程控低通濾波器的設計畢業設計(完整版)

　　

【正文】 轉向有源濾波器 [17]。 具體 的實現如下： (1)接入 到電路中的 不 同電容，與 LM358 運放 構成 濾波 電路； (2)單片機 控制著模擬開關，使得 不 同的電容通過觸發按鍵接入到 電路 中，從而生成不同截止頻率的濾波電路 [9]； (3)整個 程 控 低通濾波器的設計分為 50Hz、 100Hz、 1000Hz 三種截止頻率； (4)選擇 的電路模式和截止頻率要通過 LCD 液晶進行顯示。 本 設計主要研究內容 本課題 是 以 AT89LV52 單片機為 核心控制器， 通過 電壓跟隨器 隔離輸入 信號與低通濾波器 這 二者前后級 之間 的影響 ，單片機 通過引腳控制 CD4051 模擬 開關，繼而選擇不同截止頻率的 低通 濾波 電路接 通的電容 值 ， 通過 LM358 運 放和電容值構成 有 源二階低通濾波器 [7]，最后利用 LCD 將截止頻率值進行顯示 。在 后 來 隨著 我國國家實力和科技能力的逐漸 強大 ， 在國 家對科研的重視程 度也 越來越 加強的 情況下，國內的濾波器設計技術也 逐漸 進步。 60年代 計算機技術獲得了飛速的發展，借助于 各種 新技術例集成工藝大大進步、工程材料復合型越來越多 使得 濾波器的設計也發生了非常大的變化。 在 電子學科中對實驗 儀器 的要求是很嚴格的，而在所有的設備中濾波器的設計應該是最難的一 種 了，曾也有人說濾波器的不斷發展就是電子工業不斷發展的一個縮影，所以濾波器的設計是各個國家在科研投入上最注重的一塊。 關鍵字 ： AT89LV52； 模擬 電子開關 ； LM358AD； 濾波器 ； Multisim 黑龍江 工程 學院本科生畢業設計 II ABSTRACT This design is the design idea and realization method of the programmable low pass filter system scheme based on MCU. The system takes the 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 amplifier, achieve the role of frequency signal buffer and isolation interference, then let the signal enter the positive phase. Utilize LM358AD to realize the secondorder lowpass filter circuit of voltage control source with noninverting input. Finally, the results of the filter are displayed with LCD. The subject of this design is n lowpass filter with program control in bination with the system design requirements. Demonstrate the design idea and the overall framework of the secondorder lowpass filter in detail, then, describe the hardware circuit structure and the software design of 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。s Degree Design of Program Controlled Low Pass Filter Candidate： Ma Hengkun Specialty： Electronic Information Engineering Class： 112 Supervisor： Associate Prof. Liu Jingsen Heilongjiang Institute of Technology 20xx06 然后 ， 詳盡地闡述了系統的硬件電路結構和完成各項功能相關的軟件設計 。應用 本 系統到實際 的 工程環境中效果將會是十分顯著的，通過 按鍵 的方式進行截止頻率的選擇，單片機在接收到按鍵信號 會 給模擬開關相應的命令，然后信號就會通過 有 不同 截止 頻率 值 的功能電路。 需要工 程技術 人 員在 信號 處理領域 把 最具代表性的 濾波 器做好、做強，所以本 課題所 設計的低通濾波器是有著很重要的現實意義的。 在 現代科技領域人 們 對于 濾波器 的發展主要是結合的實際產品的開發 [2,3]。 按 頻率通帶范圍分類，濾波器可分為低通、高通、帶通、帶阻、全通五個類別 [5,6]。 第 4 章 主要 首先 介紹 總體 系統的設計流程 ， 然后詳細介紹 怎樣 通過單片機進行程控 通道 的 選擇 ， 而后介紹了 怎樣用 程序軟件解決按鍵的抖動 問題 。 方案 二： 采用 集成運放結合 電阻 R、 電容 C 形成 有源濾波電路，這樣電路結構簡單，所需元件少、性價比高，且電路輸入阻抗高、輸出阻抗低，可以在阻帶實現很大的衰減 [13,14]。通過 不 同電容值的接入就 可 以實現不同截止頻率的 濾波 電路 ， 而后單片機通過控制 LCD 液晶實時顯示當前工作的模式和相應的截止頻率數值 [22]。 所以 滿 足這款芯片正常穩定工作運行的核心控制硬件模塊為此次設計的第一部分， 控制 電路如 圖 所示 ： 圖 單片機 最小系統 上 圖為單片機的最小系統電路， 由于單片機 內部沒有晶振來提供系統所需時鐘也黑龍江 工程 學院本科生畢業設計 8 沒有復位電路給系統進行復位，所以 由 C C7 兩個 電容 結合 12M 的晶振 組 成 給 單片機 固定 的 節拍 時鐘 ，由按鍵 SWPB 結合 電容 C 電阻 R2 構成 單片機 復位電路， 同 時給單片機的 P0 與 P2 端口外 接 的 上 拉電阻。 本設計的截止頻率分別是 50Hz、 100Hz和 1KHz。首先 在單片機的 端口 處選擇三個引腳 作 為控制端的輸出命令信號，然后將三個引腳分別對接模擬開關的通道選擇端 A、 B、 C三 個引腳， 模擬 開關 擁 有 1 個 輸入口， 8 個輸出 通道的選擇 。 電源 電路設計 本 設計系統中的每一個 電路 模塊 都 需要有電源來供電，所以電源 電路 部分 的 設計是不可缺少的， 又 因為電路中的各部分器件所需要的電壓有不同 ， 所以需要設計一個能提供多電 壓 的 供電 電路，因 為 有 運算放大器的原因， 在 電源電路的設計中還 要 注意要能夠提供出負電壓，因為運 算放大 器采用的電源是正負電壓供電的方式，供電電源電路的設計如圖 所 示： D121N4007D71N4007D81N4007D131N4007D21N4007D161N40073300uFC3D31N4007D181N4007123P_IN100uFC1C6C153300uFC13100uFC17100uFC9100uFC16D910kR1Vin1GND2Vout37805U27805GND1Vin2Vout37905U57905GND1Vin2Vout37912U47912Vin1GND2Vout37812U17812C5C11C12C10D41N4007D11N4007D141N4007D111N4007100KR2100KR35V5V12V12V1 23 45 67 89 1011 12P5V123456P5V1 23 45 67 89 1011 12P12V123456P12VGNDGND 圖 電源電路 由 圖 可以看出 ， P_IN 接變壓器的三個輸入端，系統 采用的線性電源是將交流電經過變壓器降低電壓 值 ， 然后 再經過整流電路 得 到的直流電壓。 在 設計中 對處理 器芯片 進行 程序代碼的編寫 ， 首先是對芯片進行初始化配置把相應的時鐘、復用引腳 、 液晶顯示的 程序 等都設置好。 單片機 在接收到按鍵選擇的工作模式后就會通過引腳給模擬開關的控制端輸入相應的高低電平，生 成相應的命令 使 濾波電路得到不同的 接入 電容從而實現不同的截止頻率 ，這 樣就實現了整個程控濾波電路的流程設計。 黑龍江 工程 學院本科生畢業設計 18 第 5 章 仿真 與測試 本 課題在 制作 實際電路板時， 首先 是制訂系統設計方案并根據實際情況得出最優設計選擇，然后去根據系統設計的需求來選擇性能及價格都合適的相應電子器件，根據 器件 的 特性 選擇相應的編譯器及下載方式并利用編程軟件編寫出符合相應功能要求的程序代碼 ， 此上的這些步驟為實際電路設計的 前提 。 該 系統設計的要求是 利用單片機 程控的方式 ， 選擇不同的低通濾波電路 接入 不同的電容 阻 值得到 截止頻率不 同的濾波設計。 實 物 調試 本設計的硬件部分通過調試，在調試過程中遇到很多問題，由于本 電 路是自己焊的，所以電路容易出現某根線斷了的情況，本已經測試好的電路不得不重新查找問題。 200Hz的信號頻率通過 程 控濾波 電路 后 發 生了 一 些變化，信號的幅度值 被削減變小 ，說明 200Hz 信號通過了截止頻 率為 100Hz 的 低通 濾波電路時 發生了截止，信號不能完全通過低通濾波電路 。 在經過了兩個多月的時間后 ， 設計完成了 預期 的功能指標 包括二 階低通濾波 電路 的設計、 選擇 不同截止頻率濾波電路、程控濾波電路、液晶顯示電路 等設計要求。 單片機 通過與 LCD 相連 ， 把當前工作電路的截止頻率與工作模式顯示出來，便于人們觀察。在大學的四年里，真的是終身受益，這次的畢業設計也 對自己有了新的認識，在整個的設計過程中發現了自己的許多不足，同時，也讓自己對學習有了新的感悟，做 項目做工程在書本理論知識充足的前提下，還要有豐富的動手實踐能力 和解決 問題的自我學習能力，這些都非常非常的重要，在這兩個月的實踐中， 感覺到只 有真正的去做，去實現才能理解到理論知識的真正內涵。 黑龍江 工程 學院本科生畢業設計 31 附 錄 附錄 A：硬件電路圖 D121N4007D71N4007D81N4007D131N4007D21N4007D161N40073300uFC3D31N4007D181N4007123P_IN100uFC1C6C153300uFC13100uFC17100uFC9100uFC16D910kR1Vin1GND2Vout37805U27805GND1Vin2Vout37905U57905GND1Vin2Vout37912U47912Vin1GND2Vout37812U17812C5C11C12C10
。 在這次的設計中，剛開始時有些迷茫，不知如何下手，后來經過自己不斷查閱資料與老師交流后，思路開始漸漸清晰起來，在解決了一個又一個的困難后，終于實現了預期的功能與要求，那時有一種很幸福的感覺，通過這次的設計我得到的感悟是：遇到事情不要怕困難，不要失去信心，一步一步的去實現，去解決問題。