邵陽學(xué)院　田　豐　許建明　陳炯明

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基于單片機(jī)控制的程控濾波器設(shè)計(jì)

邵陽學(xué)院田豐許建明陳炯明

【摘要】本設(shè)計(jì)由程控增益放大器與濾波器組成。程控增益放大器部分以增益可變的放大芯片VCA810作為核心，從而可以達(dá)到動(dòng)態(tài)調(diào)整輸出增益；濾波器使用雙二階濾波器芯片MAX262作為核心，濾波器截止頻率可以利用程序進(jìn)行來改變，從而可以完成濾波器帶寬的可調(diào)性；以MSP430F149芯片作為整個(gè)電路的控制核心，并通過峰值檢波電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)增益的檢測(cè)與顯示；經(jīng)測(cè)試系統(tǒng)的性能達(dá)到了預(yù)定指標(biāo)要求，實(shí)現(xiàn)數(shù)控和顯示，具有較好的應(yīng)用價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī)；放大器；濾波器

1　系統(tǒng)工作原理

本系統(tǒng)由前置放大器、程控放大器、功率放大器、單片機(jī)、鍵盤、顯示、峰值檢波等部分組成，系統(tǒng)原理圖如圖1所示。利用MSP430單片機(jī)和D/A轉(zhuǎn)換芯片TLV5616輸出的電壓直接改變程控放大器的增益，增益步進(jìn)量最小可達(dá)1dB，而可調(diào)范圍可以達(dá)到-40dB~40dB。通過峰值檢波電路對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行檢波，通過A/D轉(zhuǎn)換電路在微處理器里面跟設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比，使輸出信號(hào)符合設(shè)定要求。

圖1　系統(tǒng)框圖

2　硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1放大電路

本設(shè)計(jì)的前端部分采用VCA810程控放大芯片，作為核心芯片電路部分，這款芯片增益可調(diào)范圍為-40-40dB，使放大器能夠?qū)崿F(xiàn)可調(diào)放大功能，而且可以通過主控芯片來調(diào)控D/A轉(zhuǎn)換芯片TLV5616的輸出電壓值VC，用D/A輸出電壓來改變VCA810輸出信號(hào)電壓大小，實(shí)現(xiàn)程控放大。增加的放大倍數(shù)和控制電壓之間具有一定關(guān)系：G(dB)=-40(VC+1)dB。系統(tǒng)輸入信號(hào)通過同相放大器后傳送給下一級(jí)，而VCA810放大芯片具備比較寬的增益變化范圍，對(duì)輸入的信號(hào)帶寬要求不高，所以能夠按照現(xiàn)實(shí)情況的信號(hào)大小來改變放大器增益的倍數(shù)，本系統(tǒng)能夠用對(duì)小信號(hào)進(jìn)行濾波。為了使輸出信號(hào)在一定范圍連續(xù)可調(diào)，在程控放大電路前加入20dB固定放大器，輸入微弱信號(hào)也能夠?qū)崿F(xiàn)程控。在輸出端為了提高電路帶負(fù)載能力，通常采用具有一定功率的放大電路，提高輸出電流。

2.2濾波電路

采用MAX262濾波芯片作為電路的核心，這款濾波芯片是具有兩個(gè)二階有源濾波波段的芯片，它可以通過單片機(jī)精準(zhǔn)地控制所需的濾波函數(shù)，可構(gòu)成低通、高通、帶通、帶阻等濾波器，擁有外圍電路少、功能強(qiáng)大的優(yōu)點(diǎn)。MAX262濾波芯片能夠利用程序語言來調(diào)控和設(shè)定中間頻率f0、品能因素Q以及濾波器的工作方式等。為了得到穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)源，采用LTC6903可以提供時(shí)鐘信號(hào)，控制MAX262濾波器芯片兩端口即CLKA和CLKB。由于LTC6903芯片輸出頻率具有很高的精度，時(shí)鐘信號(hào)的幅值和頻率也很穩(wěn)定，這種控制方式能夠使濾波器輸出特性曲線達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

圖2　系統(tǒng)主流程圖

2.3顯示電路

顯示電路部分采用外接LCD12864作為整體的數(shù)據(jù)顯示。顯示電路部分是用戶界面，也是實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的途徑之一，既可以讓使用者清晰的對(duì)電路結(jié)果一目了然，同時(shí)也能夠準(zhǔn)確無誤地反映出電路的準(zhǔn)確性。由于數(shù)碼管顯示和LCD1602顯示器顯示的內(nèi)容太少，根本不能達(dá)到本設(shè)計(jì)的要求。所以在顯示電路部分選用LCD12864，需要顯示的是在經(jīng)過放大模塊放大之后的輸出信號(hào)的放大增益或倍數(shù)、輸入信號(hào)電壓、輸出信號(hào)電壓等信息，如圖2所示。

3　軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求完成系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和層次設(shè)計(jì)，由主程序和子程序等組成。子程序主要是完成增益放大的設(shè)定、過濾波段器參數(shù)的設(shè)定和使用者與儀器之間的交流等一系列功能，主程序經(jīng)過調(diào)用子程序控制時(shí)序。該程序以按鍵中斷為主線，以各項(xiàng)功能作為分支，程序主流程圖如圖2所示。

4　結(jié)束語

本設(shè)計(jì)采用了單片機(jī)對(duì)程控放大器和濾波器進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化的程控濾波，可以通過程序控制個(gè)性化的濾波功能，控制精度高、實(shí)用性強(qiáng)、電路簡(jiǎn)單、成本低，具有很好的研究?jī)r(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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[3]韓克,薛迎霄.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社, 2013.

田豐（1995—），男，湖南常德人，電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科生。

許建明（1977—），男，湖南武岡人，碩士，副教授，主要從事電子技術(shù)研究。

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