基于单片机控制的程控滤波器设计

邵阳学院　田　丰　许建明　陈炯明



基于单片机控制的程控滤波器设计

邵阳学院田丰许建明陈炯明

【摘要】本设计由程控增益放大器与滤波器组成。程控增益放大器部分以增益可变的放大芯片VCA810作为核心，从而可以达到动态调整输出增益；滤波器使用双二阶滤波器芯片MAX262作为核心，滤波器截止频率可以利用程序进行来改变，从而可以完成滤波器带宽的可调性；以MSP430F149芯片作为整个电路的控制核心，并通过峰值检波电路实现信号增益的检测与显示；经测试系统的性能达到了预定指标要求，实现数控和显示，具有较好的应用价值。

【关键词】单片机；放大器；滤波器

1　系统工作原理

本系统由前置放大器、程控放大器、功率放大器、单片机、键盘、显示、峰值检波等部分组成，系统原理图如图1所示。利用MSP430单片机和D/A转换芯片TLV5616输出的电压直接改变程控放大器的增益，增益步进量最小可达1dB，而可调范围可以达到-40dB~40dB。通过峰值检波电路对输出信号进行检波，通过A/D转换电路在微处理器里面跟设定值进行对比，使输出信号符合设定要求。

图1　系统框图

2　硬件系统设计

2.1放大电路

本设计的前端部分采用VCA810程控放大芯片，作为核心芯片电路部分，这款芯片增益可调范围为-40-40dB，使放大器能够实现可调放大功能，而且可以通过主控芯片来调控D/A转换芯片TLV5616的输出电压值VC，用D/A输出电压来改变VCA810输出信号电压大小，实现程控放大。增加的放大倍数和控制电压之间具有一定关系：G(dB)=-40(VC+1)dB。系统输入信号通过同相放大器后传送给下一级，而VCA810放大芯片具备比较宽的增益变化范围，对输入的信号带宽要求不高，所以能够按照现实情况的信号大小来改变放大器增益的倍数，本系统能够用对小信号进行滤波。为了使输出信号在一定范围连续可调，在程控放大电路前加入20dB固定放大器，输入微弱信号也能够实现程控。在输出端为了提高电路带负载能力，通常采用具有一定功率的放大电路，提高输出电流。

2.2滤波电路

采用MAX262滤波芯片作为电路的核心，这款滤波芯片是具有两个二阶有源滤波波段的芯片，它可以通过单片机精准地控制所需的滤波函数，可构成低通、高通、带通、带阻等滤波器，拥有外围电路少、功能强大的优点。MAX262滤波芯片能够利用程序语言来调控和设定中间频率f0、品能因素Q以及滤波器的工作方式等。为了得到稳定的时钟信号源，采用LTC6903可以提供时钟信号，控制MAX262滤波器芯片两端口即CLKA和CLKB。由于LTC6903芯片输出频率具有很高的精度，时钟信号的幅值和频率也很稳定，这种控制方式能够使滤波器输出特性曲线达到设计要求。

图2　系统主流程图

2.3显示电路

显示电路部分采用外接LCD12864作为整体的数据显示。显示电路部分是用户界面，也是实现人机交互的途径之一，既可以让使用者清晰的对电路结果一目了然，同时也能够准确无误地反映出电路的准确性。由于数码管显示和LCD1602显示器显示的内容太少，根本不能达到本设计的要求。所以在显示电路部分选用LCD12864，需要显示的是在经过放大模块放大之后的输出信号的放大增益或倍数、输入信号电压、输出信号电压等信息，如图2所示。

3　软件设计

根据系统的设计要求完成系统的软件设计结构和层次设计，由主程序和子程序等组成。子程序主要是完成增益放大的设定、过滤波段器参数的设定和使用者与仪器之间的交流等一系列功能，主程序经过调用子程序控制时序。该程序以按键中断为主线，以各项功能作为分支，程序主流程图如图2所示。

4　结束语

本设计采用了单片机对程控放大器和滤波器进行控制，实现了数字化的程控滤波，可以通过程序控制个性化的滤波功能，控制精度高、实用性强、电路简单、成本低，具有很好的研究价值。

参考文献

[1]江世明,许建明,朱群峰,申寿云.单片机原理及应用[M].上海:上海交通大学出版社,2013.

[2]王东锋,王会良,等.单片机C语言应用100例[M].西安:电子工业出版社,2009.

[3]韩克,薛迎霄.单片机应用技术[M].北京:电子工业出版社, 2013.

田丰（1995—），男，湖南常德人，电子科学与技术专业本科生。

许建明（1977—），男，湖南武冈人，硕士，副教授，主要从事电子技术研究。

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