基于MAX262的程控滤波器的研制

0 引言
    随着科学技术的进步，单片机及相关电子技术飞速发展，应用领域不断拓展。利用单片机和滤波芯片实现高性能的程控滤波器，对宽动态范围的信号进行滤波，在工程领域应用十分广泛。

1 系统组成
    系统由单片机、放大电路、滤波器、键盘和液晶显示电路组成，硬件结构框图如图1所示。

1．1 单片机系统
    系统采用AT89S52作为控制核心，配备键盘和液晶显示电路。
    AT89S52是Atmel公司新推出的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，它具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位 I／O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器／计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。其性能完全可以满足系统的要求。
    键盘用于设定滤波器的中心频率和品质因数。
    液晶显示采用OCMJ4X8A液晶显示屏，它内带汉字字库，可以方便地显示汉字及图形；可以同时显示4行8列个单元，可以一次显示系统所有状态信息；显示的内容不需要刷新，节省了单片机的资源；电路结构简单，便于控制，功耗低。
1．2 放大电路的设计
    系统采用两片AD603顺序连接，两极间以电容耦合。由于一片AD603在已定制的模式下增益为-10～30dB，带宽为90MHz，故级联方式可使增益达到-20～60dB，控制电压为0～2V。该控制电压由单片机控制8位A／D转换器 ADC0832产生，其精度可达2V／256=0．0078125V，增益精度可达0．3125dB。因此，可以系统实现增益60dB，步进10dB。
1．3 滤波器的设计
    程控滤波电路采用可编程滤波芯片MAX262。MAX262是CMOS型双二阶通用开关电容有源滤波器。两个二阶滤波器A和B分别有两个开关电容滤波网络(SCN)，并且相互独立，既可以单独使用，也可以级联，方便地实现四阶滤波。两个滤波器的时钟输入CLKA和CLKB可以由晶振、电容结合内部时钟电路产生，或者直接由外部时钟输入。它们允许输入信号的频率范围依赖于CLK。每一个滤波器的中心频率(或截止频率)f0、品质因数Q，以及滤波模式都可由2位输入的编程数据结合4位的地址输入进行精确设定。
    系统的低通、高通范围截止频率在1～40kHz，根据中心频率的计算公式(式(1))，

  
    中心频率将在500Hz～30kHz。系统在低通2Fc处，放大器与滤波器的总增益不大于30dB，相当于当放大器增益为40dB时2Fc处的滤波器增益应不大于10dB。对于MAX262，单片机要对其输入Q值和中心频率截止频率选1kHz时中心频率为500Hz，通过查表，此时Q至最小为0．5，按照幅频特性公式(式(2))，

2 软件设计
    本设计基于MAX262实现滤波控制，由于MAX262芯片对信号中心频率和品质因数有相应的计算公式并且可以通过查表获得，根据系统对低频和高频截止频率的要求，可以方便地由查表算出所要求的F值和Q值，由单片机写入MAX262。

3 系统测试
3．1 测试仪器与方法
    测试仪器有My-62型万用表、Xj4452数字存储示波器和Sg1651a信号发生器。
    测试方法：用万用表与示波器对由函数发生器发生的信号与系统输出的信号及理论值三者进行比较分析，以测试系统的综合性能。
3．2 测试结果
    放大器的测试结果如表1所示。

    滤波器的测试结果如表2所示。

4 结束语
    本系统充分发挥了AT89S52单片机强大的控制能力和数据处理能力，通过AD603精密放大器和MAX262滤波器，实现了程控高通和低通滤波器的功能。系统在实际应用中收到了满意的效果。