【正文】 im軟件，它具有很強大并且豐富的功能，可以根據自己的需求調出相應的器件例信號發(fā)生器、示波器等，同時它還可以對模擬電路、數字電路進行仿真，可通過功能模塊進行結果的顯示[27]。此次設計除了進行仿真外，還進行了實物的制作。對原理圖和程序代碼驗證得出設計正確后，就需要焊接電子器件測試實際電路板，調整好實際電路板后就完成了整個系統(tǒng)電路的設計。第5章 仿真與測試本課題在制作實際電路板時，首先是制訂系統(tǒng)設計方案并根據實際情況得出最優(yōu)設計選擇，然后去根據系統(tǒng)設計的需求來選擇性能及價格都合適的相應電子器件，根據器件的特性選擇相應的編譯器及下載方式并利用編程軟件編寫出符合相應功能要求的程序代碼，此上的這些步驟為實際電路設計的前提。然后就程控低通濾波部分，這一部分的設計可以說是整個電路的實現核心，對于模擬開關的選擇要十分的注意，要保證模擬開關有很好的性能，可以進行快速的反應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。接入按鍵的引腳電平出現變化即按鍵按下，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按下的狀態(tài)，單片機執(zhí)行此按鍵對應的命令，在這之后按鍵松開單片機再次進行判斷10ms后沒有信號輸入說明按鍵此時已被松開。 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，避免出現一次按下多次響應的錯誤。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不同的截止頻率，這樣就實現了整個程控濾波電路的流程設計。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、液晶數據傳輸引腳、晶振、復位按鍵等都使其開始工作。第一部分的程序設計為總體程序的設計，它根據整個系統(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。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。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合，為本設計中軟件的編寫與調試帶來了非常大的方便。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。利用78XX系列來得到正負12V、正負5V供電電壓。 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過變壓器降低電壓值，然后再經過整流電路得到的直流電壓。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。基于這種現實考慮系統(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。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=。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。，截止頻率的不同數值實現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的。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運放的一個負反饋，接下來是進入由電阻、電容、運放構成的有源二階低通濾波器，首先進過電阻然后并聯到一個電容接地，接入運放LM358的正相接入端。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。本設計的截止頻率分別是50Hz、100Hz和1KHz。 低通濾波電路設計理想的低通濾波器應該能使所有低于截止頻率的信號無損通過，而所有高于截止頻率的信號都應該被無限的衰減。單片機要有很好地反應速度和處理能力，它要實現液晶電路的顯示、輸入按鍵的信號處理和對模擬開關的輸出通道模式選擇。在對芯片進行程序下載時可以利用串口直接下載電路需要的程序。所以滿足這款芯片正常穩(wěn)定工作運行的核心控制硬件模塊為此次設計的第一部分，： 單片機最小系統(tǒng)上圖為單片機的最小系統(tǒng)電路，由于單片機內部沒有晶振來提供系統(tǒng)所需時鐘也沒有復位電路給系統(tǒng)進行復位，所以由CC7兩個電容結合12M的晶振組成給單片機固定的節(jié)拍時鐘，由按鍵SWPB結合電容C電阻R2構成單片機復位電路。根據硬件模塊的需求可知單片機要具備處理性能好、操作簡單等功能。在整個的系統(tǒng)設計電路主要包括微控制器電路設計、壓控電壓源二階低通濾波器的設計、按鍵及液晶顯示電路、系統(tǒng)供電電源電路的設計等，只有這些功能電路都成功地實現后，整個系統(tǒng)設計電路才能夠成功實現，下面將一一介紹。第3章 硬件設計在本次的課題設計中最重要的一部分就是硬件電路設計，這一部分是制作實際電路板必須要進過的一個環(huán)節(jié)，根據對實際功能的需求設計出符合并能實現程控低通濾波器的電路。通過不同電容值的接入就可以實現不同截止頻率的濾波電路，而后單片機通過控制LCD液晶實時顯示當前工作的模式和相應的截止頻率數值[22]。： 系統(tǒng)框圖根據上圖可以看出，單片機電路是整個系統(tǒng)的核心控制部分[17]，整個過程分為兩個部分，第一部分是信號濾波環(huán)節(jié)，首先通過信號源給出相應的信號波形，然后進入電壓跟隨器目的是實現前后級電路的隔離避免干擾，通過電壓跟隨器后進入由電阻、電容、運放構成的有源二階低通濾波器[19]，經過濾波器處理后的信號再次進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波形；第二部分在單片機控制單元，這里主要實現程控低通中不同截止頻率的選擇。與無源濾波器相比，有以下特點：（1）不僅能補償各次諧波，還可以補償無功，抑制變動，有一機多能的特點，在性價比上較為合理；（2）濾波特性不受系統(tǒng)阻抗等的影響，可消除與系統(tǒng)阻抗發(fā)生諧振的危險；（3）具有自適應功能，可自動跟蹤補償變化著的諧波，即具有高度可控性和快速響應性等特點[18]。利用LM358AD運算放大器設計兩個電壓跟隨器利用其輸入阻抗高等特點實現頻率信號的緩沖與隔離干擾的作用，然后讓信號輸入運放的正相端，利用LM358AD實現同相輸入的壓控電壓源二階低通濾波電路[15,16]，最后將濾波的結果用液晶進行顯示。方案二：采用集成運放結合電阻R、電容C形成有源濾波電路，這樣電路結構簡單，所需元件少、性價比高，且電路輸入阻抗高、輸出阻抗低，可以在阻帶實現很大的衰減[13,14]。利用電感和電容可以搭建各種類型的濾波器，該方案具有結構簡單、成本低廉、運行可靠性較高、運行費用較低等優(yōu)點。 系統(tǒng)方案的選擇根據系統(tǒng)設計需求可知，系統(tǒng)要能夠具備低通濾波器的能力，同時要能夠改變?yōu)V波電路的截止頻率實現三個模式的轉換，還要做到防止信號在電路中被干擾的事情，而后需要通過LCD液晶進行實時顯示[10]。第2章 整體方案設計 系統(tǒng)設計的需求本課題設計的是程控低通濾波器的設計與實現，具體需要實現的要求是單片機可以通過按鍵的方式控制模擬開關CD4051，從而使濾波電路接入不同的電容值，這樣就可以改變?yōu)V波電路的不同截止頻率，然后通過LCD液晶顯示的方法顯示出截止頻率是多少，選擇的是哪種模式[8]。第4章主要首先介紹總體系統(tǒng)的設計流程，然后詳細介紹怎樣通過單片機進行程控通道的選擇，而后介紹了怎樣用程序軟件解決按鍵的抖動問題