C2=51nF接入電路時，截止頻率為100Hz；當C1=15nF，C2=，截止頻率為1000Hz。即整個程控濾波器可分為三個檔位，通過對不同的電容的切換，進而切換出巴特沃斯濾波器，而改變電容這個過程則需要控制芯片和模擬開關共同作用方可完成。在此次的課題設計中實現(xiàn)不同截止頻率選擇的功能電路是由CD4051模擬開關去控制的，在這個電路環(huán)節(jié)中模擬開關和電壓跟隨器、運放共同組成了二階低通濾波電路的設計。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指標，所以它的設計是非常重要的，： 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。接下來電阻再通過一個并聯(lián)電容直接接入到運放輸出端形成一個正反饋電路，這樣形成回路后將信號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波形。，截止頻率的不同數(shù)值實現(xiàn)是通過接入兩個不同的電容值形成不同的濾波電路去實現(xiàn)的。在這里就需要進行不同電容值之間的正確切換，所以就需要用到模擬開關去實現(xiàn)這個要求，在本次的系統(tǒng)設計中選用的模擬開關是CD4051它有著使用簡單功能強大反應迅速等特點。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的通道選擇端A、B、C三個引腳，模擬開關擁有1個輸入口，8個輸出通道的選擇。在具體的工作實現(xiàn)中是通過輸出高低電平給A、B、C然后選擇對應的通道，例如輸入三個000低電平就會選擇輸出通道0，輸入001兩低一高電平就會選擇輸出通道1。通過這樣方式就可以接入不同的電容值[12]，例如電路設計是產(chǎn)生截止頻率為50Hz的低通濾波器，按下按鍵0，給運放接正負兩個電源供電，各電阻電容值分別為：R1=R2=10KΩ，C1=300nF，C4=150nF；電路設計是產(chǎn)生截止頻率為100Hz的低通濾波器，按下按鍵1，給運放接正負兩個電源供電，各電阻電容值分別為：R1=R2=10KΩ，C2=110nF，C5=51nF；電路設計是產(chǎn)生截止頻率為1KHz的低通濾波器，按下按鍵2，,給運放接正負兩個電源供電，各電阻電容值分別為：R1=R2=10KΩ，C3=15nF，C6=。 顯示控制電路設計在整個選擇截止頻率不同的濾波電路時是通過按鍵實現(xiàn)的，但在實際應用中有一個不方便的地方就是按鍵給工作人員帶來的感覺不直觀，不能讓使用者一看就明白此時電路處于哪個模式、截止頻率為多少。基于這種現(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。 液晶顯示電路液晶有三個控制端8個數(shù)據(jù)線，三個控制端RS、，進行數(shù)據(jù)信息的傳輸同時單片機可以通過程序軟件實現(xiàn)對液晶的控制，液晶的亮度是通過其一個引腳接滑動電阻連接電源來控制的，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)。在液晶的第一行顯示的是當前處于模式1還是模式2還是模式3；第二行顯示的是當前所處狀態(tài)的截止頻率是50Hz還是100Hz還是1KHz。通常這樣直觀的顯示可以讓使用者感覺更直觀，用戶體驗度更好。 電源電路設計本設計系統(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，： 電源電路，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。在電路中加入了很多的電容進行退耦來降低電源的紋波減少干擾，得到帶有微小波紋電壓的電壓。利用78XX系列來得到正負12V、正負5V供電電壓。 本章小結(jié)本章是屬于硬件電路的設計，主要介紹系統(tǒng)控制核心單片機最小系統(tǒng)的構(gòu)成和程控電路環(huán)節(jié)是如何通過與單片機的配合實現(xiàn)不同截止頻率的選擇與設計，接著介紹了液晶顯示部分顯示的工作模式和截止頻率數(shù)值，最后介紹電路需要的供電電源設計。第4章 軟件設計第三章詳細介紹了系統(tǒng)設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，還需要相應的軟件來進行控制，在本設計中用到了軟件和編譯器。在本系統(tǒng)設計中單片機用到的語言是C語言，這種語言的優(yōu)點是靈活易使用，操作性強，程序表達簡潔，執(zhí)行效率高[26]。設計采用Keil uvision4軟件作為開發(fā)工具，其窗口表達十分清晰，同時，軟件所帶的編譯器與調(diào)制工具十分方便易用并且與設計中所選用的AT89LV52單片機可以很完美的結(jié)合，為本設計中軟件的編寫與調(diào)試帶來了非常大的方便。同時，軟件采用UART串口的形式進行程序下載。在設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的時鐘、復用引腳、液晶顯示的程序等都設置好。在按鍵控制信號的采集過程中，需要對輸入信號進行按鍵去抖動程序處理，保證信號輸入的準確性避免出現(xiàn)按一次多次響應的錯誤，在本設計中選用的單片機要通過引腳輸出的高低電平命令實現(xiàn)對模擬開關CD4051的輸出通道口的選擇。同時單片機需要將當前濾波電路的工作模式及當前截止頻率送到液晶進行顯示。在整個的程序設計中主要分為三部分的程序流程設計，他們分別對應整體設計程序流程、程控通道程序設計、按鍵去抖動程序設計。第一部分的程序設計為總體程序的設計，它根據(jù)整個系統(tǒng)的貫穿始終來考慮，基本包括了程序設計中的主要設計環(huán)節(jié)和大體設計思路；第二部分的設計為程控通道選擇程序的設計，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)里主要是模擬開關與單片機之間的程序配合；第三部分按鍵去抖動程序的設計，按鍵去抖動是很重要的一部分因為此次設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。 總體程序設計在程序設計中首先需要對整體的流程框圖有一個大體的理解，通過整體的理解后再去細化每一環(huán)節(jié)應該執(zhí)行的功能。在此次的程控低通濾波器的設計中，： 總體程序流程圖從上面的流程圖可以看出整體的設計思路是非常清晰的，首先單片機上電進行初始化配置，把電路工作時要使用到按鍵、模擬開關的控制端、液晶數(shù)據(jù)傳輸引腳、晶振、復位按鍵等都使其開始工作。接下來進入判斷環(huán)節(jié)，這個步驟的作用是選擇程控濾波電路的工作模式和對應的截止頻率數(shù)值。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的控制端輸入相應的高低電平，生成相應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計。 程控通道程序設計程控通道的選擇是整個系統(tǒng)實現(xiàn)的功能電路核心，這一部分主要是由單片機和模擬開關CD4051配合來實現(xiàn)的，單片機通過自己的引腳對接模擬開關的控制引腳進行數(shù)據(jù)命令的傳輸，模擬開關接收到命令后去選擇相應的通道輸出口繼而連接不同的電容進入濾波電路中，： 程控通道選擇首先單片機進行初始化設置，然后按下按鍵選擇具體的截止頻率與工作模式，按鍵0對應的截止頻率為1KHz，按鍵1對應的截止頻率為100Hz，按鍵2對應的截止頻率為50Hz，單片機在得到按鍵按下的命令后去判斷是按鍵幾，然后執(zhí)行相對應的功能命令，、0、0，與之相連的模擬開關就會選擇輸出通道0作為輸出端，繼而與輸出通道相連接的兩個電容值就接入到了濾波電路中，與電阻、運放一共構(gòu)成了截止頻率為1KHz的低通濾波電路，其它濾波電路的實現(xiàn)原理與1KHz一樣。 按鍵去抖動程序設計本系統(tǒng)設計中是通過按鍵輸入的方式實現(xiàn)不同截止頻率的濾波電路的選擇的，所以對于按鍵這一塊的處理要非常重視，避免出現(xiàn)一次按下多次響應的錯誤。在此次的設計中對于按鍵去抖動的處理是采用程序軟件的方式實現(xiàn)的，這樣可以節(jié)省硬件成本同時使用方便、操作簡單，: 按鍵掃描流程圖首先進行單片機初始化設置，因為按鍵與單片機的引腳是連接在一起的，所以當按鍵出現(xiàn)變化時單片機的引腳也會出現(xiàn)相應的電平高低變化，單片機通過讀取引腳的變化就可以檢測到按鍵當前的狀態(tài)。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