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1、 学 号 05081522 密 级 哈尔滨工程大学本科生毕业论文基于单片机控制的程控有源滤波器设计院 （系）名 称：信息与通信工程学院专 业 名 称：电子信息工程学 生 姓 名：孙艺华指 导 教 师：苍岩 讲师2009年6月基于单片机控制的程控有源滤波器设计 孙艺华 哈 尔 滨 工 程 大 学哈尔滨工程大学本科生毕业论文 基于单片机控制的程控有源滤波器设计学 院：信息与通信工程学院 专 业：电子信息工程 学 号：05081522 学生姓名：孙艺华 指导教师：苍岩 讲师 2009年6月哈尔滨工程大学本科生毕业论文摘 要有源滤波器广泛应用于数字信号处理、通信、自动控制领域,但设计可变宽频带有源滤波
2、器则比较困难。利用单片机控制参数可编程的双二阶通用开关电容有源滤波器,精确设置有源滤波器的中心频率,论文的变量要用Times New Rouman体 品质因数Q及有源滤波器的工作方式。本系统主要分为两个部分:即程控滤波器和程控放大器。程控放大器电压增益为40dB，通过单片机控制DA进行分压，可精确实现要求的10dB步进，误差小于0.5%，通带为100Hz-500KHz，输入电压峰峰值范围为10mV，在输入范围内无明显失真。由MAX264为核心的滤波器，可设置为高通、低通滤波器。通过单片机直接给出控制频率，使-3dB截止频率在1KHz-20KHz内可调，步进1KHz，误差小于1%。整个系统以51
3、单片机为控制核心，为用户提供人性化操作界面你编操作界面了吗？液晶显示屏可直观显示参数，电路简单且使用集成芯片，因此性能稳定，且具有较高精度，滤波参数调节通过单片机控制，较为方便。关键词：程控放大器；DA 转换器的电阻网络；开关电容滤波器ABSTRACT Active power filter is widely used in digital signal processing, communications, automatic control area, but the design of broadband active power filter is more difficult th
4、an it. The programmable parameters of the dual second-order switched-capacitor active filters are controlled by singlechip. It also can set the active filter center frequency, quality factor Q and the active filter works way accurately.Control parameters using single-chip programmable general-purpos
5、e dual second-order switched-capacitor active filters, precision setting of the active filter center frequency, quality factor Q and the active filter works. The system is mainly divided into two parts: that is, program-controlled program-controlled filters and amplifiers. Program-controlled voltage
6、 gains amplifier 40dB , single-chip controls, through pressure to DA to divide the voltage that may be required to achieve 10dB precision stepper. And , tthe error is less than 0.5% forwhen the pass-band is 100Hz-500KHz, input voltage peak - the peak range of input voltage is 10mV.Moreover, the inpu
7、t has no significant distortion of the framework. As the core filter,MAX264 as the core from the filter can be set to high-pass, low pass filter. Given directly through the single-chip microcomputer to control the frequencyBecause controlled frequncey can be given directly by singlechip , so that th
8、e-3dB cut-off frequency 1KHz-20KHz with adjustable, step 1KHz each step, and the erro is less than 1% error. The entire system for the control of 51 single-chip coreis the core of the system, toLCD screen provides users with user-friendly interface.,The circuit of designed system is easy to use inte
9、grated circuit chips. , sosoothe performance fo the system is stable, andand with higher precision., The filter parameter can be adjustedment throughby the single-chip control, tha is more convenient for usersthem. Keywords: program-controlled amplifier; DA converter of the resistor network; switche
10、d-capacitor filter目 录第1章 绪论11.1 本课题研究背景11.2 开关电容滤波器的特点11.3 开关电容滤波器的应用现状31.4 本文的主要工作和章节安排5第2章 程控滤波器的方案设计72.1 程控放大部分的方案设计与选择72.2 程控滤波部分的方案设计与选择92.3 程控滤波器的总体设计方案112.4 本章小结11第3章 程控滤波器的硬件设计与理论分析133.1 程控放大部分的电路设计133.1.1 MCS-51单片机133.1.2 放大器AD817和双运放NE5532183.1.3 DA转换器TLV5618213.2 程控滤波部分的电路设计223.2.1 程控滤波器M
11、AX264223.2.2 模拟开关CD4053303.3 本章小结31第4章 程控滤波器的软件设计324.1 程控滤波器的软件流程图324.2 本章小结33第5章 数据测试及结果分析345.1 数据测试仪器345.2 测试方法与测试数据345.2.1 程控放大器测试345.2.2 程控滤波器测试355.2.3 实验结果分析365.3 本章小结37结 论38参考文献39致 谢41第1章 绪论1.1 本课题研究背景电力电子技术是未来科学技术发展的重要支柱，然而，电力电子技术带来方便、高效和巨大利益的同时，它的非线性、冲击性和不平衡用电特性，也给公用电网的供电造成严重污染，对公用电网注入大量的谐波和
12、无功功率。 另一方面，随着以计算机为代表的大量敏感设备的普遍应用，人们对公用电网的供电质量要求越来越高，对电网中的谐波含量及用电设备的功率因数提出了更严格的要求。滤波器作为抑制或消除无用信号成分通过有用信号成分的电子装置，已大量应用于各类电路系统中，传统的分立元件组成的无源滤波器总是存在诸如带内不够平坦、频带范围窄且固定不变、结构复杂等缺点。随着软件无线电技术在电路系统设计中的广泛应用，寻找一种高精度可编程控制的通用滤波器已变的越来越重要。于是有源滤波器得到广泛应用，它利用可控的功率半导体器件，向电网中输入与原有的谐波电流幅度相等相位相反的电流，使电网中的总谐波电流趋于零，达到实时补偿谐波的目
13、的，但设计可变宽频带有源滤波器则比较困难。而单片机在检测和控制系统中得到广泛的应用，利用单片机控制参数可编程的双二阶通用开关电容有源滤波器，精确设置有源滤波器的中心频率，品质因数及有源滤波器的工作方式，因此研究程控有源滤波器具有较大的实际意义。1.2开关电容滤波器的特点：1965年单片集成运算放大器问世后，为有源滤波器开辟了广阔的前景。70年代初期，有源滤波器发展引人注目，1978年单片RC有源滤波器问世，为滤波器集成迈进了可喜的一步。由于运放的增益和相移均为频率的函数，这就限制了RC有源滤波器的频率范围，一般工作频率为20kHz左右，经过补偿后，工作频率也限制在100kHz以内。1974年产
14、生了更高频的RC有源滤波器，使工作频率可达GB/4（GB为运放增益与带宽之积）。由于R的存在，给集成工艺造成困难，于是又出现了有源电容滤波器：就是滤波器由电容和运放组成。这样容易集成，更重要的是提高了滤波器的精度，因为有源电容滤波器的性能只取决于电容之比，与电容绝对值无关。但它有一个主要问题：由于各支路元件均为电容，所以运放没有直流反馈通道，使稳定性成为难题。1982年提出用连续的开关电阻去替代有源RC滤波器中的电阻R，它仍属于模拟滤波器。但由于采用预置电路和复杂的相位时钟，使这种滤波器发展前途不大。 20世纪80年代技术改造一个重大课题是实现各种电子系统全面大规模集成。使用最多的滤波器成为“拦路虎”，RC有源滤波器不能实现全面大规模集成，无源滤波器和机械滤波器更不用说了，于是，人们只能另辟新径。50年代曾有人提出开关电容滤波器的概念，由于当时集成工艺不过关，并没有引起人们的重视。1972年，美国一个科学家发表了用开关和电容模拟电阻R，说开关电容滤波器的性能只取决于电容之比，与电容绝对值无关，这样才引起人们的重视。1979年一些发达国家单片开关电容滤波器已成为商品（属于高度保密技术）。现在开关电容技术已趋成熟。它采用MOS工艺加以实现，被公认为80年代网络理论与集成工艺的一个重大突破。开关电容滤波器具有
