兰州商学院开题报告-程控滤波器的设计与仿真

兰州商学院开题报告-程控滤波器的设计与仿真

兰 州 商 学 院 本科生毕业论文（设计）

开 题 报 告

论文（设计）题目：程控滤波器的设计与仿真 学 院、 系： 信息工程学院 专 业 (方 向)： 电子信息工程 年 级、 班： 2007级 学 生 姓 名： 张奕萱 指 导 教 师： 彭会萍

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一、论文(设计)选题的依据(选题的目的和意义、该选题国内外的研究现状 及发展趋势等) 1917 年美国和德国科学家分别发明了 LC 滤波器， 次年导致了美国第一个 多路复用系统的出现。20 世纪 50 年代无源滤波器日趋成熟。自 60 年代起由 于计算机技术、集成工艺和材料工业的发展，滤波器发展上了一个新台阶，并 且朝着低功耗、高精度、小体积、多功能、稳定可靠和价廉方向努力，其中小 体积、多功能、高精度、稳定可靠成为 70 年代以后的主攻方向。导致 RC 有 源滤波器、 数字滤波器、 开关电容滤波器和电荷转移器等各种滤波器的飞速发 展，到 70 年代后期，上述几种滤波器的单片集成已被研制出来并得到应用。 80 年代，致力于各类新型滤波器的研究，努力提高性能并逐渐扩大应用范围。 90 年代至现在主要致力于把各类滤波器应用于各类产品的开发和研制。当然， 对滤波器本身的研究仍在不断进行。 我国广泛使用滤波器是 50 年代后期的事，当时主要用于话路滤波和报路 滤波。经过半个世纪的发展，我国滤波器在研制、生产和应用等方面已纳入国 际发展步伐，但由于缺少专门研制机构，集成工艺和材料工业跟不上来，使得 我国许多新型滤波器的研制应用与国际发展有一段距离。 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。严格地讲，对输入信号通过一定的处理得到输出信号，这个处理通 常是提取信号中某频率范围内的信号成分，把这种处理的过程称为滤波。实现 滤波处理的运算电路或设备称为滤波器。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。在近代电信设备和各类控制系统中，滤波器 应用极为广泛。在所有的电子部件中，使用最多、技术最为复杂的要算滤波器 了。 滤波器的优劣直接决定产品的优劣，所以对滤波器的研究和生产历来为各 国所重视。

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二、论文(设计)的主要研究内容及预期目标 一、主要研究内容 本系统实现程控滤波，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。硬件以单片机 AT89C52 为核心控制，主要由 PGA103 放 大器、程控滤波器 MAX262、椭圆滤波器和幅频特性测试(DDS)等部分组成。 放大器采用 PGA103, 实现 60dB 固定增益放大， 步进 10dB 由单片机控制 AD7520 实现，

其误差不大于 5%。低通、高通滤波器由单片机控制可编程滤波器芯片 MAX262 实现，在 2fc 处放大器与滤波器的总电压增益不大于 30dB。幅频特性 测试由 DDS 产生信号经峰值检波后送入 A/D 转换实现。本系统设计简单，能很 好地实现滤波器的程控，使用方便，具有较高的性价比、实用性和使用价值。 本次课题主要研究的是以单片机为核心控制而设计的程控滤波器，硬件以 单片机 AT89C52 为核心控制，主要由 PGA103 放大器、程控滤波器 MAX262、椭 圆滤波器和幅频特性测试(DDS)等部分组成。本系统可实现程控滤波，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。 二、预期目标 本系统以 AT89C52 芯片为核心部件，利用程控滤波器芯片 MAX262 实现了 程控低通和高通。利用运放 NE5534 和外围器件实现了椭圆低通滤波器。在设 计过程中考虑到以单片机来实现课题要求的方案是合理、易于实现、也是价格 便宜，情况允许的；在系统实现阶段，详细论述了整个控制系统的流程，实现 了电压增益放大 60 dB 和 10dB 步进，频率 1K-20KHZ 步进为 1K 的低通、高 通滤波器，LC 构成的椭圆低通滤波器和扫频范围 100-200KHZ 的幅频特性测 试。 整个电路稳定、可靠、精度高、操作简单、具有较高的性价比。但由于 时间有限，系统还不是很完善。例如：利用 MAX262 还可实现带通、带阻和 全通滤波器。

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三、论文(设计)的主要研究方案(拟采用的研究方法、准备工作情况及主要 措施) 一、程控放大器电路 方案一：采用模拟电路搭建，由模拟开关选择不同的电阻档实现步进。此 方法不占用单片机资源， 使单片机能更好地控制其它电路，但采用纯模拟电路 搭建不易控制，且控制精度不高。 方案二：程控放大器由两极电路组成，输入信号首先经过 PGA103 固定放 大后送入 AD7520 由单片机控制增益步进。由于 AD7520 输入电压幅度的要求， 在此采用先固定放大再程控， 最后再固定放大。 此方法控制精度高， AD7520 由 决定步进精度，方便调节控制步进。原理框图如图 2-2 所示。

初步放大 图 2-2

增益控制 程控放大原理框图

再次放大

基于以上方案比较，我选取方案二。 二、程控滤波器电路 方案一： 采用运放构成切比雪夫有源滤波电路，通过单片机间接控制可变 电容两端的电压改变电容的值来改变截止频率和程控步进。但电路复杂，不容 易控制且精度不高，也不易于带通带阻等功能的扩展。 方案二：选用专用的程控滤波器芯片 MAX262 实现。MAX262 可编程对各种 低频信号实现低通、高通、带通、带阻和全通滤波器处理，且滤波器的特性参 数如中心频率、品质

因数等可通过编程进行设置。 基于以上方案比较，我选取方案二。 三、幅频特性测试设计 采用扫频的方法：让不同的频率的标准信号通过待测系统，通过比较输 入、输出波形的幅度关系，得到系统的幅频特性。原理框图如图 2-3 所示。

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峰值检波 A/D 转 换 单 片 机

信号源

检测网络

峰值检波

图 2-3 幅频特性测试

方案一：采用单片机动态编程技术，用软件产生正弦波数据，存入 RAM, 利用指令寻址，经 D/A 转换输出波形。用有源峰值检波器实现峰值检波，再送 入 A/D 转换完成量化， 由单片机控制经 D/A 输出得到幅频特性。因单片机工作 频率的限制使得其产生的信号采样点数少，上限频率不高。 方案二：采用锁相式频率合成器，利用 PLL 将 VCO 的输出品； 锁定在所 需频率上。 方案三：采用直接频率合成(DDFS) ,按频率要求对相位增量进行累加， 以累加相位值作为地址码读取存放在存储器内的波形数据，经 D/A 转换、滤波 即得所需波形。单片机通过置入不同的相位增量来实现对正弦波频率的控制。 采用 DDS 产生的信号精度高，线性和稳定度好。 基于以上方案比较，我选取的是方案三。 四、论文(设计)研究工作进展安排 2011 年 1 月 2011 年 2 月 2011 年 3 月 2011 年 4 月 2011 年 5 月 提交论文提纲 收集资料，购买所需器材，查阅相关书籍 完成大致论文分析以及实物焊接 做相关数据测试，并对结果进行计算分析 最后定稿阶段

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五、主要参考文献 [1] 李朝青.单片机原理及接口技术[M].北京:航空航天大学出版社，1999.3 [2] 谢自美.电子线路设计·实验·测试[M].第二版.湖北:华中科技大学出 版社.2007.7 [3] 邓重一.基于可编程芯片 MAX262 的有源滤波器[J].单片机与嵌入式系 统应用，2005.5 [4] 杨素行.模拟电子电路[M].北京:中央广播电视大学出版社. [5] 周惠潮.常用电子元件及典型应用[M].北京:电子工业出版社. [6] 林建.实用电子电路大全[M].北京:电子工业出版社.1992.6 [7]《中国集成电路大全》编写委员会主编.中国集成电路大全 CMOS 集成 电路[M].北京:国防工业出版社 [8] [美]约翰. D.赖德著，林圣灿译.电子学基础及应用[M].集成和分立系 统.北京:高等教育出版社，1983 [9] 冯建华、 赵亮.单片机应用系统设计与产品开发[M].北京:人民邮电出版 社，2004 [10] 张凤言.电子电路基础[M].第二版.北京:高等教育出版社，1995 [11] 何立民.单片机应用文集[M].北京:航天航空大学出版社，2001 [12] 赵保经、蒋键飞.集成运算放大器应用原理[M].天津:科学出版社,1983 [13] 唐程山.电子技术基础[M].北京:高等教育出版社，2004 [14] 刘浩斌.数字电路与逻辑设计[M].北京:电子工业出版社，2003 [15] 李建

忠.单片机原理及运用[M].西安:电子科技大学出版社，2001

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六、指导老师意见

指导老师(签名) 年 月 日

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七、二级学院论文(设计)领导小组意见

二级学院(盖章) 年 月 日

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/mkcj.html