可调增益程控滤波器的设计
1 系统设计
由于信号处理系统的输入信号是含有噪声干扰的微弱信号，因此首先该系统应该能对微弱信号进行放大，然后再滤波，滤除干扰和噪声；其次，该系统还应该能根据信号强度的大小和噪声干扰频率的不同，通过键盘重新设置系统的增益和滤波器的频率等，并且将当前的设定值显示出来。根据以上要求，该系统由三部分组成，即程控放大部分、程控滤波部分和键盘、显示部分。整个系统以89C51单片机为控制器，将这三部分连接起来构成一个可调增益程控滤波的信号处理电路，系统原理框图如图1所示。
2 程控放大部分设计
该部分的功能主要是按照给定的增益对输入信号进行放大，也就是说放大倍数是由程序控制可调的，为了完成这样的功能，在这里选用运算放大器AD826和10位D／A转换器AD7520的内部电阻网络组成一个程控可调增益的放大电路。AD826具有50 MHz的增益带宽积和较高输出驱动能力，对于普通信号的放大完全可以满足。AD7520内部集成了10个模拟开关控制的电阻网络，而且这10个模拟开关是可编程控制的，根据这样的特点，用AD7520内部电阻网络与AD826共同组成程控增益部分电路，原理如图2所示。
3 程控滤波部分设计
程控滤波部分采用可编程控制的滤波器芯片MAX261来实现。MAX261是CMOS双二阶通用开关电容有源滤波器，它无需外围元件即可构成多种低通、高通、带通、带阻等滤波器，最大工作频率范围从0.4 Hz～57 kHz，其原理图如图3所示。用MAX261设计滤波器时主要是设计5个参数，时钟频率fCLK；中心频率f0，以及对应的编程系数Nf；品质因数Q，以及对应的编程系数Nq。其中fCLK由外部晶振频率决定。这5个参数之间是有相互关系的，计算起来很复杂，为了提高设计效率可用MAXIM公司为MAX261滤波器提供的专用设计软件来计算。在计算f0和Q时应选择不同的工作模式。
模式1：可以构成-巴特沃思、切贝雪夫、贝塞尔滤波器实现全极点低通和带通滤波器。
模式2：用来构成全极点低通和带通滤波器，和模式1相比，优点在于能够获得更高的Q值和低噪声输出。
模式3：能构成高通滤波器，其最大输入时钟频率小于模式1中采用的频率。
模式3A：通过运用片内自由运放把模式3中高通与低通输出相加构成独立的带阻。
模式4：可提供全通输出，也可用来提供全极点低通和带通滤波器。
在设计滤波器时可根据需要选择相应的模式。
对MAX261编程，主要是将编程系数Nf和Nq写入滤波器A和B的存储器中。MAX261的硬件原理图如图3(b)所示，用单片机的I／O口P0.0～P0.3控制四位地址线，用P0.4和P0.5控制数据线，P0.6为写控制位WR。由于Nf是六位的二进制数：F0～F5，Nq是七位的二进制数：Q0～F6，而数据位只有两位，所以对MAX261编程时应按照表1所示的地址数据格式写入。
对MAX261写数据时，地址、数据和写控制位的时序按照图4所示时序操作。地址信号在写控制位低电平时有效，数据将在WR上升沿时被写入由地址确定的存储单元中。编程时先让P0口将地址、数据和WR同时送出，如P0=80H表示WR为低电平，准备将工作模式1的控制字写入滤波器A，接着让P0.6=1，即WR由低跳高，模式1控制字就被写入存储单元。
4 键盘和显示部分设计
键盘用3个按键K1，K2，K3即可完成。K1选择程控对象，即选择当前是对程控放大部分编程还是对程控滤波部分编程，当K1选定后，K2，K3定义为加、减选择，用来调整放大部分的增益或改变滤波部分的中心频率。显示部分用已封装好的LCD显示模块，不需要另行设计。
5 结 语
本系统将3个器件AD7520，AD826，MAX261有效地结合起来，以单片机为控制器来控制放大增益和滤波频率，实现了对输人小信号的前级放大，后级滤波，消除噪声干扰，最终输出一个真实有效测量信号，可完成对测量信号的处理功能。
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