基于单片机控制的程控有源滤波器电路

程控滤波部分采用可编程控制的滤波器芯片MAX262来实现。MAX262是MAXIM公司推出的CMOS双二阶通用开关电容有源滤波器，它无需外围元件即可构成多种低通、高通、带通、带阻等滤波器。用MAX262设计滤波器时主要是设计5个参数，时钟频率fCLK；中心频率f0，以及对应的编程系数Nf；品质因数Q，以及对应的编程系数Nq。其中fCLK由外部晶振频率决定。这5个参数之间是有相互关系的，计算起来很复杂，为了提高设计效率可用MAXIM公司为MAX262滤波器提供的专用设计软件来计算。在计算f0和Q时应选择不同的工作模式。 《基于单片机控制的程控有源滤波器电路》 有源滤波器在电子工程领域中占据着重要地位，特别是在数字信号处理、通信和自动控制等应用中。然而，设计一个可变宽频带的有源滤波器是一项挑战。本文将探讨一种利用单片机控制的程控有源滤波器电路，特别是基于MAX262滤波器芯片的设计方法。 开关电容有源滤波器是这种技术的核心。其基本原理是通过高速开关的电容器替代传统的电阻，形成一个等效的电阻，进而构建各种类型的滤波器。例如，一个简单的有源RC积分器可以被转换为开关电容形式，通过切换电容器的连接状态来实现积分操作。当开关按照特定时钟频率交替工作时，电荷在电容之间转移，从而改变滤波器的频率响应。时钟频率fCLK高于信号频率，且可以通过调整电容比例和时钟周期来改变滤波器的截止频率。 MAX262是由MAXIM公司生产的双二阶通用开关电容有源滤波器，内置两个独立的二阶滤波器单元和一个运算放大器。该芯片提供灵活的工作模式设定，用户可以通过D0D1、A0~A3端口在WR上升沿写入指令来配置滤波器的工作模式、中心频率fO和品质因数Q。中心频率fO的范围从1 Hz到140 kHz，而fCLKA和fCLKB为外部时钟输入，通常为fO的几十到几百倍。滤波器的工作模式包括低通（LP）、带通（BP）、带阻（NP）、高通（HP）和全通（AP）等，通过D0D1的不同组合来选择。 在设计程控有源滤波器硬件电路时，通常会使用单片机，如89C51，配合其他辅助器件如8279键盘显示器和8254可编程计数器。8254提供精确的时钟频率，以满足MAX262的需求。通过这种方式，用户可以根据需要调整滤波器的参数，如设置低通滤波器的截止频率fc，并确保在2fc处的幅频特性下降至少10 dB。同样，高通滤波器的fc设置及其性能要求也通过类似的计算和配置实现。 以二阶低通滤波器为例，其传递函数为GL(s)=HOLP[(ω0/(s^2+2ω0/Q+ω0)]，其中HOLP为直流增益。通过调整品质因数Q，可以控制截止频率fc和在2fc处的幅频特性。同样，对于高通滤波器，也可以通过调整Q来达到期望的性能。 基于单片机控制的程控有源滤波器电路通过使用MAX262等可编程滤波器芯片，实现了灵活的滤波器设计，能够适应不同应用场景的需求。结合开关电容技术和单片机的智能控制，这样的电路为信号处理提供了强大的工具，极大地扩展了滤波器的适用范围和设计自由度。