程控滤波器
程控滤波器
程控滤波器设计报告0.摘要：本系统由可控增益放大器、程控滤波器、信号发生部分、控制部分等组成。
可控增益放大部分以DAC7541为核心，实现了输出增益的动态调整。
滤波器部分采用四通道通用滤波器LTC1068实现了低通滤波、高通滤波截止频率和Q值可调。
频率特性测试仪用DDS做信号源。
以STM32单片机作为控制核心，以OCMJ4X8C液晶作为显示部分，实现了增益和截止频率的预置，并实现功能测试和显示。
系统性能达到了设计要求，安全可靠，用户界面良好。
关键字：程控滤波器 DAC7541 LTC1068 STM32 OCMJ4X8C液晶一．方案论证与比较根据题目要求，本系统设计主要包括：可控增益放大器、程控滤波器、幅频特性测试仪等部分构成。
1.1 可控增益放大器设计方案一：采用控制电压与增益成线性关系的可编程增益放大器PGA202、PGA03构成，此方案控制简单，但是PGA202、PGA203不能实现0dB到60dB的步进，需要一级调整增益电路，实现困难。
方案二：采用双运放LF353，带宽增益可以达到4MHZ，两级级联可以使电路增益达到60dB，采用继电器改变增益电阻阻值，实现10dB步进可调，基本要求可以实现。
但是由于电阻阻值误差，精度可能达不到设计要求。
方案三：基于程控放大的基本原理，利用权电阻式DA电阻网络，通过改变DAC7541权电阻网络的值对电阻进行控制实现程控衰减。
而在进入DA之前采用TI公司的INA128和OPA606对信号进行两级放大，将电压幅值放大1000倍。
通过改变DA控制字，可以达到程控放大的目的。
由于INA128很适合对小信号的放大，而OPA606具有较宽的频带宽度，所以能较好的实现对信号的放大。
同时DAC7541是十二位的DA转换芯片，其内部的电阻精度可以实现更小的程控步进（5dB）。
综上所述，本设计采用方案三。
1.2 程控滤波器的设计方案一：采用集成的开关电容滤波器如MAX262，开关电容滤波器可直接处理模拟信号，简化电路设计，容易实现功能。
MAX264中文资料及其程控滤波器电路图
MAX264中文资料及其程控滤波器电路图MAX264的结构及性能MAX264的结构MAX264的结构主要由两个独立的滤波单元、分频单元、f0逻辑单元、Q逻辑单元及模式设置单元等电路组成。
主要特性描述如下：1、滤波器设计软件化2、中心频率32阶可控3、Q值128阶可控4、Q值与f0独立可编程5、f0可达140KHz6、支持＋5V和士5V两种供电方式MAX264 的引脚说明芯片诸引脚功能如下（括号内数字为引脚号）：V+(10):供电正极, 并接旁路电容尽量靠近该脚V-(18):供电负极, 并接旁路电容尽量靠近该脚GND(19):模拟地CLKA(13):A单元元时钟输人, 该时钟在芯片内部被二分频CLKB(14):B单元时钟输人, 该时钟在芯片内部被二分频OSC OUT(20):连至晶体, 组成晶振电路(若接时钟信号时, 该脚不连)INA,INB(5,1):滤波器输人BPA,BPB(3,27): 带通输出LPA,LPB(2,28):低通输出HPA,HPB(4,26):高通、带陷、全通输出M0,M1(8,7):模式选择,+5V高，-5V低F0-F4(24,17,23,12,11):时钟与中心频率比值(FCLK/f0)编程端Q0-Q6(15,16,21,22,25,6,9):Q编程端。
对M0、M1两个管脚编程可使芯片工作于模式1、2、3、4几种方式,对应的功能如表1所示。
时钟与中心频率比值与编码对应如表2所示。
模式1:当我们要实现全极点低通或带通滤波器如切比雪夫、巴特沃斯滤波器时这种模式是很有用的, 有时该模式也用来实现带陷滤波器, 但由于相关零极点位置固定, 使得用作带陷时受到限制。
模式2:模式用于实现全极点低通和带通滤波器, 与模式1相比该模式的优点就是提高了Q值而降低了输出/f0是模式1的1/厂2（根号二分之一），这样就延宽了截止频率；噪声,该模下f clk模式3：只有该模式下可实现高通滤波器, 该模式下最高时钟频率低于模式1；模式4：只有该模式下才可以实现全通滤波器。
基于单片机的程控滤波器设计要点
摘要在电子电路中，滤波器是不可或缺的部分，其中有源滤波器更为常用。
一般有源滤波器由运算放大器和RC元件组成，对元器件的参数精度要求比较高，设计和调试。
也比较麻烦。
美国Maxim公司生产的可编程滤波器芯片MAX270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，且滤波的特性参数如中心频率、品质因数等，可通过编程进行设置，电路的外围器件也少。
本文设计并实现了由MAX270构成的程控滤波器电路设计和实现。
单片机AT89S52是控制程序的控制过滤器的核心。
通过单片机控制继电器的吸合来控制增益电阻的连接进而实现了增益的0dB到60dB每10dB步进可调；通过单片机控制二阶低通程控滤波器MAX270，完成了在-3dB时截止频率fc在1kHz～20kHz范围内可调的低通滤波器的设计，调节截止频率步进为1kHz，并用LCD来显示设置参数。
应用Matlab计算椭圆滤波函数的传递函数，建立电路网络，设计出了四阶椭圆低通滤波器。
关键词：程控滤波器可编程滤波器芯片单片机ABSTRACTIn the electronic circuit, the filter is the indispensable part. Especially the active filter is used more commonly. Generally the active filter is composed of the operational amplifier and the RC part. Its requirement to the accuracy of the device's parameter is quite high, and the design and the debugging are also quite troublesome.The filter chip MAX262 which produced by American Maxim Corporation is capable of achieving low-pass, high-pass, band-pass, band elimination to each kind of low-frequency signal through programming, and the filter's characteristic parameter like center frequency, the quality factor and so on may set through programming, and the periphery component of electric circuit are also few. This article design and completed the design the design and realize of the program control filter circuit which make up of the MAX270.Monolithic integrated circuit AT89S52 is the control core of the program control filter. Controlled by the microcontroller to control relays pull the gain resistor connected in turn to achieve a gain of 0dB to 60dB 10dB step adjustable each; second-order low-pass through the SCM programmed filter MAX270, when completed in the-3dB cutoff frequency fc at 1kHz ~ 20kHz range adjustable low-pass filter design, cut-off frequency adjustment step is 1kHz, using the LCD to display the configuration parameters. Application of Matlab computing elliptic filter function of the transfer function, the establishment of the circuit network, to design a fourth-order elliptic low-pass filter.Key words:Program control Filter Programmable filter chip SCM目录1 绪论 (1)1.1 滤波器的发展 (1)1.2 课题研究的意义 (1)2 系统设计 (3)2.1 滤波器相关知识 (3)2.1.1 滤波器的分类 (3)2.2 单片机相关知识 (4)2.2.1 单片机的产生与发展 (4)2.3 系统方案设计 (6)2.3.1设计要求 (6)2.3.2 各模块方案的选择 (6)2.3.3 最终方案 (7)2.4 理论分析与计算 (10)3 硬件设计 (13)3.1 放大器模块 (13)3.2 单片机控制滤波器模块 (14)3.3 操作及显示模块 (18)4 软件设计 (20)4.1 开发软件及环境简介 (20)4.1.1 Keil (20)4.1.2 Proteus (20)4.2 系统主要程序 (21)5 系统测试 (23)5.1 指标测试 (23)5.2 误差分析 (23)5.3 功能实现 (24)结论 (26)谢辞 (27)参考文献 (28)附录 (29)1 绪论1.1 滤波器的发展从广义上讲，任何对某些频率（相对于其他频率来说）进行修正的系统称为滤波器。
一种程控滤波器的设计
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Ｎｏ７ ．
电 子 设 计 工 程
Ｅｌｃ ｒ ｎ ｃ Ｄｅ ｉｎ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ ｅ ｔｏ ｉ ｓｇ ｇ ｎ ｅ ｉｇ
２１ ０ ０年 ７月
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一
种 程控 滤 波器 的设计
徐 逢秋 ，徐安 莹 ，袁 丁
（ 汉 大 学 电子 信 息 学 院 ，湖 北 武 汉 ４ ０ ７ ） 武 ３０ ９
值， 通、 低 高通 滤波 器截 止 频 率 以及 带通 、 阻滤 波 器 中心频 率 可预 置 范 围为 １０Ｈ ～ ０ｋ ｚＱ值 范 围 为 ０５ ５ 带 ０ ｚ５ Ｈ 。 ． 。系统 采 ～
用矩 阵键 盘 和 Ｌ 液 晶显 示 ． 机 交 互界 面友 好 ＣＤ 人
关键 词 ： 控 滤 波 ； 二 阶 环路 滤 波 ；可 变 电 阻 ； 止频 率 ； 质 因数 程 双 截 品
中图 分 类 号 ： Ｎ １ Ｔ ７３ 文 献标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：６ ４ ６ ３ （ ０ ０ ０ — １ ８ ０ １７ — ２ ６２ １ ）７ ０ ９ — ２
Ｄｅ ｉ ｎห้องสมุดไป่ตู้ｏ ｒ ｇ ａ ｍ ａ ｌ ｌｅ ｓｇ ｆｐ ｏ ｒ ｍ ｂｅｆ ｔｒ ｉ
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程控滤波器
引言滤波器就是选频电路，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、信号处理和通信系统等领域具有重要作用。
这里提出一种基于开关电容有源滤波器的程控滤波器，可自由选择低通、高通和带通模式，也可步进调节滤波器通带截止频率和放大器增益。
该程控滤波器设计成本低、实现简单，可广泛应用于数字信号处理、通信、自动控制等领域。
2 系统设计方案该系统设计由可控增益放大器、程控滤波器、椭圆滤波器和幅频特性测试仪4部分组成。
图1为其系统总体设计框图。
图1中，可控增益放大器部分是以AD603作为核心器件，实现0～60 dB之间的增益调节。
AD603为低噪声精密可变增益放大器，温度稳定性高，其内部由R-2R梯形电阻网络和固定增益放大器构成，加在其梯形网络输入端的信号经衰减后，由固定增益放大器输出，衰减量由加在增益控制接口的参考电压决定；其增益与控制电压呈线性关系，通过单片机控制，而由D／A转换器产生精确的参考电压来控制增益，从而实现较精确的数控，同时可降低干扰和噪声。
程控滤波器部分采用开关电容滤波器实现。
开关电容滤波器是由MOS开关、MOS电容和MOS运算放大器构成的集成滤波器，其开关电容组在时钟频率的驱动下，可等效成1只与时钟频率有关的等效电阻R=1／2πCfc。
其中C为开关电容组的电容,fc 为滤波器时钟频率。
当用外部时钟改变fc时，等效电阻R改变，从而可改变滤波器的时间常数，也改变滤波特性。
开关电容滤波器可直接处理模拟信号，而不必像数字滤波器需要A／D、D／A转换，这样简化电路设计，提高系统的可靠性。
该系统采用集成的开关电容滤波器MAX297实现低通滤波，采用MAX263实现高通滤波。
利用电感和电容可搭建各种类型的滤波器该系统利用无源LC滤波器技术，参照滤波器设计手册相关参数，比较容易地实现较理想的四阶椭圆低通滤波器，采用有源RC滤波器实现带通滤波器。
放大器输出信号通过滤波器后加在1 kΩ的负载上，各滤波器的输出切换由继电器实现。
程控滤波器.(DOC)
程控滤波器一、任务设计并制作程控滤波器，其组成如图1所示。
放大器增益可设置; 低通或高通滤波器通带、截止频率等参数可设置。
、要求1. 基本要求放大器输入正弦信号电压振幅为10mV ，电压增益为40dB , 增益10dB 步进可调，通频带为100Hz 〜40kHz ，放大器输出 电压无明显失真。
滤波器可设置为低通滤波器，其-3dB 截止频率fc 在1kHz 〜 20kHz 范围内可调，调节的频率步进为1kHz, 2fc 处放大器与 滤波器的总电压增益不大于 30dB, RL=1k0。
滤波器可设置为高通滤波器，其-3dB 截止频率fc 在1kHz 〜 20kHz 范围内可调，调节的频率步进为 1kHz ，0.5fc 处放大器 与滤波器的总电压增益不大于 30dB, RL=1kC 。
电压增益与截止频率的误差均不大于 10%。
有设置参数显示功能。
2. 发挥部分(2) (3)(4) (5) 测试端子图1程控滤波器组成框图(1)放大器电压增益为60dB,输入信号电压振幅为10mV;增益10dB步进可调，电压增益误差不大于5%。
(2)制作一个四阶椭圆型低通滤波器，带内起伏W 1dB, -3dB通带为50kHz,要求放大器与低通滤波器在200kHz处的总电压增益小于5dB, -3dB通带误差不大于5%。
(3)制作一个简易幅频特性测试仪，其扫频输出信号的频率变化范围是100Hz〜200kHz，频率步进10kHz。
(4)其他。
摘要：本系统以MP430G2553单片机为控制核心，实现程控滤波的功能。
前端放大器由运放和数字电位器构成，实现了增益0—40dB,步进10dB 可调。
滤波器采用程控数字电位器的技术，构成RC有源滤波网络，实现了程控高通、低通滤波截止频率1KHZ—20KHZ，步进1KHZ可调。
设人机接口采用4X1键盘及LCD液晶显示器，控制界面直观、简洁，具有良好的人机交互性能。
关键词：程控滤波MSP430G2553数字电位器本系统以MSP430G2553单片机为控制核心，利用开关电容技术实现程控滤波的功能。
程控滤波器
程控滤波器摘要：程控滤波器主要由可编程滤波器、程控放大器、与控制电路三部分组成。
MAX262是可编程的开关电容滤波器，可以用数字信号控制滤波器Q 值与中心频率f o 从而实现对截止频率的步进控制，而且可以实现低通、带通、高通滤波器。
AD 603通过控制它的控制电压实现增益的控制设计简单合理、可靠性好，经实践证实控制精度较高。
关键词：可编程滤波器，数模转换器，AD603,MAX2621. 系统方案方案一采用积分与运算放大电路组成的多功能状态变量滤波器，通过计算改变R ，C 的值，可以达到很高的控制精度。
它的传递函数如下：2O 0122012()()()u i U s a a s a s A s U s b b s b s ++==++ 从它的传递函数中可以看到它可以实现多种滤波器的功能，而且可以实现较高的精度，可以完成赛题的要求。
方案二采用集成电路，MAX262是MAXIM 公司新推出的4 种应用非常广泛的4 阶开关电容滤波器。
MAX262不需外部元件就能做成巴特沃兹、契比雪夫、贝塞尔等各种带通、低通、高通、陷波、全通滤波器。
MAX262 芯片性能优越,使用方便,最突出的优点是滤波精确、设置方便,中心频率、Q 和运行模式均可通过引脚编码输入进行选择,而不必更换外部元件。
和传统的RC 滤波器比较,避免了R 、C 元件选配的麻烦，而且通过外围控制电路可以实现题目要求。
放大电路由可控增益运算放大器AD603和AD 转换电路组成，AD603具有较宽的通频带，与增益稳定度，通过控制它的控制电压可以达到题目的控制要求。
由集成电路组成的程控滤波器具有以上所述的优点，这里采用了以MAX262为中心，来实现题目所要求的各种功能。
系统框图如图所示。
图12. 理论分析与计算MAX262有多种工作模式用以适应多种应用场合，在模式2下通过编程可以确定当前中心频率f o 与时钟频率的比值，而且该比值在40—140之间64步可调，呈现以下关系：f clk /f o =（26+N ）×∏/2（其中N 为编程二进制的值）。
C8051F020单片机的程控滤波器设计
字滤波器两大类 。其 中模拟滤波器又可 分为有源 、 无源 、 异 类三个分类 ； 离散 滤波器又 可分为数字 、 取样模 拟 、 合三 混
２３３备课模块 ． ． 表 １数据库标准
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课程 、 同教师提 出的建 议、 不 意见
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系统采用 ＢＳ模 式开发 ， ， 系统 开发使用 Ａ ＰＮ Ｔ技术， Ｓ ．Ｅ 利用 Ｓ Ｌ Ｓｒｅ２ ０ Ｑ ｅ ｒ０ ３创建和管理数据库 ， ｖ 利用 Ｄ ｅｍ ａ— ｒａ Ｗｅｖ
益显示 出其 巨大 的应用价值 。尽 管滤波技术 的发展到现在
只 有 七 十 多年 的历 史 ，但 它 的发 生 与 发 展 已 经 历 了诸 多 变
种 发展趋势 ， 不断受到 电子 届的重视 。 本文将 以单片机为核 心， 结合程控滤波器 ＭＡ ２ ２介 绍一种方便实用 ， Ｘ６ 有较 高性
２１ 年 ８月 ＯＯ
电 脑 学 习
第４ 期
Ｃ ０ ０ ０单片机 的程控 滤 波器设计 ８５ ２ １ Ｆ
陈东 旭 ’ 陈 希婷 邬 杨波 ”
摘 要 ： 本文设计 了 一个：阶程控滤波器 。 放大器增益可设置 ： 、 低通 高通涟波器截止频率等参数可设置。 关 键 词 ： 程控涟波器 截止频事 单 片机 增益
【】盛促 飙．基于 ＷＥ ３ Ｂ的备课系统 的研 究与开发【 ．陕西： Ｄ】 西北 农业科 技大学， ０６ ２０．
Ｃｈ ｎ Ｄｏ ｒａ ｅ ｎｇ Ｃｈｅ ｔｎ ｎ Ｘｉ ｇ ｉ Ｗ ｕ Ｙａ ｂ ｎｇ ｏ
程控滤波器
第1章绪论第1章绪论1.1滤波的原理及其滤波器的结构1.1.1滤波概念滤波就是将多种频率的信号经过处理得到想要的单频率的信号，即将有用信号中的杂波信号滤除，或者是将多种信号中的一种频率滤除。
滤波就是利用一些特殊元器件的特性，例如：电容，电感等，将有用信号取出，所以滤波就出现了电容滤波，电感滤波，混合滤波的概念。
1.1.2滤波器的结构从滤波的概念出现后，滤波器就开始登上电子的平台，滤波器的结构也经历了多次演变。
1）.根据滤波器的特性和应用场合其结构形式是很多的。
1.从功能上分；低、带、高、带阻。
2.从实现方法上分:FIR、IIR3.从设计方法上来分：Chebyshev(切比雪夫）,Butterworth（巴特沃斯），贝赛儿滤波（这几种滤波器的适用场合和特性附在论文后）4.从处理信号分：经典滤波器、现代滤波器5.信号形式分：数字滤波，模拟滤波6.从利用的元件分：有源滤波器，无源滤波器2）.滤波器的结构演变1.无源滤波器包括无源电容滤波器，无源电感滤波器，无源电感电容混合滤波器以及利用其他电子元件构成的滤波电路（例如，用二极管，三极管等等构成的检波电路如图1-1）图1-1 滤波器的基本结构河北师范大学职技学院学士学位论文2.有源滤波器的结构组成：由无源的电感，电容组成滤波网络加上有源的运放芯片，其结构如下：图1-2 有源滤波器结构这是一个典型的二阶有源低通滤波器，其工作原理在这里不详细介绍了。
3.开关电容滤波器的结构组成：有由MOS 电容、开关和运放组成。
其基本结构如下：图1-3 开关电容结构图开关电容滤波器的基本原理是，电路的两节点间接有带高速开关的电容器，其效果相当于该两节点间连接一个电阻。
图中T1、T2用一个不重叠的两相时钟脉冲来驱动，假定时钟频率fc(=1/Tc) 远高于信号频率，那么，在φ1为高电平时，T1 导通而T2截止此时C1与输入信号VI 相连，即有：C11iQ =C V (11)-而在φ2为高电平时，T1截止，T2导通。
程控滤波器.(DOC)
程控滤波器一、任务设计并制作程控滤波器，其组成如图1所示。
放大器增益可设置；低通或高通滤波器通带、截止频率等参数可设置。
图1程控滤波器组成框图二、要求1. 基本要求（1）放大器输入正弦信号电压振幅为10mV，电压增益为40dB，增益10dB步进可调，通频带为100Hz～40kHz，放大器输出电压无明显失真。
（2）滤波器可设置为低通滤波器，其-3dB截止频率f c在1kHz～20kHz范围内可调，调节的频率步进为1kHz，2f c处放大器与滤波器的总电压增益不大于30dB, R L=1kΩ。
（3）滤波器可设置为高通滤波器，其-3dB截止频率f c在1kHz～20kHz范围内可调，调节的频率步进为1kHz，0.5f c处放大器与滤波器的总电压增益不大于30dB, R L=1kΩ。
（4）电压增益与截止频率的误差均不大于10%。
（5）有设置参数显示功能。
2. 发挥部分（1）放大器电压增益为60dB，输入信号电压振幅为10mV；增益10dB步进可调，电压增益误差不大于5%。
（2）制作一个四阶椭圆型低通滤波器，带内起伏≤1dB，-3dB通带为50kHz，要求放大器与低通滤波器在200kHz处的总电压增益小于5dB，-3dB通带误差不大于5%。
（3）制作一个简易幅频特性测试仪，其扫频输出信号的频率变化范围是100Hz～200kHz，频率步进10kHz。
（4）其他。
摘要：本系统以MP430G2553单片机为控制核心，实现程控滤波的功能。
前端放大器由运放和数字电位器构成，实现了增益0—40dB，步进10dB 可调。
滤波器采用程控数字电位器的技术，构成RC有源滤波网络，实现了程控高通、低通滤波截止频率1KHz—20KHz，步进1KHz可调。
设人机接口采用4×1键盘及LCD液晶显示器，控制界面直观、简洁，具有良好的人机交互性能。
关键词：程控滤波MSP430G2553 数字电位器本系统以MSP430G2553单片机为控制核心，利用开关电容技术实现程控滤波的功能。
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程控滤波器（D题）【本科组】一、任务设计并制作程控滤波器，其组成如图1所示。
放大器增益可设置；低通或高通滤波器通带、截止频率等参数可设置。
图1程控滤波器组成框图二、要求1. 基本要求（1）放大器输入正弦信号电压振幅为10mV，电压增益为40dB，增益10dB 步进可调，通频带为100Hz～40kHz，放大器输出电压无明显失真。
（2）滤波器可设置为低通滤波器，其-3dB截止频率f c在1kHz～20kHz范围内可调，调节的频率步进为1kHz，2f c处放大器与滤波器的总电压增益不大于30dB, R L=1kΩ。
（3）滤波器可设置为高通滤波器，其-3dB截止频率f c在1kHz～20kHz范围内可调，调节的频率步进为1kHz，0.5f c处放大器与滤波器的总电压增益不大于30dB, R L=1kΩ。
（4）电压增益与截止频率的误差均不大于10%。
（5）有设置参数显示功能。
2. 发挥部分（1）放大器电压增益为60dB，输入信号电压振幅为10mV；增益10dB步进可调，电压增益误差不大于5%。
（2）制作一个四阶椭圆型低通滤波器，带内起伏≤1dB，-3dB通带为50kHz，要求放大器与低通滤波器在200kHz处的总电压增益小于5dB，-3dB通带误差不大于5%。
（3）制作一个简易幅频特性测试仪，其扫频输出信号的频率变化范围是100Hz～200kHz，频率步进10kHz。
（4）其他。
三、说明设计报告正文应包括系统总体框图、核心电路原理图、主要流程图和主要的测试结果。
完整的电路原理图、重要的源程序和完整的测试结果可用附件给出。
四、评分标准程控滤波器青岛大学王小猛安中鹏杨瑶瑶摘要：本系统以凌阳16位单片机为控制核心，利用开关电容技术实现程控滤波的功能。
前端放大器由运放和数字电位器构成，实现了增益0—60dB，步进10dB 可调。
滤波器采用模拟开关和电容的组合替代电阻的技术，构成RC有源滤波网络，实现了程控高通、低通滤波截止频率1KHz—20KHz，步进1KHz可调。
设计实现了四阶低通椭圆滤波器。
利用单片机和直接数字调制技术（Direct Digital synthesizer）芯片AD9850，设计并制作了简易幅频特性测试仪，扫频输出信号范围从100Hz到200KHz，步进10 KHz可调。
人机接口采用4×4键盘及LCD液晶显示器，控制界面直观、简洁，具有良好的人机交互性能。
关键词：程控滤波凌阳16位单片机数字电位器开关电容1.方案论证经过仔细研究分析，我们认为系统的结构框图1.1如下所示：根据题目要求，我们分以下三部分进行方案设计与论证1．1主控单元方案一：采用80C51系列单片机，但其与外围设备的接口电路较为复杂。
方案二：采用凌阳SPCE061A单片机。
它中断资源丰富，而且内置了在线仿真、编程接口，可方便地实现在线调试。
经过比较后采用方案二。
1．2 放大器部分程控放大器的增益，一般有两种途径，一种是改变反相端的输入电阻，另一种是改变负反馈电阻阻值。
方案一：采用模拟开关或继电器作为开关，构成梯形电阻网络，单片机控制继电器或模拟开关的通断，从而改变放大器的增益。
此方案的优点在于简单，缺点是电阻网络的匹配难以实现，调试很困难。
方案二：用DAC的电阻网络，改变电阻的方法，电流输出型DAC内含R-2R 电阻网络，可以作为运放的反馈电阻或输入电阻，在DAC输入数据的控制下，实现放大器增益的程控改变。
该方案的优点无需外接精密电阻，增益完全由输入的数字量决定，就可以对信号进行放大或衰减，使用方便；缺点是信噪比较低，通频带较窄。
方案三：非易失性数字电位器改变电阻，克服了模拟电位器的主要缺点，无噪声，寿命长，阻值可程控改变，设定阻值掉电记忆。
该方案优点是增益范围宽，占用μP口少，成本低。
通频带取决于运放的通频带。
在本题中，电压增益为40dB，增益10dB步进可调，通频带为100Hz～40kHz，放大器输出电压无明显失真。
由于输入信号幅值很小，所以我们选用高精度的测量放大器AD620。
我们采用方案三，非易失性数字电位器与测量放大器的组合，实现程控放大器。
电压增益为60dB，增益10dB步进可调，通频带为100Hz～40kHz，放大器输出电压无明显失真。
1．2 滤波器部分根据题目要求低通滤波器在2fc处，高通滤波器在0.5fc处，放大器与滤波器的总电压增益不大于30dB，我们选用二阶电压控制滤波器。
图1.2二阶电压控制滤波器改变截止频率有以下方案方案一：采用模拟开关或继电器作为开关，切换不同的RC组合来改变截止频率，优点是电路简单，缺点是电阻网络的匹配难以实现，调试很困难适合截止频率调节档位较少的滤波器。
方案二：固定电容C，采用非易失性数字电位器改变电阻的数值，从而改变截止频率。
优点是电路简单，缺点数字电位器是分档调节，不能实现电阻的连续可调，很难实现截止频率的精确调节。
方案三：利用开关电容技术，利用开关和电容的组合来替代电阻，电容值保持不变，我们只要控制开关的频率，就可以等效的改变电阻，完成对滤波器截止频率的设置。
对于具体分析方法在后面有详细叙述。
我们选择方案三，当前较先进的技术，并且已经有了成熟的产品，例如max260可编程滤波器1.2方案论证（1）放大器方案论证放大器输入正弦信号电压振幅为10mV，对于毫伏级的信号放大一般要采用具有高共模抑制比、高精度、高输入阻抗的测量放大器。
放大器电路采用AD620和数字电位器组成。
数字电位器使用的是X9241MAPI，它把0-2K,0-10K,0-10K,0-50K四个可调电阻集成在一个单片的CMOS微电路中的数控电位器，步进分别为34Ω，170Ω，170Ω，850Ω，经过组合步进更小，所以放大倍数也被控制在一个很精确的范围。
（2）滤波器方案论证我们采用的是RC结构的二阶滤波电路。
低通滤波时：根据二阶的低通滤波函数，在大于截止频率f c 时，幅频特性曲线以40/10f速度下降，所以在2 f c 处的增益为-12.04dB。
再加上放大器的40dB增益，总增益为27.96dB，达到了题目小于30 dB的要求。
高通滤波时：根据二阶的高通滤波函数，在小于截止频率f c时，幅频特性曲线以40/10f速度上升，所以在0.5 f c 处的增益为-12.04dB。
再加上放大器的40 dB增益，总增益为27.96dB，也达到了题目小于30 dB的要求。
在电阻的选取上，我们采取了开关电容取代电阻的方案。
基本开关电容单元的原理图，如下：开关S1，S2采用通段受方波信号控制的模拟开关，当¢为高电平时开关S1闭合，当¢为低电平时S1开通。
S2的开通关断情况与S1相反。
在时钟周期Tc内，从1端向2端传输的电荷量为：。
而电流为：可见基本开关电容单元可以等效为一个电阻。
而且方波信号的频率与信号频率的比值越大，这种近似性越好。
2.系统硬件设计2.1系统的总体设计图2.1程控滤波器结构框图本系统以凌阳61单片机作为主控单元，将设计任务分为放大器，低通滤波器，高通滤波器，椭圆滤波器，人机接口单元等功能模块。
放大器用AD620和数字电位器组成的放大电路两级串联构成。
单片机通过控制数字电位器的阻值大小来控制放大器放大倍数。
滤波器在单片机控制信号作用下在低通，高通，椭圆三种工作方式的切换。
低通和高通滤波电路采用模拟开关，电容和运算放大器组成，单片机通过控制模拟开关的通断频率，来实现截止频率的调节。
本系统还设计了良好的人际交互接口，实现了键盘处理，液晶显示，语音报数等功能。
2.2单元电路的设计2.2.1放大器电路设计由于运算放大器在高频时，其带宽下降，放大倍数减小，因此我们采用两级放大，具体电路图如图2.2：2.2.2 滤波器电路设计现以低通滤波电路设计为例说明。
对于二阶低通滤波电路，图2.3传递函数为：其中 , ,为了在截止频率附近有较平坦的幅频特性曲线，令Q=0.707,可求出,又因为,因此。
由对偶原理可知，二阶高通电路中。
用开关电容原理等效后的电路图为：图2.4由前面分析可知又由开关电容原理，所以因此，在与的比值固定时，开关频与截止频率成正比，因此可用开关频率控制截止频率的大小。
根据题目要求，截止频率的步进为因为，所以，当截止频率时，开关频率；当截止频率时，开关频率；同理，二阶高通滤波器电路进行开关电容等效后，开关频率可以控制截止频率的大小。
开关频率的大小所对应的截止频率与低通时一样，方便了系统设计和程序的编写。
2.3发挥部分的设计与实现（1）实现了放大器电压增益为60dB，输入信号电压振幅为10mV；增益10dB步进可调，电压增益误差不大于2%。
（2）制作了一个四阶椭圆型低通滤波器，带内起伏≤1dB，-3dB通带为50kHz，要求放大器与低通滤波器在200kHz处的总电压增益小于5dB，-3dB通带误差不大于5%。
四阶椭圆型低通滤波器由椭圆函数压控电压源（VCVS）低通滤波节实现，借助MATLAB设计低通椭圆滤波器。
1．椭圆函数VCVS滤波节2．⑴根据设计要求，带内起伏1,-3通带为50，利用MATLAB函数,求出滤波器通带带宽。
⑵调用MATLAB ellip函数求出传递函数的零极点值（见附录）。
[B,A]＝ellip(N,,,,’S’);%B为分子多项式系数，A为分母多项式系数z=roots(B); ％求解零点p=roots(A) %求解极点⑶每个低通滤波节包含一对共轭复数极点和一对虚数零点（复数极点实部为x，虚部为，零点在处）。
四阶椭圆低通滤波器由两个滤波节级联构成，零极点按就近原则分配到两个滤波节⑷利用MATLAB编写程序，按照下列公式计算各节阻容参数。
定义系数：，，（，，取正值）选用常用标称电容值C ，令，有：, , , ,,附：各滤波节阻容值A:计算值计算值218 0.01218 0.018uF109 5000pF5039 5000pF无限制510020910B:计算值 C 计算值2813.5 330p2813.5 9.173nF1406.8 0.165nF56827 0.165nF无限制5100247093（3）制作了一个简易幅频特性测试仪，其扫频输出信号的频率变化范围是100Hz～200kHz，频率步进10kHz。
幅频特性测试仪结构框图简易幅频特性测试仪是以Spce61单片机位控制核心，由正弦波发生器，数据采集、处理、显示等功能模块组成。
其中，扫频信号采用DDS技术实现。
系统输出电压峰值保持不变得正弦波扫频信号，由单片机改变扫频信号的频率从100Hz到200kHz，以10kHz步进，从然后测出对应的输出信号峰值。
经峰值检测将交流信号峰值转化为直流信号。
被单片机经A/D转化后读取。
单片机将输入信号频率大小和输出峰值存储在RAM中。