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
7 h: E5 E9 U+ z" ?7 k1 V& k0 g. h/ ?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。
% P6 W; R1 Z+ X0 g' ~4 r
引言一
. H6 a1 {1 `. n+ C$ I8 w" _7 T/ {在拾取传感器信号中，有两个问题需要解决：(1)传
- Y% r7 n+ I0 o# ?3 H感器信号的幅度小，一般只有仙V加V级。(2)拾取信号的
0 Y2 m" S4 n7 v. s2 C; I0 c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
MOS工艺的迅速发展，可编程的增益可控的放大器和单
片集成的开关电容滤波器的选择就成了首选。
3 m, m& O# q" W; b" j$ D4 h$ E1 程控仪用放大器PGA202／203
0 _/ d/ Q$ h9 q6 B! }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×
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
/ F' k7 U) X/ U8 J) N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。
0 F0 U3 ~1 k; N  @在实际的使用中，通常采用PGA202和PGA203组
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
( i/ o1 }/ T- I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。
; m0 h/ A  m. d' G( P2单片集成开关电容滤波器
随着MOS工艺的迅速发展，由美信公司(MAXIM)
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
8 B; m* @$ v9 I6 p& x' x' s# t3 ^3 B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
9 c& N' W6 S4 r& n1 {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。
(1)MAX262的内部结构。MAX262主要由放大器、
3 F8 e9 a0 u- \) E: d/ h: O0 V积分器、电容切换网络(SCN)和工作模式选择器组成。
( x2 ?4 U% _/ Z& u. u6 c/ ^  Q积分器、电容切换网络(SCN)和工作模式选择器分别
6 S2 d  ?. y6 F+ \5 L* L; R0 A' V! y由编程数据M0一M1，F0一F5和Q0～Q6控制。MAX262内
* E+ w. S. s: R- c部有两个二级滤波器．滤波器A和B可以单独使用，也
+ \4 w( e. Z. {' T/ [9 ?可以联成四阶滤波器使用。芯片的使用非常灵活，但它
4 D. W) ]5 @8 ?, b- |们均受同一组编程数据的控制。
6 @' v7 m: M5 I8 G+ c# SMAX262芯片的工作频率为1～140 kHz。当时钟频
1 ]& j: J7 R+ k1 i* d2 _! c( P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
) G. H3 B8 M) I0 j" m工作频率为100 kHz。滤波器A和B可以采用内部时钟，
% W8 f5 p0 `5 V+ x- B8 t1 j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
对更低频率的信号进行滤波处理，可采用MAX260芯
" i8 ?+ m' n' h% |; d片，它的工作频率为0．01～7．5 kHz。输入的低频信号可
以直接送到MAX260芯片的输入端(即INA或INB引
' H: y) N& O8 a6 P1 K5 G脚)，输入信号的幅度范围为OV～+5V。
MAX262芯片有3个编程参数：中心频率而、9值和
8 S- \  _3 t' y! X工作模式。中心频率由编程数据加～巧控制，共64个不
# `- p$ v% M( g3 B" L2 n7 Y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
' b( D/ W2 y# T7 Y" d9 p128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
0 ]6 C0 A/ y  c0 y. `眠、肘。控制，分别对应工作模式1、2、3和4。模式1和模
式2可以实现低通、带通和带阻滤波，只是该模式可以
. T6 y2 v  Q% f8 f/ R$ m获得最高的p值；模式3是唯一可以实现高通滤波的模
% _# z4 r7 t4 O式：而只有模式4才能实现全通滤波，它和模式3也可以
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
" v% w' L* E0 G3 k1 W- }值的对应关系。
7 z/ s! D/ A3 T; |2 c( D" z+ @1 Q在系统实现时，可以采用查表的方法获得编程数
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
$ G* b8 t" L# \7 a: X8 @应的编程数据装人MAX262芯片内部的寄存器，滤波
  y' z8 ]8 H1 I5 Z& {器的类型和频率特性也就确定了。
0 m5 S  g- h% L8 p" L& A+ {3 |(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、
2 Z# n: b' M6 J/ o( v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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. m1 Z' o% J# h5 K) T( C
; e3 }' A+ d* u$ u  Z+ I

xygongkui

输入信号的幅度范围为OV～+5V。不错，是宽压的