程控滤波器

　　程控滤波器滤波器输入端采用同相放大电路进行阻抗匹配，使输入电阻达到兆欧数量级。该系统主要由3个部分组成：人机交互模块、双二阶环路滤波模块、可变电阻模块。 　　双二阶环滤波器电路的截止频率与Q值由其中某些电阻、电容值决定，且两参数相互独立。R-2R梯形网络、电流输出型DAC可等效为阻值仅受输入数据控制的电阻。通过由单片机控制的DAC作为等效电阻来控制滤波器的截止频率和Q值，可实现滤波器参数精确程控，且滤波器参数调节的精度随着DAC位数的增加而增大。该方案可由同一电路产生高通、低通、带通、带阻滤波器，节约了硬件资源，从而有效地降低设计成本。

　　本系统的核心部分为双二阶环路滤波器，双二阶环路滤波器利用两个以上由加法器、积分器等组成的运算放大电路，根据所要求的传递函数，引入适当的反馈构成滤波电路。其突出的特点是电路灵敏度低，因而特性稳定，并可实现多种滤波功能，经适当改进还可以减少运算放大器的数目。本系统采用了TI公司的四通道运放OPA404，设计了一个双二阶环滤波电路。OPA404是一款四路高速精密运算放大器，其带宽可达* MHz，电压摆率可达35 V／s，可以实现本系统的设计要求，电路原理图如图2所示。

　　该系统利用数字合成信号源、双踪示波器、仿真机、交流电压表进行了测试。调节输入信号的频率，并利用交流电压表记录输出电压的有效值，将实际测量值和预置值进行对比和分析。

　　对于低通或者高通滤波器，预置其Q值(品质因数)为0．707。测试结果表明，滤波器截止频率在100 Hz～50 kHz可调，实际测量的截止频率与设置值误差小于1％。在滤波器的阻带内，达到10倍频程40 dB衰减的效果，通带内起伏小于0．5 dB。

　　对于带通或者带阻滤波器，预置其Q值为5，测试结果表明，滤波器中心频率在600 Hz～7．2 kHz范围内可调，实际测量的Q值与预置值误差小于3％。

　　系统软件采用模块化和层次化的设计思想。采用模块化方法，即是对某一硬件模块进行控制时，只需调用相应的控制模块即可。模块内采用层次化设计，把底层的硬件接口处理编制为独立底层子程序，并向上提供处理的数据，且对上层功能模块屏蔽底层硬件接口部分。最后，主程序只需要调用相关的功能模块就可以方便构建系统。

　　本系统的软件部分主要由单片机组成，其中主要包括系统的初始化、中断的响应和中断的处理。该设计的功能实现以键盘的按键中断为主线，通过读入用户输入的键值，在相应的中断响应函数中以总线的方式与外部硬件电路进行数据的交换，实现对滤波器截止频率(中心频率)以及Q值的设定。系统软件流程见图3。