网站原创摘 要 本文介绍了一种以单片机作为控制核心,采用OP27和MAX262芯片分别构成放大电路及滤波电路,实现的微弱输入信号高精度数字程控滤波器设计方法.
关 键 词 程控滤波器；微弱信号；单片机；放大电路
中图分类号 TN713 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)101-0176-01
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滤波器可允许一部分频率的信号通过,而抑制另一部分频率的信号,它在数据采集、信号处理和通讯系统等领域具有重要作用[1].采用电阻、电容及运放等模拟分立元件,并通过模拟开关选取不同的阻值以实现截止频率的改变,其缺点是采用模拟器件的元件参数分散性较大,截止频率精度不高,当要求较多时,所需模拟开关必然很多,电路复杂,不能很好地实现选频智能化功能,尤其对于微弱信号很难实现精确滤波.因此,本文提出了一种采用程控放大和滤波器集成电路辅以简单的器件,可以快速转换放大器增益,并可通过软件更换截止频率轻易程控实现常用滤波器的功能,便于实现单片机控制,且具有高精度、高分辨率和低噪声的特点.
1.程控滤波器的系统原理
该系统的主要组成由单片机核心控制系统、程序放大电路、程序控制滤波模块和FPGA模块等几大模块组成.单片机实现对整个系统控制和协调,程控放大器对于微弱信号进行放大,程序控制滤波模块实现高通和低通滤波功能,FPGA为程序滤波模块提供精确地时钟频率,图1为程控滤波器系统原理图.
2.程序滤波器模块设计
程控滤波模块电路采用MAXIM的MAX262系列微处理器可编程通用有源滤波器,与普通模拟电路搭接的滤波器相比较,具有分布参数小、截止频率精度高、电路结构简单、便于CPU控制等优点.通过对滤波器的中心频率和品质因数的设置,本系统的程控滤波电路可方便地实现各种带通、低通、高通及全通滤波器的选择.程控滤波器模块硬件连接图如图2所示.
3.软件设计
程控滤波器软件设计流程图如图3所示.其中在“相应功能”模块部分,包括了根据输入微弱信号选择相应的放大倍数,再根据参数设置选择相应的滤波特性.
4.测试结果
将FPGA产生指定频率的测试信号送入待测滤波器的输入端,滤波器的输出端接YB4320G型示波器的输入端,检测接收到的信号是否符合预期的值.其测试结果如表1所示.