基于MAX262的程控滤波器设计毕业设计论文Word文件下载.docx

基于MAX262的程控滤波器设计毕业设计论文Word文件下载.docx

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Thisdesignisaimedatchangingtheshortcomingoftraditionalfiltersthattheperformanceindexisrelativelyfixedandtheprecisionisrelativelylow.WiththeideaofSwitchedCapacitorFilterdesignandthedigitalcontrolprocessing,thisprojectcanreduceuncertainfactorssuchasfactitioushardwaredesigningprocedures.Thisdesigncaneffectivelysolveengineeringproblemssuchasreliability,intelligentizingandproductconsistency,andgreatlyimprovetheproductionefficiencyandproductmaintainability.Itmayhavecertainvalueinapplications.

Keywords：

MCUDDSLow-passFilteringProgrammableFilter

第一章绪论

1.1研究的背景和意义

电子滤波器是一种可执行信号处理功能的电子线路元件或装置，它具有去除信号中不想要的成分或者增强所需成分的功能。

电子行业的许多应用场合都要用到电子滤波器，并且对滤波器的要求也越来越高。

比如测量系统从传感器拾取的信号中，往往包含有噪声及许多与被测量无关的信号，并且原始的测量信号经传输、放大、变换、运算及各种其他的处理过程，也会混入各种不同形式的噪声，从而影响测量精度。

这些噪声一般随机性强，很难从时域中直接分离，但限于其产生的机理，其噪声功率是有限的，并按一定的规律分布于频域某一特定的频带中。

因此，信号分离电路一般采用电子滤波器实现噪声的抑制，提取所需的测量信号。

但是一般系统中采用的滤波器的形式和截止频率往往是固定的，很难做到可调，这就给系统的设计带来一定的不便。

其次，传统滤波器在工作时产生的误差会影响整个系统的精确度。

由于低精度的滤波器在使用时会造成很多不良后果，世界各国纷纷对滤波器提出了不同要求并制定了一系列的产品精度标准。

随着经济全球化的发展，满足国际标准的产品才能获得好的市场。

传统滤波器功能单一，调节精度不高，用户使用人机界面不友好，而且性能指标经常跳变，使用麻烦。

目前，随着集成电路技术的发展，已有高阶专用的开关电容滤波器芯片，但其价格高，电路噪声也不尽如人意，此外其还存在信号混叠问题，设计使用时对设计者能力要求较高。

本课题程控滤波器系统是针对目前传统滤波器的不足提出的，辅以开关电容滤波器的设计理念，兼顾数字化的控制过程能够减少使用过程中的不确定因素和人为硬件设计参与的环节数，有效地解决相应模块中诸如可靠性、智能化和产品一致性等工程问题，极大地提高生产效率和产品的可维护性。

1.2课题的研究对象

开关电容滤波器是由受时钟信号控制的开关和电容器组成的滤波电路。

它是利用电荷的存储和转移来实现对信号的各种处理功能。

因此，开关电容滤波器的使用可以很好地解决滤波器的形式和截止频率固定的问题，即可由所需滤波函数产生相应带通、低通、高通、陷波和全通配置的滤波器。

目前，国外已批量生产了各种单片集成开关电容滤波器并可实现程控滤波的效果。

单片集成开关电容滤波器不需要添加外部元件即可实现相应滤波效果，并且可在微处理器的系统程序内设置滤波器中心频率

、品质因数

和滤波器所处工作方式的相应控制状态字以达到相应程控目的，进而实现不同类型的滤波器。

并且其滤波功能及实时性好、响应速度快，因此为广大用户所喜欢。

本课题源自于索尼杯2007全国大学生电子设计竞赛D题，要求设计基于MAX262的程控滤波器，其中微处理器选用8051架构处理器，步进时钟通过DDS芯片间接产生，辅以相应良好的人机交互界面（UI界面）构成硬件系统。

通过本次程控滤波器的系统设计，可以增强滤波器系统设计能力和发现问题、分析问题、解决问题的能力。

1.3论文的结构安排

论文各章的内容安排如下:

第一章是绪论部分，介绍论文选题的背景，论文的主要研究对象和结构安排。

第二章介绍滤波器原理，并着重介绍开关电容型滤波原理。

第三章介绍介绍程控滤波器总设计方案论证，其中包括各个模块设计方案综述。

第四章介绍本课题系统硬件各模块设计与实现。

第五章介绍本课题系统软件各模块设计与实现。

第六章介绍本课题测试方案与测试结果。

第二章滤波原理概述

2.1滤波、滤波器的概念

滤波就是将多种频率的信号经过处理得到想要的特定频率的信号，即将有用的信号中的杂波信号滤除，或者是将多种信号中的特定频带保留。

滤波器就是利用一些特殊元器件的特性，将有用信号取出，所以滤波就出现早期的RC滤波、LC滤波及混合滤波的概念。

2.2滤波器的分类

自从滤波器登上了历史舞台，滤波器的设计结构思路也经历多次演变，进而产生不同设计分类。

根据滤波器的特性和应用场合及结构形式等可以有如下的不同分类方法：

（1）从设计功能上分为：

低通、高通、带阻、带通、全通。

（2）从设计方法上来分为：

切比雪夫滤波器、巴特沃兹滤波器、贝塞尔滤波器等。

（3）从处理信号上来分为：

经典滤波器、现代滤波器。

（4）从处理信号形式上分为：

数字滤波器，模拟滤波器。

其中数字滤波器、模拟滤波器又可细分为：

（1）从数字滤波器实现方法上又分为：

FIR、IIR。

（2）从模拟滤波器实现方法上又分为：

有源滤波器，无源滤波器。

2.3滤波器的原理

2.3.1三种典型滤波器概述

2.3.1.1巴特沃兹滤波器

巴特沃兹滤波器具有尽可能平坦的通带幅度响应。

截止频率的衰减设计为-3dB。

高于截止频率的频带衰减具有适中的斜率——20dB滚降每十倍频程每极点。

巴特沃兹滤波器的脉冲响应具有适当的过冲及振铃。

2.3.1.2切比雪夫滤波器

切比雪夫滤波器与巴特沃兹滤波器相比，此类型的滤波器在通带以外的衰减更为陡峭——该优点是以牺牲通带内的幅度变化量为代价的。

与巴特沃兹及贝赛尔响应不同，切比雪夫滤波器的截止频率定义为响应滚降至低于纹波带的频点。

对于偶数阶滤波器而言，所有纹波均高于0dB增益的直流响应，因此截止频点位于0dB衰减处。

对于奇数阶滤波器来说，所有的纹波均低于0dB增益的直流响应，截止频率则定义为低于纹波带最大衰减点。

在极点数量一定时，增加通带纹波可实现更陡峭截止。

相对于巴特沃兹滤波器而言，切比雪夫滤波器的脉冲响应具有更大的振铃。

2.3.1.3贝赛尔滤波器

贝赛尔滤波器也称为汤姆逊型滤波器。

由于其线性相位响应特性，使得此类滤波器具有最优的脉冲响应性能。

对于给定的极点数量而言，贝赛尔的幅频响应并不如巴特沃兹平坦，-3dB截止频率以外频带的衰减也不如巴特沃兹陡峭。

尽管须采用更高阶的贝赛尔滤波器来逼近给定的巴特沃兹滤波器的幅频响应，但考虑到贝赛尔滤波器的脉冲响应保真度，增加一定的设计复杂性也是物有所值的。

2.3.2三种典型滤波器滤波特性对比

2.3.2.1巴特沃兹滤波器

优点：

巴特沃兹滤波器提供了最大的通带幅度晌应平坦度，具有良好的综合性能。

其脉冲响应优于切比雪夫，衰减速度优于贝赛尔。

缺点：

阶跃响应存在一定的过冲及振荡。

2.3.2.2切比雪夫响应

与巴特沃兹相比，切比雪夫滤波器具有了更良好的通带外衰减。

通带内纹波令人不满，阶跃晌应的振铃较严重。

2.3.2.3贝赛尔响应

贝赛尔滤波器具有最优的阶跃响应——非常小的过冲及振铃。

与巴特沃兹相比，贝赛尔滤波器的通带外衰减较为缓慢。

2.4滤波器设计方法的演变

（1）设计无源滤波器

无源滤波器可以设计为无源RC滤波器、无源LC滤波器等，主要使用相应无源元器件实现滤波电路，具体设计电路示意图如下图2-1所示：

图2-1无源滤波示意图

无源滤波网络多以分离元件组成，不易大规模集成。

（2）设计有源滤波器

有源滤波器的结构组成：

由无源元器件（例如：

电感、电容、电阻等）及有源放大器等组成的有源网络，具体设计电路示意图如下图2-2所示：

图2-2有源滤波示意图

有源滤波网络多以分离元件与小规模集成运放组成，不易大规模集成。

（3）开关电容型滤波器

开关电容型滤波器由MOS电容、电子开关和有源放大器等组成。

值得一提的是开关电容型滤波器性能更像数字滤波器，具体设计电路示意图如下图2-3所示：

图2-3开关电容型滤波器示意图

滤波网络多以MOS管、电子开关、小规模集成运放等组成，易实现大规模集成。

（4）数字滤波器

数字滤波器的设计一般方法为:

由MATLAB工具软件设计数字滤波器达到预期效果后,并在DSP上或FPGA上实现。

其中数字滤波器的基本硬件模块可以采用加法器、乘法器、延时器等基本硬件结构设计实现。

近年来开始使用FPGA实现数字滤波器已成为趋势，具体设计电路示意图如下图2-4所示：

图2-4使用FPGA设计数字滤波器示意图

由于本课题为设计使用开