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
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
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。

5 R% g" H" R  c4 K- r' q3 f& `4 i引言一
/ E$ @4 m, U! C. G在拾取传感器信号中，有两个问题需要解决：(1)传
' s: A0 p  Z3 y- B* f( H+ _- N感器信号的幅度小，一般只有仙V加V级。(2)拾取信号的
动态范围宽，有时会出现信号干扰源掩盖有用信号的情
8 m& @: d* u3 e: H- o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
MOS工艺的迅速发展，可编程的增益可控的放大器和单
+ ?, _3 m9 X/ c0 r# `0 H' c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
PGA202／203是一个单片增益可控的双端输入仪
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×
9 n: V3 T. g, x) S( ?4 a1 E1 B1、×2、×4、和×8，两者都是F丌输入，并包含跨导电路，
( e5 ^+ x& s+ R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。
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。
7 N6 {8 w, ?' l! L( b8 o在实际的使用中，通常采用PGA202和PGA203组
6 L  [4 Z) b0 ?8 f. T* Y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
' `$ ?7 M% o! P1 P# M% i* W倍数与逻辑电平的关系如表l，由于PGA202／203的输
& S6 H" ?2 ^9 P- Y入阻抗非常高，因此在使用时需加偏置电流回路。
+ {/ |; m2 b2 M2 f2单片集成开关电容滤波器
% z% }0 M$ W3 E. {随着MOS工艺的迅速发展，由美信公司(MAXIM)
" L1 ~& N; A* t2 {% d5 \生产的可编程滤波器芯片MAX262可以通过编程对各
1 T) h. |; v/ M' W种低频信号实现低通、高通、带通、带阻以及全通滤波
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
$ E; R# _% r: t! y) b2 B波器电路需要有较大的电容和精确的RC时间常数而
# Y* w- J4 K6 S. D% y且设计和调试都比较麻烦的难题。
(1)MAX262的内部结构。MAX262主要由放大器、
积分器、电容切换网络(SCN)和工作模式选择器组成。
/ I" e3 k# U) C. B. p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
3 n4 p6 d, _* ^部有两个二级滤波器．滤波器A和B可以单独使用，也
可以联成四阶滤波器使用。芯片的使用非常灵活，但它
5 b; B! w/ b. f+ R* l4 \4 @们均受同一组编程数据的控制。
2 w" Y9 l% d9 TMAX262芯片的工作频率为1～140 kHz。当时钟频
7 o# O$ S' c  P" x8 m7 l" u率为4 MHz，工作模式选择为模式3时，芯片可以对140
# p0 Y4 v7 G; @+ \2 ^: r' RkHz的输入信号进行滤波处理。其它工作模式的最高
; s4 ^' u  ]6 B: |工作频率为100 kHz。滤波器A和B可以采用内部时钟，
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
% N4 E; ~5 I) K3 {1 n; l  R对更低频率的信号进行滤波处理，可采用MAX260芯
% [0 ~, Z4 i) i9 l  {( b1 _; P$ R片，它的工作频率为0．01～7．5 kHz。输入的低频信号可
. c5 n4 D: I, ]8 F+ \以直接送到MAX260芯片的输入端(即INA或INB引
% o8 _/ B8 D+ h/ Z( v- L4 n脚)，输入信号的幅度范围为OV～+5V。
$ e2 L' e# a; F5 dMAX262芯片有3个编程参数：中心频率而、9值和
' C  J( i% f: l1 y- J* t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
' }' r( E5 s# T  F( m) l心频率而的比值．厶／．届。Q值由编程数据Q。～Q，控制，共
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
8 A6 P* }6 S# U( C/ k6 \" s! ]眠、肘。控制，分别对应工作模式1、2、3和4。模式1和模
% \' h" ]1 x: b3 M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
) R1 r+ e" v4 ]+ [, L* [式：而只有模式4才能实现全通滤波，它和模式3也可以
: ?5 y4 I. M) E! N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
值的对应关系。
. F7 T) S6 f5 ?( D( Q) }在系统实现时，可以采用查表的方法获得编程数
5 n) |/ A7 {* e4 t4 a8 C据，也可采用本文提供的计算方法来获得编程数据R～
凡。编程参数内、p值和工作模式确定以后，只要将相
* ?; L3 l6 V% Z, K6 h! y应的编程数据装人MAX262芯片内部的寄存器，滤波
器的类型和频率特性也就确定了。
9 c8 e3 K' F: ~. J  B7 b(2)编程数据获得方法。MAX262的地址A。~A，与
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。
; [  Z7 I# P- W/ M' v! a3 S# b

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输入信号的幅度范围为OV～+5V。不错，是宽压的