【文章內容簡介】 MF 10示波器顯示 圖 22 基于 AT89C52和 DDS技術的程控濾波器方框圖 方案三 采用凌陽單片機 控制 MAX262 專用程控濾波器芯片的 設計方案 如圖 23 所示，為方案三的 設計 方框 流程 圖。 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。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(shù)。 MAX262 是專用程控濾波器芯片， 可以 通過 軟件 設置 為 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。 控制模塊 方案比較及選擇 方案一 AT89C52 是一種低功耗、高性能的 CMOS 型 8 位微型計算機；有8 KB 的 Flash， 256 B 的 RAM， 32 線 I/O 接 口， 3 個 16 位定時器 /計數(shù)器， 6 向量兩級中斷， 1 個雙工串行口；具有片內自激振蕩器和時鐘電路等標準功能。此外， AT89C52 設有靜態(tài)邏輯，用于運行到零頻率，并支持軟件選擇的節(jié)電運行第二章 設計方案及論證 6 方式和空閑方式，使 CPU停止工作，而允許 RAM、定時 /計數(shù)器、串行 VI 和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。在掉電方式下，片內振蕩器停止工作。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。該電路由芯片 AT89C52 的 P1 口來控制，由單片機的 ～ 口及 將數(shù)據(jù)送入存儲器 54HC373 存起來，再送入 MAX262。通過設置相應的參數(shù)，可實現(xiàn)帶寬為 30～ 50 kHz的帶通濾波。 AT89C52 只有 8KB 的 FLASH 對于復雜系統(tǒng)來說稍顯得小了點。另外對于要實現(xiàn)語音報數(shù)，液晶顯示， D/A 轉換等功能時，51 單片機需要 的 外圍擴展電路較多。 方案二 單片機根據(jù)輸入的參數(shù) ， 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(shù)在 LCD 上進行顯示 。由于選用了開關電容濾波器和直接數(shù)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。而且結合了 DDS 技術 ,可以得到很高的低通和高通截止頻率。直接數(shù)字頻率合成技術 Direct Digital Synthesis, DDS 是一種把一系列數(shù)字量形式的信號通過 DAC 轉換成模擬量形式的合成技術。 DDS 目前以其頻率分辨率高、轉換速度快、體積小、性價比高等優(yōu)點而廣泛的應用于各類電子設備中。 方案三 采用 了凌陽 16 位單片機 SPCE061A 作為控制芯片。 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。該單片機內置有 32 位 I/O 端口， 2 路 DA 轉換， 8 路 AD轉換， 14 個中斷源以及在線仿真等功能。該單片機還具有 DSP 功能，有很強的信息處理能力，最高時鐘頻率可達到 49MHz，具備運算速度高的優(yōu)勢等等?？梢姡?SPCE061A 單片機資源豐富、具有極高的性價比?？赏ㄟ^自身帶的 D/A 轉換來控制 系統(tǒng)的 信號增益。且 SPCE061A 中不僅具有語音識別功能 ,而且具有豐富的語音函數(shù)庫，便于編程實現(xiàn)。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。 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。 第二章 設計方案及論證 7 增益放大模塊設計方案 方案一 簡單的放大電路可以由三極管搭接的放大電路實現(xiàn) 為了滿足增益 60dB 的要求 ,可以采用多級放大電路實現(xiàn)。電路輸出用二極管檢波 電路 產生反饋電壓調節(jié)前級電路實現(xiàn)自動增益的調節(jié)。 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。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(shù)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。它由 CMOS 電流開關和梯形電阻網絡構成 ,具有結構簡單、精確度高、體積小、控制方便、外圍布線簡化等特點 ， 故可以采用 AD7520 來實現(xiàn)信號的程控。 方案三 根據(jù)題目對放大電路的增益可控的要求 ， 可以 考慮直接選取 增益 可調的運放實現(xiàn) ， 如運放 AD603。其內部由無源輸入衰減器、增益控制界面和固定增益放大器三部分組成 ， 加在其梯型網絡輸入端的信號經衰減后 ， 由固定增益放大器輸出 ， 衰減量是由加在增益控制接口的參考電壓決定 ； 而這個參考電壓可通過單片機進行運算并控制 D/A 芯片輸出得 到 ， 從而實現(xiàn)較精確的 控制 。 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。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。 方案二 由于 AD7520 對輸入?yún)⒖茧妷?V有一定幅度要求 ， 為使輸入信號在mV～ V每一數(shù)量級都有較精確的增益 ,最好使信號在到達 AD7520前經過一個適應性的幅度放大調整 ,再通過 AD7520 衰減后進行相應的后級放大 ， 并使前后級增益積為 1024， 與 AD7520 的衰減分母抵消 ,即可實現(xiàn)程控放大。但 AD7520 對輸入范圍有要求 ， 具體實現(xiàn)起來比較復雜 ,而且轉化非線性誤差大 ， 帶寬只有幾kHz， 不能滿足頻帶要求。 方案三 AD603 能提供由直流到 30MHz 以上的工作帶寬 ， 單級實際工作時可提供超過 30dB 的增益 ,兩級級聯(lián)后即可得到 60dB 以上的增益。能夠滿足設計要求。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(shù)字化第二章 設計方案及論證 8 用單片機處理。 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。 系統(tǒng)方案設計 如圖 25 所示，是程控濾波器原理方框圖。 方案中以凌陽單片機SPCE061A 作為控制中心，整個系統(tǒng)的控制和操作全部由凌陽單片機 SPCE061A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。其原理框圖如圖 23。用兩級 AD603 增益可控放大器完成信號放大功能。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。 圖 23 程控濾波器原理方框圖 凌陽單片機 SPEC 061A / D D / A A / D A / DD / A A / DSpe ak er輸出電路MIC 音頻輸入電路鍵盤模塊 LCD 顯示 電源模塊放大器第一級放大電路AD 603第二級放大電路AD 603程控濾波器MAX 262開關U 01測試點AU 02測試點BCDEU 03U 04U 05測試點 C測試點 D測試點 E第三章 硬件電路設計 9 第三章 硬件電路設計 程控濾波器系統(tǒng)的硬 件 電路設計包括：單片機控制系統(tǒng)硬件電路設計 ， 基于 AD603 增益可控放大器的設計 ， 基于 MAX262 的濾波電路設計，鍵盤與顯示模塊電路設計， 語音模塊， 電源電路設計等。 凌陽單片機 SPCE061A最小系統(tǒng)設計 SPCE061A 不但具有微控制器的功能，還具有 DSP 運算功能，可用來進行數(shù)字信號處理。在存儲器資源方面考慮到用戶資源的需求較少以及便于程序調試等功能， SPCE061A 只內嵌 32K 字的閃存 (FLASH)和 2K 字的SRAM。較 高的處理速度使 μ?nSP?能非常容易、快速地處理復雜的數(shù)字信號。因此，以 μ?nSP?為核心的 SPCE061A 微控制器是適用于數(shù)字信號處理應用領域產品的一種非常經濟的選擇。 SPCE061A 封裝形式為 PLCC84，結構如圖 31 所示。 圖 31 SPCE061A內部結構圖 第三章 硬件電路設計 10 其主要特點如下： (1) 共有 84 個引腳。工作電壓： VDD 為 ～ V(CPU),VDDH 為~ V(I/O)， CPU 時鐘為 ～ MHz。 (2) 2 個 16 位可編程定時 /計數(shù)器 (可自動預置初始計數(shù)值 )； 2 個 10 位DAC (數(shù)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。 (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(shù)據(jù)。 (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(shù)轉換器和聲音模數(shù)轉換器；聲音模數(shù)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。 (5) 具備串行設備接口；具有低電壓復位 (LVR)功能和低電壓監(jiān) 測 (LVD)功能；內置在線仿真電路 ICE(In—Circuit Emulator)接口 ， 具有保密功能，調試與書寫程序只需一根并口線與計算機 25 針并口連接 ；具有 WatchDog 功能。 如下圖 32 所示，是 SPCE061A 最小系統(tǒng)。 第三章 硬件電路設計 11 IOB3IOA5IOA0IOB5I O A 1 2IOA4I C E _ SD AIOB0I O B 1 5AV S S1I C E _ SC KVCPI O A 1 4IOA8VDDHIOA1VCMIOB9AVSS1IOB4O SC OVDDHI O B 1 2I O B 1 3O PIVDD_PIOB1SL E EPIOB8I O A 1 1AG CI O A 1 0I O B 1 4VRTIOA3IOB7IOB10I O A 9IOA6IOA2MICPVR E F 2O SC IIOB6I O B 1 1I O A 1 5I C E _ ENAV S S1RES_BIOB2VSSI O A 1 3IOA7M I C O U TVSSVSSVMICVSS VDDHD AC 1D AC 2D ACM I C NVSSVDD_AVSS VSSVD DC8104C 28104C 18104C 31104C7104O S C 32O12O S C 32I13X T E S T14V D D15X I C E16X I C E C L K17X I C E S D A18V S S19P V I N20D A C 121D A C 222V R E F 223V S S24A G C25O P I26M I C O U T27M I C N28P F U S E29MICP33VCM34VRTPAD35VDD36VMIC37VSS38IOA041IOA142IOA243IOA344IOA445IOA546IOA647IOA748VSS49VSS50VDDH51VDDH52IOA853NC39NC40NC30NC31NC32I O A 954I O A 1055I O A 1156I O A 1257I O A 1358I O A 1459I O A 1560X R O M T61V S S62X S L E E P63I O B 15