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基于MAX262单片机的程控有源滤波器电路设计

2012-09-28 10:02

  有源滤波器广泛应用于数字信号处理、通信、自动控制领域,但设计可变宽频带有源滤波器则比较困难。利用单片机控制参数可编程的双二阶通用开关电容有源滤波器,精确设置有源滤波器的中心频率f0,品质因数Q及有源滤波器的工作方式。
  1、 开关电容有源滤波器工作原理
  开关电容有源滤波器的基本原理是在电路两节点之间接具有高速开关的电容器,等效于两节点之间连接一只电阻。
  2 MAX262简介
  MAX262是美国Maxim公司生产的双二阶通用开关电容有源滤波器。MAX262内部集成有2个结构相同的二阶通用开关电容有源滤波器及1个独立的运算放大器OP。这两个有源滤波器既可独立使用,也可串联使用。对滤波器的工作方式,中心频率f0,品质可通过D0D1,A0~A3端口线在WR上升沿写入所选中的内部单元来设置滤波器的工作方式、中心频率f0以及品质因数Q等参数。详见表1所列。其中,中心频率f0的范围为1 Hz~140 kHz。fCLKA和fCLKB为内部开关电容网络所需的外部时钟,一般为中心频率f0的几十至上百倍。
  3程控有源滤波器硬件电路设计
  利用89C51控制键盘显示器8279、可编程计数器8254、可编程有源滤波器MAX262。其中8254是3通道16位可编程计数器,计数时钟频率可达10 MHz,可向MAX262提供精确的时钟频率fCLKA和fCLKB。
  本系统设计要求滤波器可设置为低通,其-3 dB截止频率fc在1 kHz~20 kHz调节频率的步进值为1 kHz内要求在2fc处滤波器幅频特性下降不小于10 dB;同时滤波器可设置为高通滤波器,其fc范围及步进值与低通模式相同,其要求0.5fc处滤波器幅频特性下降不小于10 dB。
  4程控方式的实现
  由MAX262工作原理可知,当工作方式、F0~F5,Q0~Q5值写入MAX262后,若要对滤波器的工作频率f0实现步进值为1 kHz的程控,只要使fCLKA/f0(或fCLKB/f0)的比值为56.55即可。本电路设计采用8254可编程计数器产生fCLKA和fCLKB。8254是3通道16位可编程计数器,最高计数脉冲频率fCLK为10MHz,当被设置为工作方式3时为方波发生器输出,通道0的输出作为知fCLKA,通道1的输出作为fCLKB。由于8254是16位可编程计数器,经其分频后输出方波的频率fCLKA和fCLKB对f0的比值接近56.55,若fCLKA、fCLKB为固定值,用F0~F5的设置时,fCLKA/f0编或fCLKB/f0仅有64种选择,显然精度较低。当通过键盘输入f0值后,单片机计算出相应的分频系数MA、MB写入8254。若步进值为固定值,则将对应f0的MA、MB以表格形式进行存储,直接查表即可。
  5 结束语
  基于单片机控制的可编程有源滤波器可实现低通、高通、带通、陷波、全通滤波器。在程序控制下可精确地改变滤波器的带宽、中心频率及品质因数Q,经实际测试效果良好。当MAX262作为低通滤波器使用时,为了抑制开关频率fCLKA产生的噪声,可在滤波器的输出端串联一个截止频率小于最低fCLKA的连续时间的低通滤波器,其效果更好。