1、精品文档整理2011 年 9 月 21 号1目录摘要 11.系统设计 21.1.设计要求 21.1.1.基本设计要求 21.1.2.发挥部分 21.2.总体设计方案 21.2.1.系统总体方案 21.2.2.方案论证与比较 32.单元电路设计 421 放大电路的设计 422 滤波电路的设计 53.软件设计 54 系统测试 54.1 测试仪器 54.2 测试数据 55 参考文献 6附录 1：7附录 2：82程控滤波器（D）摘要本系统设计一个程控滤波器逗号其主要由单片机（M16L） 、FPGA、程控专用芯片 MAX262 和一些模拟电路组成。最主要的特点是构成了单片机与 FPGA 之间的通信,形成
2、了上位机之间的控制的结构逗号通过 FPGA 的反馈数据对 MAX262 进行可调节控制逗号本作品操作便捷、控制简单、界面友好逗号用单片机对可编程滤波器芯片 MAX262 进行程序控制逗号可以同时对两路输入信号进行二阶低通逗号高通滤波处理。滤波器的中心频率在 1K-20K 频率范围内逗号 10mV 的输入信号经过放大,进而得到滤波器的输入信号。我们采用仪表放大器来对信号进行放大,仪表放大器 AD620 通过改变外围电路来改变其放大倍率。对于数字电位器逗号我们采用的是 X9C104 进行粗调,然后通过调节变阻器来进行细调,即可达到精度要求。用单片机来控制 X9C104 的步进值,进而控制电位器的输
3、出电阻来改变放大器增益。【关键词】 滤波器 放大器 AbstractThis system designs a filter that is controlled by program , it is made up of singlechip , 3FPGA, MAX262 and some simulative circuit.the main characteristic is that the filter constitutes correspondence between singlechip and FPGA ,itforms pilot configuration, by th
4、e feedback data of FPGA to control the MAX262, this procduction operates conveniently, controls simply, and the interface is good, using singlechip to control the MAX262,which can deal with the import signal of two road,the central frequency of filter is 1K- 20K.because the import signal of 10 mV is
5、 enlarged , then it gets a filter of import signal.we adopt the amplifier to enlarge the signal, the AD620 change its zoom out rate by periphery circuit,circle electric circuit to change it enlarge magnification.For the numeral wiring, we adopt the X9C104 to debug, then by the rheostat to debug care
6、fully,which can attain the precision request.by using singlechip to control the X9 C104 ,then by controlling the machine to change the plus of amplifier .Keywords:filter amplifier1.系统设计1.1. 设计要求1.1.1. 基本设计要求（1）放大器输入正弦信号电压振幅为 10mV 逗号电压增益为 40dB 逗号增益10dB 步进可调逗号通频带为 100Hz40kHz 逗号放大器输出电压无明显失真。（2）滤波器可设置为低
7、通滤波器逗号其-3dB 截止频率 fc 在 1kHz20kHz范围内可调逗号调节的频率步进为 1kHz 逗号 2fc 处放大器与滤波器的总电压增益不大于 30dB, RL=1k。（3）滤波器可设置为高通滤波器逗号其-3dB 截止频率 fc 在 1kHz20kHz范围内可调逗号调节的频率步进为 1kHz 逗号 0.5fc 处放大器与滤波器的总电压增益不大于 30dB, RL=1k。（4）电压增益与截止频率的误差均不大于 10%。（5）有设置参数显示功能。1.1.2. 发挥部分（1）放大器电压增益为 60dB 逗号输入信号电压振幅为 10mV；增益 10dB 步4进可调逗号电压增益误差不大于 5%
8、。（2）制作一个四阶椭圆型低通滤波器逗号带内起伏1dB 逗号-3dB 通带为50kHz 逗号要求放大器与低通滤波器在 200kHz 处的总电压增益小于 5dB 逗号-3dB 通带误差不大于 5%。（3）制作一个简易幅频特性测试仪逗号其扫频输出信号的频率变化范围是100Hz200kHz 逗号频率步进 10kHz。（4）其他。1.2. 总体设计方案1.2.1. 系统总体方案程控滤波器总体设计方案如图 1 所示逗号系统主要由放大电路、滤波电路等组成。放大器 滤波器信号输入参数设置 参数设置信号输出RL测试端子图 1 程控滤波器组成框图1.2.2. 方案论证与比较（1）放大器的选择方案一uA741 通
9、用高增益运算放大器,早些年最常用的运放之一。但 uA741 通用放大器,性能不是很好。早期运放逗号在音频运放的选择上逗号有较好的优势。其中礎 741 是内部有相位补偿电路的先驱产品。741 在早期的音响中使用逗号它的 AC 特性和噪声特性较好逗号但是 741 的输入级为双极晶体管逗号所以偏流大功耗大。方案二AD620 精确度高逗号使用简易逗号低耗电量逗号增益范围广（只需一个电阻即可设定） 。使用起来比 741 放大器方便得多逗号尤其是他不必考虑电阻适用范围。并且具有优良的共模抑制、线性度、温度稳定性、可靠性并节省印制线路板面积、失调电压、输入电流、噪声等也比较好逗号而且价格便宜。因此选择方案二
10、。（2）滤波器的选择为使产生的信号平滑、精确逗号采用滤波电路对波形进行后级处理。5方案一：采用最简单的无源 RC 低通滤波器。其特点是无电压放大倍数逗号带负载能力差。方案二：采用一阶有源滤波器。由于引入了集成运放逗号滤波器的通带电压放大倍数和带负载能力得到了提高逗号但电路稍复杂。方案三：在电子电路中,滤波器是不可或缺的部分,其中有源滤波器更为常用。一般有源滤波器由运算放大器和 RC 元件组成,对元器件的参数精度要求比较高,设计和调试也比较麻烦。美国 Maxim 公司生产的可编程滤波器芯片 MAX262 可以通过编程对各种低频信号实现低通、高通、带通、带阻以及全通滤波处理,且滤波的特性参数如中心
11、频率、品质因数等,可通过编程进行设置,电路的外围器件也少。采用单片机完成对可编程滤波器 MAX262 的控制,能很好地实现有源滤波器的设计工作。这种程控滤波器具有使用灵活、调试容易及工作性能稳定等特点。因此选用方案三。（3）单片机的选择方案一：采用通用的 51 单片机由于 51 单片机内部的随机存取储存器和 ROM 都比较小逗号考虑到实现本系统需要大量的数据处理及液晶显示需占用大量的 ROM 资源等逗号用 51 单片机实现本系统就需外扩随机存取储存器和 ROM 逗号实现起来比较麻烦。而且基于整个系统的速度要求逗号 51 单片机也不能满足要求。方案二： Atmega16 与 51 单片机、PIC
12、 单片机相比具有一系列的优点：在相同的系统时钟下运行速度最快；芯片内部的 Flsah、EEPROM、SRAM 容量较大；所有型号的 Flash、EEPROM 都可以反复烧写、全部支持在线编程烧写(ISP)；多种频率的内部 RC 振荡器、上电自动复位、看门狗、启动延时等功能逗号零外围电路也可以工作；每个 IO 口都可以以推换驱动的方式输出高、低电平逗号驱动能力强；内部资源丰富逗号一般都集成 AD、DA 模数器、PWM、SPI、USART、TWI、I2C 通信口、丰富的中断源等。具有 C 语言风格的汇编语言逗号有与标准 C 兼容的 C 语言逗号 C 语言函数可以与汇编函数互相调用逗号使其开发更加容
13、易逗号实现整个系统更加简单。因此采用方案二。经过选择后的系统总框图如图 2 所示。+-X 9 c 5 0 3 A D 6 2 0FPGA提供时钟M A X 2 6 2单片 机控制输入振幅1 0 m V 信号输出单 片机控制 参数 设置6图 22.单元电路设计2 1 放大电路的设计在一般信号放大的应用中通常只要透过差动放大电路即可满足要求逗号然而基本差动放大电路精密度较差逗号且在更变放大增益时逗号必须调整两个电阻。影响整个讯号放大精确度的原因就更加复杂逗号仪表放大电路则无上述缺点。AD620 仪表放大器其中 1、8 接脚要跨接一电阻来调整放大大倍率逗号 4、7 接脚须提供正负相等的工作电压逗号由
14、 2、3 接脚输入的放大的电压可从接脚 6 输出放大后的电压值逗号接脚 5 则是参考基准逗号如果接地逗号则是接脚 6 的输出与地之间的相对电压。如附录 1 所示：2 2 滤波电路的设计本电路设计采用单片机控制。单片机选用 atmega16 逗号 atmega16 是一种的低功耗高性能的 CMOS 型 8 位微控制器。有 16KB 的 Flash、512 字节EEPROM、1K 字节 SRAM、32 个可编程的 I/O 口、32 个通用工作寄存器、用于边界扫描的 JTAG 接口、支持片内调试与编程逗号三个具有比较模式的灵活的定时器/计数器、片内/外中断、可编程串行 USART 逗号有起始条件检测
15、器的通用串行接口。8 路十位具有可选差分输入级可编程增益的 ADC 逗号具有片内振荡器的可编程看门狗定时器逗号一个 SPI 串行端口逗号工作空闲模式时 CPU 停止工作逗号而 USART、两线接口、A/D 转换器、SRAM、T/C、SPI 端口以及中断系统继续工作。掉点模式时晶体振荡器停止振荡逗号所有功能除了中断和硬件复位之外都停止工作。该电路由单片机的 PI 口来控制逗号由单片机将数据输入存储器逗号再输入 MAX262。通过设置相应的参数逗号可实现相应带宽的滤波器。3.软件设计系统的主程序流程如附录 2 所示逗号首先进行初始化逗号然后从片内 RAM 中读取新设置标志位进行判断；如果不是逗号给
16、 MAX262 芯片送入滤波器所需的初始化工作参数；如果是新设置则根据新建中断服务程序获得的键位进行处理。进行新设置时逗号首先根据输入的键值完成对滤波器的选择逗号包括对滤波器的 A 和 B 的设置选择逗号以及相应滤波器的类型选择。然后由 Q 值计算 N 并转换成二进制编程数据 Q0-Q6, 送入片内 RAM ,设置完成后,MAX262 就按照当前所需求的中心频率 Q 值和滤波器工作方式对输入信号进行滤波。74.系统测试4.1 测试仪器示波器、万用表、信号发生器、电源。4.2 测试数据放大器端子测试数据增益 实测增益电压 理论增益电压 实际 RG 值 理论 RG 值10dB 6270mV 33m
17、V 16.267K 15.623K20dB 110120mV 100mV 5.630K 5.489K30dB 300320mV 315mV 1.897K 1.5622K40dB 0.971V 1V 0.320K 0.4900K5 参考文献（1）黄智伟逗号王彦逗号陈文光逗号朱卫华全国大学生电子设计竞赛训练教程北京:电子工业出版社逗号 2005 年（2）黄智伟逗号王彦逗号陈琼逗号潘礼逗号黄松FPGA 系统设计与实践北京：电子工业出版社逗号 2005 年（3）蔡锦福.运算放大器原理与应用逗号北京：科学出版社逗号 2005 年（4）肖景和.集成运算放大器应用精粹逗号北京：人民邮电出版社逗号2006 年（5）谢自美逗号尹仕逗号肖看逗号罗杰逗号赵云娣.电子线路综合设计.武汉：华中科技大学出版社,2006 年8附录 1： INC2U/D3VH4S5W6L7X90APBRETGFmega+-低_放大电路图 1O KM滤波电路图 29附录 2：开始初始化新设置？滤 波器选样计算Q 0 编程数据送 调 显 示子程序YN系统主程序流程图 3开始初 始化放大 ？选择d B执行放大 执行缩小K e y = 4K e y = 0放大电路流程图 410
