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1、 本科学生毕业设计程控低通滤波器的设计 院系名称： 电气与信息工程学院 专业班级： 电子信息工程11-2班 学生姓名：马恒坤 指导教师： 刘静森 职 称： 副教授 黑 龙 江 工 程 学 院二一五年六月The Graduation Design for Bachelors DegreeDesign of Program Controlled Low Pass FilterCandidate：Ma HengkunSpecialty：Electronic Information EngineeringClass：11-2Supervisor：Associate Prof. Liu JingsenH
2、eilongjiang Institute of Technology2015-06Harbin黑龙江工程学院本科生毕业设计摘 要本设计是基于单片机的程控低通滤波器系统方案的设计思想和实现方法。系统以高性能、低成本AT89LV52为核心控制器配合CD4051模拟开关实现程序控制选择滤波电路的设计方法。利用LM358AD运算放大器设计两个电压跟随器,利用其输入阻抗高等特点实现频率信号的缓冲与隔离干扰的作用，然后让信号输入运放的正相端，利用LM358AD实现同相输入的压控电压源二阶低通滤波电路，最后将滤波的结果用液晶进行显示。本设计首先简单介绍了程控低通滤波器的发展现状，结合系统设计方案的要求，详
3、细论证了实现二阶低通滤波器方案的设计思路及系统的总体架构。然后，详尽地阐述了系统的硬件电路结构和完成各项功能相关的软件设计。最后，利用Multisim软件进行了电路仿真。系统结构简单，可靠性高，功能易扩展，适用于多种应用领域。关键字：AT89LV52；模拟电子开关；LM358AD；滤波器；MultisimABSTRACTThis design is the design idea and realization method of the programmable low pass filter system scheme based on MCU. The system takes the
4、AT89LV52 as the core controller featured with high performance and low cost coordinated with the CD4051 simulation switch to realize the design method of choosing the filtering circuit with program control. With the help of two voltage follower featured with input impedance and LM358AD operational a
5、mplifier, achieve the role of frequency signal buffer and isolation interference, then let the signal enter the positive phase. Utilize LM358AD to realize the second-order low-pass filter circuit of voltage control source with non-inverting input. Finally, the results of the filter are displayed wit
6、h LCD.The subject of this design is n low-pass filter with program control in combination with the system design requirements. Demonstrate the design idea and the overall framework of the second-order low-pass filter in detail, then, describe the hardware circuit structure and the software design of
7、 the system in detail. At last, the circuit simulation is carried out using Multisim software. The system has the advantages of simple structure, high reliability, easy expansion and can be applied in in many kinds of application fields.Keywords：AT89LV52; Analog Electronic Switch; LM358AD;Filter; Mu
8、ltisimII目 录摘要IAbstractII第1章 引言11.1 课题研究目的和意义11.2 国内外研究现状和发展趋势11.3 各章节主要内容2第2章 整体方案设计42.1 系统设计的需求42.2 系统方案的选择42.3 本章小结6第3章 硬件设计73.1 微控制器电路设计73.2 低通滤波电路设计83.3 显示控制电路设计103.4 电源电路设计113.5 本章小结11第4章 软件设计134.1总体程序设计134.2 程控通道程序设计154.3 按键去抖动程序设计154.4 本章小结17第5章 仿真与测试185.1 Multisim电路仿真185.2 实物调试215.3 本章小结26结束
9、语27参考文献28致谢30附录31黑龙江工程学院本科生毕业设计第1章 引 言1.1 研究目的和意义本次课题的目的是设计一个程控低通滤波器系统，设计该系统是为了让技术人员可以在对信号进行滤波处理时能够可以选择截止频率从而方便人员工作。应用本系统到实际的工程环境中效果将会是十分显著的，通过按键的方式进行截止频率的选择，单片机在接收到按键信号会给模拟开关相应的命令，然后信号就会通过有不同截止频率值的功能电路。本次设计程控低通滤波器系统包含单片机最小系统、压控电压源二阶低通滤波器设计、电源电路、LCD显示控制电路，工作人员通过液晶显示的数值得知当前电路的截止频率。低通滤波器是信号学科中非常重要的一个设
10、备，也是在学生学习与科研应用最多的一个机器，甚至可以说它的方便化、智能化、高性价比是实验设备一直不断追求的指标。在电子学科中对实验仪器的要求是很严格的，而在所有的设备中滤波器的设计应该是最难的一种了，曾也有人说滤波器的不断发展就是电子工业不断发展的一个缩影，所以滤波器的设计是各个国家在科研投入上最注重的一块。在工程项目中考虑到实际的现场中需要对多信号进行不同的截止滤波的情况，就需要使用到不同的截止频率的滤波器，同时在使用操作上不能过于复杂，滤波器的简单方便应用可以让在工作的人员更加快速地完成自己的相关实验或者是信号系统的工程建设，利用单片机程序控制的方式去切换不同的截止频率可以非常好地方便工作
11、人员。随着国家不断飞速的发展，在信号处理领域已从过去的极度落后中脱离出来，现在正在逐渐追赶发达国家在这方面的发展程序，甚至在某些层次上我国的技术已站在世界科学技术的前沿。在这种趋势下，一些基础的实验设备也要有相应的不断进步与更新，使其可以更好地服务科研人员进行科学研究。低通滤波器作为最基本的实验设备，它的相应功能的改善和增强是基础设备更新必须优先进行的一个关键步骤。需要工程技术人员在信号处理领域把最具代表性的滤波器做好、做强，所以本课题所设计的低通滤波器是有着很重要的现实意义的。1.2 国内外现状和发展趋势回顾整个电子工业的快速发展可以发现，滤波器在其中扮演着非常重要和突出的角色，它是工程技术
12、人员使用次数最多、出现频率最高的仪器设备1。在上世纪初德国的科学家首次成功制作了LC滤波器，在其后的几十年内这种基于电感、电容、电阻的滤波器越来越成熟，后来工程人员将这类滤波器统称为无源滤波器。60年代计算机技术获得了飞速的发展，借助于各种新技术例集成工艺大大进步、工程材料复合型越来越多使得滤波器的设计也发生了非常大的变化。这时人们已不在满足于过去的设计方法，而是朝着让性价比越来越高、占地面积越来越小、精度越来越高、功能越来越多的方向发展。70年代伴随运算放大器的产生，人们设计出了RC有源滤波器、而后又发明了数字滤波器等多种多样类型的滤波器，这时进入滤波器发展的最快速发展时期。而后伴随着集成技
13、术的飞速发展，人们设计出了单片集成方式的滤波器。这时滤波器的设计趋于稳定，重点发展方向变为提高设备的性能和增加滤波器的使用领域。在现代科技领域人们对于滤波器的发展主要是结合的实际产品的开发2,3。本课题所设计的程控低通滤波器就是根据这样的背景而产生的。滤波器在我国的使用也已很长的时间了，在最早期50年代时我国的滤波器设计技术是非常落后的，基本上都是由外国科技人员掌握着相关技术4。在后来随着我国国家实力和科技能力的逐渐强大，在国家对科研的重视程度也越来越加强的情况下，国内的滤波器设计技术也逐渐进步。现在我国在滤波器方面的研制和制造方面已很成熟，能够满足于常规情况下的所有技术要求。但在尖端领域内，我国在新型滤波器的设计研发上和国外发达国家还有一定的差距，相信随着国家的不断进步，人才的不断培养，在以后一定会达到和发达国家一样的先进科技水平。滤波器按处理的信号类型来区别的话，可以分为模拟滤波器与离散滤波器两种。其中模拟滤波器又可分为有源、无源、异类三个分类；离散滤波器可分为数字、取样模拟、混合三个分类。按频率通带范围分类，滤
