基于MAX262的程控濾波器的研制

0 引言
隨著科學技術的進步，單片機及相關電子技術飛速發展，應用領域不斷拓展。利用單片機和濾波芯片實現高性能的程控濾波器，對寬動態范圍的信號進行濾波，在工程領域應用十分廣泛。

1 系統組成
系統由單片機、放大電路、濾波器、鍵盤和液晶顯示電路組成，硬件結構框圖如圖1所示。

1．1 單片機系統
系統采用AT89S52作為控制核心，配備鍵盤和液晶顯示電路。
AT89S52是Atmel公司新推出的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，它具有以下標準功能：8k字節Flash，256字節RAM，32位 I／O口線，看門狗定時器，2個數據指針，三個16位定時器／計數器，一個6向量2級中斷結構，全雙工串行口，片內晶振及時鐘電路。其性能完全可以滿足系統的要求。
鍵盤用于設定濾波器的中心頻率和品質因數。
液晶顯示采用OCMJ4X8A液晶顯示屏，它內帶漢字字庫，可以方便地顯示漢字及圖形；可以同時顯示4行8列個單元，可以一次顯示系統所有狀態信息；顯示的內容不需要刷新，節省了單片機的資源；電路結構簡單，便于控制，功耗低。
1．2 放大電路的設計
系統采用兩片AD603順序連接，兩極間以電容耦合。由于一片AD603在已定制的模式下增益為-10～30dB，帶寬為90MHz，故級聯方式可使增益達到-20～60dB，控制電壓為0～2V。該控制電壓由單片機控制8位A／D轉換器 ADC0832產生，其精度可達2V／256=0．0078125V，增益精度可達0．3125dB。因此，可以系統實現增益60dB，步進10dB。
1．3 濾波器的設計
程控濾波電路采用可編程濾波芯片MAX262。MAX262是CMOS型雙二階通用開關電容有源濾波器。兩個二階濾波器A和B分別有兩個開關電容濾波網絡(SCN)，并且相互獨立，既可以單獨使用，也可以級聯，方便地實現四階濾波。兩個濾波器的時鐘輸入CLKA和CLKB可以由晶振、電容結合內部時鐘電路產生，或者直接由外部時鐘輸入。它們允許輸入信號的頻率范圍依賴于CLK。每一個濾波器的中心頻率(或截止頻率)f0、品質因數Q，以及濾波模式都可由2位輸入的編程數據結合4位的地址輸入進行精確設定。
系統的低通、高通范圍截止頻率在1～40kHz，根據中心頻率的計算公式(式(1))，

中心頻率將在500Hz～30kHz。系統在低通2Fc處，放大器與濾波器的總增益不大于30dB，相當于當放大器增益為40dB時2Fc處的濾波器增益應不大于10dB。對于MAX262，單片機要對其輸入Q值和中心頻率截止頻率選1kHz時中心頻率為500Hz，通過查表，此時Q至最小為0．5，按照幅頻特性公式(式(2))，

2 軟件設計
本設計基于MAX262實現濾波控制，由于MAX262芯片對信號中心頻率和品質因數有相應的計算公式并且可以通過查表獲得，根據系統對低頻和高頻截止頻率的要求，可以方便地由查表算出所要求的F值和Q值，由單片機寫入MAX262。

3 系統測試
3．1 測試儀器與方法
測試儀器有My-62型萬用表、Xj4452數字存儲示波器和Sg1651a信號發生器。
測試方法：用萬用表與示波器對由函數發生器發生的信號與系統輸出的信號及理論值三者進行比較分析，以測試系統的綜合性能。
3．2 測試結果
放大器的測試結果如表1所示。

濾波器的測試結果如表2所示。

4 結束語
本系統充分發揮了AT89S52單片機強大的控制能力和數據處理能力，通過AD603精密放大器和MAX262濾波器，實現了程控高通和低通濾波器的功能。系統在實際應用中收到了滿意的效果。