



免费预览已结束,剩余1页可下载查看
下载本文档
版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领
文档简介
基于MSP430和MAX262程控滤波器的设计与实现 导读: 在电子系统中,滤波器是数据采集、信号处理等方面不可缺少的重要环节,如信号采集前的噪声滤除,DA转换输出的“阶梯状”滤波等等。一般的有源滤波器由运算放大器、RC元件组成,但这种滤波器的截止频率、Q值等参数都是固定不变的,在某些信号频率动态范围较宽的场合就不适宜使用。 o 关键字 在电子系统中,滤波器是数据采集、信号处理等方面不可缺少的重要环节,如信号采集前的噪声滤除,DA转换输出的“阶梯状”滤波等等。一般的有源滤波器由运算放大器、RC元件组成,但这种滤波器的截止频率、Q值等参数都是固定不变的,在某些信号频率动态范围较宽的场合就不适宜使用。因此,有必要采取多种截止频率的滤波器,如程控滤波器,对动态范围较宽的信号进行滤波。美国Maxim公司生产的可编程滤波器芯片MAX262可以通过编程进行各种参数的设置,实现低通、高通、带通、陷波等处理,且滤波的特性参数如中心频率、品质因素等,均可以通过程序设置。本文介绍以低功耗单片机MSP430F449为控制核心,通过凌特公司数字频率源芯片LTC69034产生时钟信号精确控制MAX262,以及其与外围电路构成能实现多种功能的新颖滤波器系统的设计。本设计最大特点在于数字频率源LTC6903与MAX262的结合使用,以及MSP430具有的低功耗功能,当系统超过一定时间没信号输入时程序可以自动关闭CPU进入节能省电模式。1 系统设计方案系统方案设计如图1所示,VCA810程控放大器作为信号输入的前级放大,其增益由单片机控制DA芯片TLV5616输出电压来调节,步进精度可达1 dB,范围在-4040 dB。滤波模块以可编程芯片MAX262作为核心,通过单片机MSP430和LTC69034程控时钟信号芯片进行截止频率的低步进调节以及品质因素的智能控制。图1 系统设计原理框图本设计的特点之一在于MSP430具有低功耗性能,当系统末级超过一定时间没有检测到信号输入时,程序将自动关闭CPU并处于低功耗状态,直到有信号输入为止。这样的设计能使系统更为节能,防止无用地消耗能源。此外,系统附加了幅频特性测试模块,扫频信号由AD公司的AD9851来产生,频率步进精确到1 kHz。当信号从被测网络输出后通过AD637检测到有效值,再采用MSP430F449内部集成的AD模块进行采样处理,最后驱动双口DA在液晶显示幅频特性曲线。2 硬件电路2.1 前级放大模块系统前级采用VCA810程控放大芯片,该芯片具有-4040 dB增益连续可调的放大功能,其增益可由单片机控制DA芯片TLV5616输出电压Vc给VCA810的3号引脚来调节,具体增益与电压的关系为:G(db)=-40·(Vc+1)dB。如图2所示,信号输入系统经过同相放大后输出给后级,由于VCA810具有较宽的增益调节,对输入信号幅度要求较小,可以根据实际的信号大小来控制放大器的增益倍数,因此本系统可以用于小信号的滤波。此外,VCA810的带宽为25 MHz,故输入的信号可以达到较高的频率,大致可实现宽带的放大滤波功能。在调试过程中,由于VCA81 0控制引脚对噪声要求较高,尤其3号GAIN引脚对电压波动范围需要在mV级别以内,因此必须在靠近VCA810的3号脚加上钽电容10F与0.1F并联进行去耦,否则输出的信号效果比较差。图2 前级VCA81程控放大电路2.2 滤波叠模块MAX262具有A、B两个二阶开关电容有源滤波器,它由单片机精确控制滤波函数即可构成低通、高通、带通、带阻等滤波器,且有外围电路少、功能强大的优点。MAX262可在程序控制下设置中心频率fo,品质因素Q以及滤波器的工作方式。截止频率调节可有两种方式,方案1是固定fCLK与fo的比率,改变fCLK来调节;方案2是外部电路采用固定晶振给CLK时钟,改变fCLK与fo的比率关系来调节。由于系统要实现低步进调节,故采用前者方案。图3 MAX262模块外围电路图如图3所示,为了得到稳定的时钟信号源,本设计采用凌特公司LTC69034产生可控的时钟信号给MAX262的CLKA与CLKB引脚。其输出时钟频率由以下公式决定;f=2oct207 8(2-DAC1024)Hz。由于LTC69034输出频率步进精度高,时钟信号幅频非常稳定,在高频段可达到10kHz的步进。假设需要固定MAX262的fCLK与fo比率为100.53倍关系,故滤波器截止频率可在100Hz40kHz之间以100Hz为连续步进调节。此外,在调试过程中发现若直接将MSP430控制信号与MAX262连接,会对滤波器输出信号带来较大的噪声影响,因此在本设计中在MSP430与滤波器之间加上一级74HC573作为缓冲器,片选引脚OE由WR来控制,这样滤波器输出的信号效果得到了大大改善。 2. 3 幅频特性测试模块本系统附加了幅频特性测试扩展功能。如图4所示为该模块的原理框图。当选择幅频特性测试菜单后,MSP430驱动DDS集成芯片AD9851产生正弦信号进行扫频,经过被测网络后再由有效值检测电路进行测量。由于二极管峰值检波电路在低频段无法测试,故本设计采用集成芯片AD637进行有效值检波,该芯片可在较低频率段精确测量,最高频率可达到8 MHz,完全满足设计要求,检波模块输出后经过单片机内部集成AD模块采样后,再由MSP430驱动双口DA芯片TLV5618输出并在液晶显示幅频特性曲线。图4 幅频特性测试模块原理框图3 软件设计本系统设计的软件流程如图5所示,上电后MSP430开始从系统末级通过AD采样判断是否有信号输入。当经过一定时间仍没有信号时,程序将关闭CPU,进入低功耗模式;若测得有信号输入则利用单片机驱动液晶显示Mode功能菜单,等待输入选择滤波器类型、前级程控放大器增益倍数以及滤波器的Q值、截止频率等各种参数,通过计算后对MAX262传输中心频率与品质因素数据。若用户开始菜单选择幅频特性测试仪,则由MSP430程序驱动AD9851产生扫频信号,经过被测网络后再由MSP430F449内部集成AD模块采样有效值AD637的输出,通过计算并显示采样结果,得出幅频特性曲线,并在液晶上显示。图5 系统设计的软件流程4 系统性能测试1)幅频特性测试模块性能测试单片机控制9851产生扫频信号,通过示波器观察滤波器幅频特性,将实测结果与幅频特性测试模块所得到的结果相比较,截止频率在100 Hz40 kHz之间幅频特性测试误差在1以内。2)Q值调节测试Q值可由编程数据Q0Q7控制,每个数据对应一个不同的Q值,在100 Hz40 kHz之间设置不同的截止频率,改变编程数据Q0Q7,然后通过幅频特性测试算得Q值与理论值误差在2以内。3)截至频率控制性能测试通过改变MAX262的时钟信号频率fCLK和频率控制字N来实现,设N为固定值,则截止频率由时钟频率fCLK决定,fCLK由MSP430单片机控制数字频率源LTC69034产生。经试验证明,LTC69034输出频率步进精度高,在高频段也可以达到10 kHz的步进,固定MAX262的fCLK与fo比率为100.53倍关系,测得滤波器的截止频率可以在100 Hz40 kHz之间以100 Hz为连续步进调节,误差小于1。4)功耗测试在实际电路系统功耗测试,整个系统在工作状态下功耗小于60 mW,低功耗模式下功耗小于10 mW,极大地降低了系统功耗。此款低功耗程控滤波器满足手持式装置的低功耗要求,因此在现实设备中具有较大的应用前景。5 结束语本系统基于MSP430F449单片机完成对可编程滤波器MAX262的控制,能很好地实现各种有源滤波器的设计工作。这种程控滤波器使用灵活、工作稳定、信号输出效果好,使用者可根据实际需要自行设置滤波器的Q值、截止频率、工作方式等。系统采用LTC69034可控时钟芯片,让滤
温馨提示
- 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
- 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
- 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
- 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
- 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
- 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
最新文档
- 2025年制造业供应链JIT模式与物流协同物流供应链管理考核试卷
- 个人信用信息安全使用承诺函4篇
- 2025年智能网联汽车电池热管理系统考核试卷
- 2025年互联网行业元宇宙营销水平考试-虚拟商场中的品牌店铺设计与用户流量引导考核试卷
- 2025年制造业高端装备研发能力考核试卷-医疗装备智能维护
- 难点解析人教版八年级物理上册第6章质量与密度-密度综合训练试卷(含答案解析)
- 重难点解析人教版八年级物理上册第4章光现象-光的色散专题测试试题(含答案及解析)
- 难点解析-人教版八年级物理上册第6章质量与密度-密度专题攻克练习题(含答案详解)
- 重难点解析人教版八年级物理上册第5章透镜及其应用-5.5显微镜和望远镜达标测试试题(含解析)
- 2025年建筑工地智能监控系统合同协议
- 2025年下半年四川广元青川县招聘事业单位工作人员18人重点基础提升(共500题)附带答案详解
- 2025江西吉安市国资委出资监管企业外部董事人选招录6人备考考试题库附答案解析
- 人教版五年级数学上学期第三单元 小数除法综合提优卷(A)(含答案)
- 大庆市2025黑龙江大庆市机关事务服务中心所属事业单位选调工作人员10人笔试历年参考题库附带答案详解
- 电动机的PLC控制编程实例说课稿-2025-2026学年中职专业课-电器及PLC控制技术-智能设备运行与维护-装备制造大类
- 国企改革培训课件
- 2025年中国移动室分设计优化工程师招聘面试题库及答案
- 2025-2026学年粤教花城版(2024)小学音乐一年级上册教学计划及进度表
- 医院装修工程危险源辨识与安全措施
- 河南省委党校在职研究生入学考试真题及答案
- 服装搭配手册指南
评论
0/150
提交评论