作者:羅定職業技術學院鄧重一
摘要 max262是美國maxim公司推出的可程式設計開關電容型通用濾波器。本文介紹該晶元的內部結構、特性以及功能,並利用該積體電路和微控制器等其他電路設計典型的濾波器應用電路。
關鍵詞可程式設計開關電容濾波器微控制器 max262晶元
引言 在電子電路中,濾波器是不可或缺的部分,其中有源濾波器更為常用。一般有源濾波器由運算放大器和rc元件組成,對元器件的引數精度要求比較高,設計和除錯也比較麻煩。美國maxim公司生產的可程式設計濾波器晶元max262可以通過程式設計對各種低頻訊號實現低通、高通、帶通、帶阻以及全通濾波處理,且濾波的特性引數如中心頻率、品質因數等,可通過程式設計進行設定,電路的外圍器件也少。
本文介紹max262的情況以及由它構成的濾波器電路。
1max262晶元介紹
max262晶元是maxim公司推出的雙二階通用開關電容有源濾波器,可通過微處理器精確控制濾波器的傳遞函式（包括設定中心頻率、品質因數和工作方式）。它採用cmos工藝製造,在不需外部元件的情況下圖1max262引腳就可以構成各種帶通、低通、高通、陷波和全通濾波器。圖1是它的引腳排列情況。
v＋——正電源輸入端。
v-——負電源輸入端。
gnd——模擬地。
clka——外接晶體振盪器和濾波器a部分的時鐘輸入端,在濾波器內部,時鐘頻率被2分頻。
clkb——濾波器b部分的時鐘輸入端,同樣在濾波器內部,時鐘頻率被2分頻。
clkout——晶體振盪器和r c振盪的時鐘輸出端。
oscout——與晶體振盪器或r c振盪器相連,用於自同步。
ina、inb——濾波器的訊號輸入端。
bpa、bpb——帶通濾波器輸出端。
lpa、lpb——低通濾波器輸出端。
hpa、hpb——高通、帶阻、全通濾波器輸出端。
wr——寫入有效輸入端。接v＋時,輸入資料不起作用;接v-時,資料可通過邏輯介面進入乙個可程式設計的記憶體之中,以完成濾波器的工作模式、f0及q的設定。此外,還可以接收ttl電平訊號,並上公升沿鎖存輸入資料。
a0、a1、a2、a3——位址輸入端,可用來完成對濾波器工作模式、f0和q的相應設定。
d0、d1——資料輸入端,可用來對f0和q的相應位進行設定。
op out——max262的放大器輸出端。
op in——max262的放大器反向輸入端。
圖2是max262的內部結構。max262由2個二階濾波器（a和b兩部分）、2個可程式設計rom及邏輯介面組成。每個濾波器部分又包含2個級聯的積分器和1個加法器。
該電路的主要特性有：① 配有濾波器設計軟體,可改善濾波特性,帶有微處理器介面;② 可控制64個不同的中心頻率f0、128個不同的品質因數q及4種工作模式;③ 對中心頻率f0和品質因數q可獨立程式設計;④ 時鐘頻率與中心頻率比值（fclk/f0）可達到1％（a級）;⑤ 中心頻率f0的範圍為75 khz。
圖2max262內部結構圖3是控制資料輸入時序。可在wr的下降沿經邏輯介面給濾波器a、b中的fclk/f0、q及工作模式控制字分別賦予不同的值,從而實現各種功能的濾波。
圖3控制資料輸入時序2電路原理及設計過程
2.1硬體設計
圖4是按上述要求設計的濾波電路。
圖4濾波電路微控制器選用at89c52。at89c52是一種低功耗、高效能的cmos型 8位微型計算機;有8 kb的flash,256 b的ram,32線i/o口,3個16位定時器/計數器,6向量兩級中斷,1個雙工序列口;具有片內自激振盪器和時鐘電路等標準功能。此外,at89c52設有靜態邏輯,用表1位址分配表
濾波器a〖〗濾波器b資料位〖〗位址d0d1〖〗a3 a2 a1 a0〖〗鍵值〖〗資料位〖〗位址d0d1〖〗a3 a2 a1 a0〖〗鍵值m0am1b〖〗0000〖〗0〖〗m0bm1b〖〗1000〖〗8f0af1a〖〗0001〖〗1〖〗f0bf1b〖〗1001〖〗9f2af3a〖〗0010〖〗2〖〗f2bf3a〖〗1010〖〗10f4af5a〖〗0011〖〗3〖〗f4bf5b〖〗1011〖〗11q0aq1a〖〗0100〖〗4〖〗q0bq1b〖〗1100〖〗12q2aq3a〖〗0101〖〗5〖〗q2bq3b〖〗1101〖〗13q4aq5a〖〗0110〖〗6〖〗q4bq5b〖〗1110〖〗14q6a〖〗0111〖〗7〖〗q6b〖〗1111〖〗15於執行到零頻率,並支援軟體選擇的節電執行方式和空閒方式,使cpu停止工作,而允許ram、定時/計數器、序列口和中斷系統繼續工作。在掉電方式下,片內振盪器停止工作。由於時鐘被凍結,一切功能都停止,只有片內ram的內容被儲存,直到硬體復位才恢復正常工作。
該電路由晶元at89c52的p1口來控制,由微控制器的p1.0～p1.5口及p1.
7將資料送入儲存器54hc373存起來,再送入max262。通過設定相應的引數,可實現頻寬為30～50 khz的帶通濾波。抗干擾電路選用x25045晶元。
x25045有三種功能：看門狗定時器、電壓監測、e2prom。看門狗電路在系統出現故障,程式「跑飛」時,會產生復位訊號,使系統復位。
電壓監測可以保護系統免受低電壓狀態的影響。當vcc降到最小vcc轉換點以下時,系統復位,一直到vcc返回且穩定為止。在濾波器輸出中,顯示器選用大連東方顯示器材公司的edm1601。
它是16列×1行的液晶顯示器元件,與cpu介面簡單、功耗低、程式設計方便。鍵盤操作時可能會由於邏輯輸入躍變而產生某些雜訊。為避免出現這種情況,在輸入的數字線接有邏輯門緩衝（圖4中未畫）。
2.2軟體部分
採用組合語言程式設計,max262的位址a0～a3與資料d0d1的關係如表1所列。由表1可看出,每個濾波器的工作模式、中心頻率f0、品質因數q值所需程式設計資料,均需分8次寫入max262的內部暫存器才能完成圖5系統主程式流程設定。系統的主程式流程（微控制器主程式）如圖5所示。
首先進行初始化,然後從片內ram中讀取新設定標誌位進行判斷：如果不是,給max262晶元送入濾波器所需的初始化工作引數;如果是新設定,則根據新建中斷服務程式獲得的鍵位進行處理。進行新設定時,首先根據輸入的鍵值完成對濾波器的選擇,包括濾波器a和b的設定選擇,以及相應濾波器的型別選擇。
然後,由q值計算n並轉換成二進位制程式設計資料q0～q6送片內ram,由輸入的中心頻率f0值計算n1。n為二進位制資料q0～q6對應的十進位制整數,範圍為0～127,共128級;n1為二進位制資料f0～f5對應的十進位制整數,範圍為0～63,共64級。在獲得max262的工作引數後,根據表1將這些引數轉換為8位元組的程式設計資料。
由at89c52的p1口通過54hc373送入max262。設定完成後,max262就按照當前所需求的中心頻率、q值和濾波器工作方式對輸入訊號進行濾波處理。
3應用例項
下面分析由max262設計的切比雪夫i型四階帶通濾波器的工作情況。
設計要求:中心頻率f0=40 khz,q=50。選晶振頻率為6 mhz,晶振二分頻後為3 mhz,即fclk＝3 mhz,fclk/f0＝75.
53。通過查參考文獻［5］,可得n1=4;通過參考文獻［5］給出的fclk/f0與f0～f5的關係**,得到本文根據fclk/f0計算程式設計資料f0～f5的公式,即fclk/f0與f0～f5的關係為：fclk/f0=40.
84+1.57n1。
同樣,對應濾波器的q值也是通過計算來獲得q值的程式設計資料q0～q6的。q值與q0～q6的關係為：q=64/（128-n）。
其工作模式為模式2,f5～f0為000100,品質因數q6～q0為0100000,m1m0為01,程式設計輸入為010000000010001。
濾波器的傳遞函式為h(s)=(kcω20/q2)s2〖〗s4+(bω0/q)s3+(2+c/q2)ω20s2+(bω30/q)s+ω40
圖6切比雪夫ⅰ型四階帶通濾波器的頻率響應曲線式中的b、c值可按上述要求算出來。
圖6是由pspice作出的該濾波器的頻率響應曲線。
結語採用微控制器at89c52完成對可程式設計濾波器max262的控制,能很好地實現有源濾波器的設計工作。這種程式控制濾波器具有使用靈活、除錯容易及工作效能穩定等特點。它只要1片max262通過濾波器a和b的級聯就能很容易完成四階濾波器電路的設計。
另外,還可以通過對at89c52的ale訊號進行倍頻和分頻,實現對max262的所有工作頻率範圍的覆蓋。該電路稍加改動後,還可通過對不同引數和n值的設定,來實現全通、低通、高通、帶阻等濾波器的設計。
參考文獻
1王楚,餘道衡. 電子線路原理\[m\]. 北京:北京大學出版社, 1995
2餘永權. flash微控制器原理及應用\[m\]. 北京：電子工業出版社, 1997
3席德勳. 現代電子技術\[m\]. 北京：高等教育出版社,1999
4周宇華. 開關電容濾波器綜述\[j\]. 電子科學技術,1983（10）
5劉強,郭文. maxim熱門積體電路使用手冊\[m\]. 北京:人民郵電出版社, 1997
鄧重一：副教授,研究方向為檢測技術、訊號處理、eda技術、電磁相容技術。
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