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。

引言一
3 ?# b& \8 E- f在拾取传感器信号中，有两个问题需要解决：(1)传
' F3 L0 \: b+ U6 M. M- t$ k6 J! A感器信号的幅度小，一般只有仙V加V级。(2)拾取信号的
; Y& m. m. A  P" o* E$ f动态范围宽，有时会出现信号干扰源掩盖有用信号的情
$ ~9 Q4 R" Y! f8 c* Z" _况。为了提高测量精度，同时能够有效地抑制干扰信号，
2 J1 F/ \7 d2 y9 X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
8 C! S  J! c7 h7 j8 `片集成的开关电容滤波器的选择就成了首选。
/ M+ c& I5 U$ E* F% R1 程控仪用放大器PGA202／203
8 H+ p% l# @6 `# \  |1 [PGA202／203是一个单片增益可控的双端输入仪
2 y. |/ V) X$ u! v用放大器。图1给出了其内部电路结构。PGA202的编程
' h( C% C- C. T9 J$ {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，
: t7 E# ]% G# ^* @/ R6 s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。
% j& a5 F; w% |) ]该器件可广泛用于自动量程可控电路、数据采集系统
' b2 M/ @, a- C4 d2 z9 X( i) t和远距离测量仪器当中。
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
# G9 r. u$ E0 w$ [# T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。
2单片集成开关电容滤波器
+ n+ O3 X+ J$ p7 v* H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
处理，而且滤波的特性参数如中心频率、品质因数等都
! @( O" @* ~' D9 X3 d; e可以通过编程进行设置。这样就避免了传统的有源滤
- J9 f: D* v' F波器电路需要有较大的电容和精确的RC时间常数而
9 U8 c9 j# w( E. W$ l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。
# r  s2 T* s9 [; h( J. O积分器、电容切换网络(SCN)和工作模式选择器分别
& U7 i: i1 y' Z* A% a" X7 O2 e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
$ A3 Y# J9 U4 w: e/ F可以联成四阶滤波器使用。芯片的使用非常灵活，但它
' g/ n3 s% @( |  b3 q! w7 F们均受同一组编程数据的控制。
MAX262芯片的工作频率为1～140 kHz。当时钟频
率为4 MHz，工作模式选择为模式3时，芯片可以对140
  v4 P& a. I+ q- @7 |8 m/ o' DkHz的输入信号进行滤波处理。其它工作模式的最高
工作频率为100 kHz。滤波器A和B可以采用内部时钟，
7 @% `2 L: Y' z: v# j' z* H( t/ R! @也可以采用外部时钟。外部时钟分别从芯片的引脚
2 k4 d- j- X& b7 B- c6 L, L" t( u/ |2 S( ECLKA、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
) j. {! [: Z  e0 g5 u1 u. [( }片，它的工作频率为0．01～7．5 kHz。输入的低频信号可
3 Z4 S5 j5 |& O以直接送到MAX260芯片的输入端(即INA或INB引
8 w' s  `4 T9 P# ]7 w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
工作模式。中心频率由编程数据加～巧控制，共64个不
; ?7 L9 h9 T" t# ^/ {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
128个不同的二进制数据，每个数据对应一个p值，最
0 d2 O3 C, i0 q- r$ V小的p值为O．5，最大的9值为64。工作模式由编程数据
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
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
实现低通和带通滤波。在一些文献中给出了MAX262
# Z# w1 X; }9 o# n0 k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。
+ H' }$ D; x# F% n) n" r在系统实现时，可以采用查表的方法获得编程数
8 e6 C% R5 c; M0 T: R5 F" a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
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。
(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
# @3 s8 ~; x. X+ GMAX262的内部寄存器才能完成设置。

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8 B6 a& F; v$ {/ k1 g6 @, G. p

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; J2 U9 t; F+ H: C( m, c7 V

xygongkui

输入信号的幅度范围为OV～+5V。不错，是宽压的