【正文】 通過查閱大量資料及老師的輔導(dǎo)，最終選擇了最易實現(xiàn)的方案。系統(tǒng)設(shè)計簡單，可較好地實現(xiàn)濾波器的控制，使用方便，具有較高的性價比，實用性和使用價值。 放大電路采用由單片機 AT89S5 DAC0832和集成運放組成的程控放大電路，可實現(xiàn)對放大器增益的設(shè)置，同時實現(xiàn)增益的步進可調(diào)，增益變化范圍 為 0～60 dB；顯示部 分采用 OCM216字符點陣系列模塊，以實現(xiàn)設(shè)置參數(shù)顯示功能；低通選用 濾波器選用貝賽爾濾波電路，濾波性能和時延性好，且沒有上沖 。 結(jié)果分析 本設(shè)計利用 AT89S52單片機作為控制核心，采用數(shù)字電位器實 現(xiàn)增益調(diào)整，使增益步進達到了較好的效果。 三級輸出為反相、幅值為 10V的正弦信號 測量值 二級輸出為正向、幅值為 ，通頻帶為 。 開 始系 統(tǒng) 初 始 化屏 幕 顯 示 子 程 序掃 描 鍵 盤有 鍵 按 下去 抖 、 掃 描 鍵 值增 益 加 增 益 減 頻 率 增 頻 率 減放 大 倍 數(shù) 改 變 子程 序截 止 頻 率 改 變 子程 序結(jié) 束YN 圖 主程序流程圖 30 第 5 章 測試 分析以及結(jié)果總結(jié) 放大電路的測試 靜態(tài)測試 測試負載為 1k? 靜態(tài) 時輸入直流電壓為 10mV,測量并記錄數(shù)據(jù)。 LCD 顯示的設(shè)計 通過單片機控制顯示，根據(jù)輸入設(shè)定不同的模式，顯示不同內(nèi)容，能夠顯示增益、低通濾波電路的截止頻率、高通濾波截止頻率 [10]。 26 H z01 H z001 H K1 H z0K1 H z00K1 H H)( OU TV F r e q u e n c y???? 圖 低通 （ 0f =1kHz） H z01 H z001 H K1 H z0K1 H z00K1 H H)1:16( RV F r e q u e n c yV0. 4?? ??? ? 圖 低通 （ 0f =20KHz） 高通濾波電路 高通濾波選用二階壓控濾波電路，見圖 數(shù) 字 電 位 器二 階 有 源 壓 控 高 通 濾 波1u 0u 圖 高通濾波電路框圖 運放采用 LF353/NS,數(shù)字電位器調(diào)整其截止頻率 [9]。 25 單 片 機8 9 S 5 2 X 9 3 1 2CIN DU /VHV SSCCVVLVW1 234 5678V5 TX D 1out 2outCS? 圖 數(shù)字電位器控制電路 . 低通濾波電路 選用二階貝賽爾低通濾波電路，見圖 。 其框圖如圖 3所示。 單片機控制電路 電路主要由 AT89S52單片機、 8位 DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片和集成運放 LM324組成。通頻帶 BW = Hf Lf ≈ Hf ，根據(jù)增益帶寬乘積 GB=ABW，可得 GB= MHz，因此應(yīng)當選擇 ≥ MHz范圍的放大器， ? A741GB= MHz，故選用 ? A741[7]。輸入與輸出的關(guān)系如表 。采用三級放 大，每級放大 10倍，采用反相比例運算電路，則每級輸出電壓 為 0U ＝ ( fR /R ) 1U ，可得 fR /R ＝ 10，根據(jù)式 uA? ＝ 1muKk A??? (31) 計算出放大后的電壓值，靜態(tài)時為 10 V。 20 L C D 顯 示鍵 盤A T 8 9 S 5 20 8 3 2高 通低 通輸 入 信 號放 大 電 路測試點高 通 輸 出低 通 輸 出 圖 系統(tǒng) 框圖 理論分析與計算 放大電路 為實現(xiàn)電壓增益為 40 dB，發(fā)揮到 60 dB，采用分別輸出的方式實現(xiàn)。低通濾波器選用貝賽爾濾波電路，濾波性能和時延性好，且沒有上沖 [12]。數(shù)字濾 波靈活性大，可以在不增加硬件成本的基礎(chǔ)上對信號進行有效地濾波。 方案 2：采用多級放大電路和程控增益電路。此方式適用于連續(xù)反饋控制線路和不帶微機的控制系統(tǒng)，不過在使用時，必須通過另加 I/O 接口與 CPU 連接，以匹配CPU 與 D/A 轉(zhuǎn)換 [5]。此方式適用只有一路模擬量輸出或幾路模擬量異步輸出的情形。 第二種方法 是使輸入寄存器工作在直通狀態(tài)，而 DAC 寄存器工作在鎖存狀態(tài)。 一個 8位 D/A轉(zhuǎn)換器有 8個輸入端 (其中每個輸入端是 8位二進制數(shù)的一位 )，有一個模擬輸出端。 (一般 Vref(+)接 +5V 電源， Vref()接地 )。 OE：輸入允許信號，高電平有效。 A A A0 ：地址輸入端。 Vref：基準電壓 (10~10V)。 XFER：傳送控制信號，低電平有效 。 (2)DAC0832 的引腳排列 D0~D7：數(shù)字信號輸入端 。 4 [ 6 5 5 3 6 ]? ?? 晶 振 頻 率時 鐘 輸 出 頻 率 （ RCAP2H,RCAP2L ） 16 主要特性參數(shù) 分辨率為 8 位； 電流穩(wěn)定時間 1us； 可單緩沖、雙緩沖或直接數(shù)字輸入； 只需在滿量程下調(diào)整其線性度； 單一電源供電（ +5V～ +15V）； 低功耗， 20mW。 DAC0832 的介紹 DAC0832 是 8 分辨率的 D/A 轉(zhuǎn)換集成芯片。位 TR2()啟動、停止定時器。這個引腳除了常規(guī)的 I/O角外，還有兩種可選擇功能。在這種模式下，定時器在每一狀態(tài)都會增加，讀或?qū)懢筒粫蚀_。特別強調(diào)， TH2的翻轉(zhuǎn)并不置位 TF2，也 不產(chǎn)生中斷； EXEN2置位后， T2EX引 15 腳上 1～ 0的下跳變不會使 (RCAP2H， RCAP2L)重載到 (TH2， TL2)中。模式 1和模式 3的波特率由定時器 2溢出速率決定，具體如下公式： 21 3 = 16定 時 器 溢 出 率模 式 和 模 式 波 特 率 (21) 定時器可設(shè)置成定時器，也可為計數(shù)器。 波特率發(fā)生器 通過設(shè)置 T2CON中的 TCLK或 RCLK可選擇定時器 2作為波特率發(fā)生器。當 TH2和 TL2分別等于RCAP2H和 RCAP2L中的值的時候，計數(shù)器下溢。 T2EX上的一個邏輯 1使得定時器 2向上計數(shù)。如果 EXEN2=1，計數(shù)溢出或在外部 T2EX()引腳上的 1到 0的下跳變都會觸發(fā) 16位重載。通過T2CON中的 EXEN2位可以選擇兩種方式。這一功能可以通過特殊寄存器 T2MOD中的 DCEN(向下計數(shù)允許位 )來實現(xiàn)。除上述功能外，外部輸入 T2EX引腳 ()1至 0的下跳變也會使得 TH2和 TL2中的值分別捕 捉到 RCAP2H和RCAP2L中。為了確保給定的電平在改變前采樣到一次，電平應(yīng)該至少在一個完整的機器周期內(nèi)保持不變。在這種方式下，每個機器周期的 S5P2期間采樣外部輸入。定時器 2有 2個 8位寄存器： TH2和 TL2。 定時器 定時器 2是一個 16位定時 /計數(shù)器，它既可以做定時器，又可以做事件計數(shù)器。例如，下面的直接尋址指令訪問 OA0H（ P2口）存儲單元 MOV OA0H , data 使用間接尋址方式訪問高 128 字節(jié) RAM。高 128 字節(jié)與特 殊功能寄存器重疊。外部程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器都可以 64K尋址。在 flash編程期間， EA 也接收 12伏 VPP電壓。當AT89S52從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時， PSEN 在每個機器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， PSEN 將不被激 活。這一位置 “ 1” ， ALE 僅在執(zhí)行 MOVX 或 MOVC指 令時有效。在 flash編程時，此引腳 (PROG )也用作編程輸入脈沖?？撮T狗計時完成后， RST 腳輸出 96個晶振周期的高電平。 P3口亦作 為 AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如表 所示。在 flash編程和校驗時， P2口也接收高 8位地址字節(jié)和一些控制信號 [1]。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電（ IIL）。此外， 和 分別作定時器 /計數(shù)器 2 的外部計數(shù)輸入（ ）和時器 /計數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入（ ），具體如表 所示。程序校驗 時，需要外部上拉電阻。對 P0 端口寫 “ 1” 時，引腳用作高阻抗輸入?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。片上 Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。 現(xiàn)代濾波器設(shè)計，多是采用濾波器變換的方法加以實現(xiàn)。這樣，只要選用合適的時鐘頻率（如 cf =100kHz）和不太大的電容比值（如 10），對于低頻率應(yīng)用來說，就可獲得合適的時間常數(shù)（ 如 10–4s） (4) 數(shù)字信號軟件濾波：這是利用軟件處理信號的手段，利用濾波算法（限副濾波，中位值濾波法，算術(shù)平均濾波法，遞推平均濾波法，中位值平均濾波法，限幅平均 濾波法，一階滯后濾波法，加權(quán)遞推平均濾波法，消抖濾波法，限幅消抖濾波法 ） 來對信號進行處理。于是， 1C 轉(zhuǎn)接到運放的輸入端，此時，1C 放電，將 1C 原來所充電荷 Q 1C 傳輸?shù)?2C 上。 (2) 從實現(xiàn)方法上分 ： FIR、 IIR (3) 從設(shè)計方法上來分 ： 切比雪夫 、 巴 特沃斯 、貝塞爾濾波 (4) 從處理信號分：經(jīng)典濾波器、現(xiàn) 代濾波器 (5) 信號形式分：數(shù)字濾波，模擬濾波 (6) 從利用的元件分：有源濾波器，無源濾波器 濾波器的結(jié)構(gòu)演變 (1) 無源濾波器包括無源電容濾波器，無源電感濾波器，無源電感電容混合濾波器以及利用其他電子元件構(gòu)成的濾波電路（例如，用二極管，三極管等等構(gòu)成的檢波電路如圖） 6 圖 濾波器的基本結(jié)構(gòu) (2) 有源濾波器的結(jié)構(gòu)組成：由無源的電感，電容組成濾波網(wǎng)絡(luò)加上有源的運放芯片，其結(jié)構(gòu)如下： 圖 有源濾波器結(jié)構(gòu) 這是一個典型的二階有源低通濾波器，其工作原理在這里不詳細介紹了 。 第五章 對測試方案與測試 結(jié)果進行了分析，總結(jié)性的闡述了論文的優(yōu)缺點。濾波電路 采用數(shù)字電位器和二階貝賽爾有源濾波電路。 本文所研究的內(nèi)容 本文主要研究的內(nèi)容： 第一章 前言部分介紹了 濾波器的概述 ，給出了 濾波器 的 作用 、 主要應(yīng)用 場合 以及 發(fā)展階段 。國內(nèi)在 70 年代末至 80年代初，高校與研究所亦對 SCF 開發(fā)投入了大量人力物力，取得不少成果。隨著濾波器理論的發(fā)展，特別是 1977 年美國加州大學Berkeley 分校的學者組成的研究小組集成了第一片單片 MOS 開關(guān)電容濾波器，開關(guān)電容濾波器成為了濾波器理論中十分活躍的分支，受到了電路理論工作者和集成電路設(shè)計者的廣泛關(guān)注。 濾波器的應(yīng)用場合 濾波器在電子領(lǐng)域中占有很重要的地位，在其他領(lǐng)域中也相當重要，因此它的應(yīng)用范圍很廣，在信號處理，抗干擾處理，電 力系統(tǒng)，抗混疊處理等等領(lǐng)域中應(yīng)用很廣。也就是說，可以只用原模擬信號在一系列離散時間坐標點上的樣本值表達原始信號而不丟失任何信息，波、波形、信號這些 概念既然表達的是客觀世界中各種物理量的變化，自然就是現(xiàn)代社會賴以生存的各種信息的載體。 “ 波 ” 是一個非常廣泛的物理概念，在電子技術(shù)領(lǐng)域， “ 波 ” 被狹義地局限于特指描述各種物 理量的取值隨時間起伏變化的過程。至于那一頻率需被截止，可調(diào)節(jié)共振臂以決定之。通帶與帶阻濾波器都是 m 常數(shù)濾波器， m 為截止頻率與被衰減的其他頻率之衰減比的函數(shù)。就 L型單節(jié)濾波器而言，其電感抗 LX 與電容抗 CX ，對 任一 頻率為一常數(shù)，其關(guān)系為 LX 最基 本的濾波器，是由一個電容器和一個電感器構(gòu)成，稱為 L 型濾波。主要作用是：讓有用信號盡可能無衰減的通過，對無用信號盡可能大的衰減。 以 AT89S52 單片機 作為控制核心，設(shè)計一個高性能的程控濾波器。 摘 要 ............................................................................................................................. I ABSTRACT ...................................................................................................................II 第 1 章 前 言 ................................................................................................................ 1 濾波器的概述 ...................................................................................