兰兰 州州 商商 学学 院院本科生毕业论文（设计）本科生毕业论文（设计）论文（设计）题目：论文（设计）题目： 程控滤波器的设计与仿真程控滤波器的设计与仿真 学学 院、院、 系：系： 信息工程学院信息工程学院 计算机科学与技术系计算机科学与技术系 专专 业业 ( (方方 向向) )： 电子信息工程电子信息工程 年年 级、级、 班：班： 2007 级级 学学 生生 姓姓 名：名： 指指 导导 教教 师：师： _2011_2011_ _年 5 月 30 日声 明本人郑重声明：所呈交的毕业论文（设计）是本人在导师的指导下取得的成果。对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。因本毕业论文（设计）引起的法律结果完全由本人承担。本毕业论文（设计）成果归兰州商学院所有。特此声明毕业论文（设计）作者签名：年 月 日I程控滤波器的设计与仿真程控滤波器的设计与仿真摘摘 要要本系统实现程控滤波，放大器增益可设置；低通或高通滤波器通带、截止频率等参数可设置。硬件以单片机 AT89C52 为核心控制，主要由PGA103 放大器、程控滤波器 MAX262、椭圆滤波器和幅频特性测试（DDS）等部分组成。放大器采用 PGA103，实现 60dB 固定增益放大，步进 10dB 由单片机控制 AD7520 实现，其误差不大于 5%。低通、高通滤波器由单片机控制可编程滤波器芯片 MAX262 实现，在 2fc处放大器与滤波器的总电压增益不大于 30dB。幅频特性测试由 DDS 产生信号经峰值检波后送入 A/D 转换实现。本系统设计简单，能很好地实现滤波器的程控，使用方便，具有较高的性价比、实用性和使用价值。在此文中，采用multisim 系统仿真实现程控滤波功能。 关键字关键字 AT89C52AT89C52 程控滤波器程控滤波器 MAX262MAX262 IIABSTRACTThis system can realize the digital programmable filter and also could intercalate the gain of amplifier, the passband parameter and cut-off frequency of LPF or HPF could be intercalated. The hardware uses MCU(AT89C52)as the core to control the system, it consist of the PGA103、MAX262、the four-order elliptic low-pass filter and DDS an so on. The amplifier uses the PGA103, the fixed gain of amplifier is 60dB, the AT89C52 control the AD7520, it could realize the controled 10dB gain, the error has 5%. The LPF and HPF are realized by the programmable switched-capacitor filter integrated chip MAX262, the chip is controled by the AT89C52, the voltage gain of amplifier and filter is 30 dB in the 2fc, DDS theory is adopted to produce Amplitude-frequency characteristics tester. The design of the system is simple, it is very convenience. In this article, system simulation using multisim achieve programmable filtering.Keywords AT89C52,elliptic,low-pass ,filter,MAX262,Amplitude-frequency,characteristics testerIII目目 录录一、引言1（一）课题背景1 （二）滤波器的发展1 （三）论题的设计与要求2 （四）滤波器的分类2 （五）本文的研究内容4二、系统组成5（一）程控滤波器的总体说明5 1、程控放大器电路.5 2、程控滤波器电路.6 3、幅频特性测试设计.6 （二） 系统主要单元电路设计.7 1、系统简介.7 2、程控放大器电路.8 3、程控滤波电路.8 4、四阶椭圆低通滤波器设计电路.10 5、幅频特性测试设计.12 6、峰值检波电路.14三、系统电路详解17（一）器件介绍17 1、单片机 AT89C5217 2、滤波器芯片 MAX26218 3、固定放大器 PGA10320 4、AD7520.21 （二）功能电路图22 1、程控放大电路.22 2、程控滤波电路.23 3、系统总机电路.25 （三）系统测试及其结果27 1、放大器测试及其结果.27 2、低通滤波器测试及其结果.28 3、椭圆滤波器测试及其结果.29 4、幅频特性测试及其结果.30 5、误差分析.30四、软件设计30（一）系统软件设计与实现30 （二）系统程序的编译与仿真31结 论35致 谢36IV参考文献37附 录381程控滤波器的设计与仿真程控滤波器的设计与仿真一、一、引言引言（一）课题背景（一）课题背景什么是滤波器呢？从广义上来说，凡是有能力进行信号处理的装置都可以称为滤波器，在近代电信设备和各类控制系统中，滤波器应用极为广泛，从某种意义上来说滤波器的发展进程就代表了电子业的发展进程，在所有的电子部件中，使用最多、技术最为复杂的要算滤波器了。滤波器的优劣直接决定产品的优劣，所以，对滤波器的研究和生产历来为各国所重视。我国的电子行业还处于发展阶段，相对于发达国家我们还有不小的差距，所以我们必须投入更大的努力改变这一现状，从而做到不求人，只求己。（二）滤波器的发展（二）滤波器的发展1917 年美国和德国科学家分别发明了 LC 滤波器，次年导致了美国第一个多路复用系统的出现。20 世纪 50 年代无源滤波器日趋成熟。自60 年代起由于计算机技术、集成工艺和材料工业的发展，滤波器发展上了一个新台阶，并且朝着低功耗、高精度、小体积、多功能、稳定可靠和价廉方向努力，其中小体积、多功能、高精度、稳定可靠成为 70 年代以后的主攻方向。导致 RC 有源滤波器 、数字滤波器、开关电容滤波器和电荷转移器等各种滤波器的飞速发展，到 70 年代后期，上述几种滤波器的单片集成已被研制出来并得到应用。80 年代，致力于各类新型2滤波器的研究，努力提高性能并逐渐扩大应用范围。90 年代至现在主要致力于把各类滤波器应用于各类产品的开发和研制。当然，对滤波器本身的研究仍在不断进行。我国广泛使用滤波器是 50 年代后期的事，当时主要用于话路滤波和报路滤波。经过半个世纪的发展，我国滤波器在研制、生产和应用等方面已纳入国际发展步伐，但由于缺少专门研制机构，集成工艺和材料工业跟不上来，使得我国许多新型滤波器的研制应用与国际发展有一段距离。（三）论题的设计与要求（三）论题的设计与要求（1）放大器输入正弦信号电压振幅为 10mV，电压增益为 60dB，增益 10dB 步进可调，通频带为 100Hz40kHz，放大器输出电压无明显失真。（2）滤波器可设置为低通滤波器，其-3dB 截止频率fc在 1kHz20kHz 范围内可调，调节的频率步进为 1kHz，2fc处放大器与滤波器的总电压增益不大于 40dB, RL=1k。（3）电压增益与截止频率的误差均不大于 10%。（4）有设置参数显示功能。（四）滤波器的分类（四）滤波器的分类滤波器有各种不同的分类，一般有如下几种。3图 1-1 滤波器的分类（1）按处理信号类型分类按处理信号类型分类，可分为模拟滤波器和离散滤波器两大类。其中模拟滤波器又可分为有源、无源、异类三个分类；离散滤波器又可分为数字、取样模拟、混合三个分类。当然，每个分类又可继续分下去，总之，它们的分类可以形成一个树形结构，如图所示。实际上有些滤波器很难归于哪一类，例如开关电容滤波器既可属于取样模拟滤波器，又可属于混合滤波器，还可属于有源滤波器。因此，我们不必苛求这种“精确”分类，只是让人们了解滤波器的大体类型，有个总体概念就行了。滤 波 器模 拟数 字有 源异 类 无 源取样模拟数 字混 合表 面 波传 输 线各类谐振器陶 瓷晶 体机 械R L C自 适 应复 数多 维窄 带F I RI I R开 关 拓 扑电荷 转移 器开 关 电 容CCDBBDRCR CL CS R CMOSS ET-C4（2）按选择物理量分类按选择物理量分类，滤波器可分为频率选择、幅度选择、时间选择（例如 PCM 制中的话路信号）和信息选择（例如匹配滤波器）等四类滤波器。（3）按频率通带范围分类按频率通带范围分类，滤波器可分为低通、高通、带通、带阻、全通五个类别，而梳形滤波器属于带通和带阻滤波器，因为它有周期性的通带和阻带。（五）本文的研究内容（五）本文的研究内容本次课题主要研究的是以单片机为核心控制而设计的程控滤波器，硬件以单片机 AT89C52 为核心控制，主要由 PGA103 放大器、程控滤波器 MAX262、椭圆滤波器和幅频特性测试（DDS）等部分组成。本系统可实现程控滤波，放大器增益可设置；低通或高通滤波器通带、截止频率等参数可设置。本次课题的仿真部分，用到了 multisim 软件，主要针对程控滤波器的放大部分与滤波部分。通过设置函数信号发生器的参数改变输入信号，由四踪示波器观察得输出信号随之改变的情况，最后分析数据得出结论。5二、系统组成二、系统组成（一）程控滤波器的总体说明（一）程控滤波器的总体说明按设计要求，我大致将程控滤波器按功能分为三部分，如图 21所示：1、程控放大器电路2、程控滤波电路3、幅频特性测试幅频特性 测试单 片 机 AT89C52锁存 器60dB 放大程控衰减程控滤波器输出输入图 2-1 系统总体框图1 1、程控放大器电路、程控放大器电路方案一：采用模拟电路搭建，由模拟开关选择不同的电阻档实现步进。此方法不占用单片机资源，使单片机能更好地控制其它电路，但采用纯模拟电路搭建不易控制，且控制精度不高。方案二：程控放大器由两极电路组成，输入信号首先经过 PGA103固定放大后送入 AD7520 由单片机控制增益步进。由于 AD7520 输入电压6幅度的要求，在此采用先固定放大再程控，最后再固定放大。此方法控制精度高，由 AD7520 决定步进精度，方便调节控制步进。原理框图如图 22 所示。初步放大增益控制再次放大图 2-2 程控放大原理框图基于以上方案比较，我选取方案二。2 2、程控滤波器电路、程控滤波器电路方案一：采用运放构成切比雪夫有源滤波电路，通过单片机间接控制可变电容两端的电压改变电容的值来改变截止频率和程控步进。但电路复杂，不容易控制且精度不高，也不易于带通带阻等功能的扩展。方案二：选用专用的程控滤波器芯片 MAX262 实现。MAX262 可编程对各种低频信号实现低通、高通、带通、带阻和全通滤波器处理，且滤波器的特性参数如中心频率、品质因数等可通过编程进行设