基于89C52单片机可编程低通滤波器设计

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【摘要】用单片机对仪用放大器和可编程滤波器芯片MAx262进行程序控制，可以同时对两路输入信号进行二
& A( d  x$ M! i$ I* x: N% g# f6 i( z阶低通、高通、带通、带阻以及全通滤波处理，滤波器的中心频率在15～50 kHz频率范围内可实现64级程控调节，其Q
% q' R7 b- ]1 H" k值在0．5～64范围内实现128级程控调节。并提出一种可编程控制放大低通滤波系统的方案。
0 Q* v* I# W% `
引言一
1 `# \9 ^3 h4 g2 ]0 S% R在拾取传感器信号中，有两个问题需要解决：(1)传
感器信号的幅度小，一般只有仙V加V级。(2)拾取信号的
- U* B1 ~$ H3 s) a  K) B( {动态范围宽，有时会出现信号干扰源掩盖有用信号的情
况。为了提高测量精度，同时能够有效地抑制干扰信号，
常常需要高精度的测量放大电路和合适的滤波器。随着
9 P4 n% `, {6 S+ M& C  QMOS工艺的迅速发展，可编程的增益可控的放大器和单
- F5 B2 Z: P! D, C4 ~; G* r* D片集成的开关电容滤波器的选择就成了首选。
1 程控仪用放大器PGA202／203
8 H/ _0 O2 O5 `: K4 uPGA202／203是一个单片增益可控的双端输入仪
9 j9 h, h9 W; b' a用放大器。图1给出了其内部电路结构。PGA202的编程
增益为×1、×10、×100、×1 000，PGA203的编程增益为×
1、×2、×4、和×8，两者都是F丌输入，并包含跨导电路，
在不同的增益时，带宽几乎一致。由于采用了激光修正
技术，因而增益失调无需用外接元件调整，使用方便。
/ {5 U) O# h" Z该器件可广泛用于自动量程可控电路、数据采集系统
和远距离测量仪器当中。
5 p8 C8 ?* t7 n( w2 z在实际的使用中，通常采用PGA202和PGA203组
* r" _6 c2 f6 o6 e; N' f1 p* \成的两级放大器．其放大倍数的范围为l～8 000。两种
放大器的放大倍数均由1、2脚的逻辑电平控制，其放大
倍数与逻辑电平的关系如表l，由于PGA202／203的输
入阻抗非常高，因此在使用时需加偏置电流回路。
- w1 F( X2 M! _/ B$ a6 v2单片集成开关电容滤波器
3 E# y. Q1 B5 F& a6 T1 [% v随着MOS工艺的迅速发展，由美信公司(MAXIM)
+ A2 L& Y% ~, e8 g/ N6 n生产的可编程滤波器芯片MAX262可以通过编程对各
; s$ \( x0 n+ P) R! i! ^; F, x' Q; {种低频信号实现低通、高通、带通、带阻以及全通滤波
2 Q! ~5 z# z8 C处理，而且滤波的特性参数如中心频率、品质因数等都
可以通过编程进行设置。这样就避免了传统的有源滤
波器电路需要有较大的电容和精确的RC时间常数而
且设计和调试都比较麻烦的难题。
' M* v# R* j5 F(1)MAX262的内部结构。MAX262主要由放大器、
, F1 j+ x% E, ^2 q0 y! m* z积分器、电容切换网络(SCN)和工作模式选择器组成。
& i; [$ u$ X5 C0 ]! V6 ]积分器、电容切换网络(SCN)和工作模式选择器分别
由编程数据M0一M1，F0一F5和Q0～Q6控制。MAX262内
部有两个二级滤波器．滤波器A和B可以单独使用，也
4 B* q5 m2 u3 k9 z+ W9 p3 v可以联成四阶滤波器使用。芯片的使用非常灵活，但它
们均受同一组编程数据的控制。
, |% y( }# j. B- ^; a  S) U) fMAX262芯片的工作频率为1～140 kHz。当时钟频
# B; R8 l2 n* {9 O4 ?率为4 MHz，工作模式选择为模式3时，芯片可以对140
kHz的输入信号进行滤波处理。其它工作模式的最高
0 {9 H8 m' K8 L! z工作频率为100 kHz。滤波器A和B可以采用内部时钟，
% n! o3 g8 D, I  n- ~* N* [也可以采用外部时钟。外部时钟分别从芯片的引脚
CLKA、CLKB引入，对外部时钟无占空比要求。如果要
$ X$ H3 z$ r& M0 s对更低频率的信号进行滤波处理，可采用MAX260芯
片，它的工作频率为0．01～7．5 kHz。输入的低频信号可
+ V" Q6 A4 v' L以直接送到MAX260芯片的输入端(即INA或INB引
1 `; x& t3 O  F( w: g8 a$ i, F脚)，输入信号的幅度范围为OV～+5V。
  T+ i" z( T1 H: M) ?* `MAX262芯片有3个编程参数：中心频率而、9值和
工作模式。中心频率由编程数据加～巧控制，共64个不
同的二进制数据，每个数据对应一个时钟频率尼腩与中
心频率而的比值．厶／．届。Q值由编程数据Q。～Q，控制，共
% P% h, C: \& z; i5 l- s4 {128个不同的二进制数据，每个数据对应一个p值，最
小的p值为O．5，最大的9值为64。工作模式由编程数据
" q! G9 h! L+ ]1 H0 O5 I眠、肘。控制，分别对应工作模式1、2、3和4。模式1和模
( h! T% d0 J  P' g4 O! y式2可以实现低通、带通和带阻滤波，只是该模式可以
获得最高的p值；模式3是唯一可以实现高通滤波的模
式：而只有模式4才能实现全通滤波，它和模式3也可以
  V; C7 D2 `: F' N* s实现低通和带通滤波。在一些文献中给出了MAX262
芯片的氏／．届与编程数据R～凡以及编程数据Qo—Q，与Q
# j# b/ w  w5 S& C7 G* J, H值的对应关系。
$ ?" z! w& S/ d4 q: w0 B2 s在系统实现时，可以采用查表的方法获得编程数
: H, G& B  w) S据，也可采用本文提供的计算方法来获得编程数据R～
; D4 R& K! c8 m( p- k- \; y5 m凡。编程参数内、p值和工作模式确定以后，只要将相
* v* b4 t8 {8 r; E; U1 l& o. `应的编程数据装人MAX262芯片内部的寄存器，滤波
) O% ?, Y; r& o6 a3 ^4 S$ s" y- @器的类型和频率特性也就确定了。
7 Y/ H, Q% x. c) l! [, s, Y1 u- _(2)编程数据获得方法。MAX262的地址A。~A，与
% ~0 d$ A/ Z4 {数据Do~D，的关系见表2。表中每个滤波器的工作模式、
中心频率、p值所需编程数据均需要分8次写入
MAX262的内部寄存器才能完成设置。
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xygongkui

输入信号的幅度范围为OV～+5V。不错，是宽压的