实验二 基于MAX262的程控滤波器的设计

实验二基于MAX262的程控滤波器的
设计
一、实验目的
1．熟悉程控滤波器MAX262的基本工作原理；
2．掌握MAX262的编程设置方法；
3．掌握MAX262幅频特性的方法。

二、实验设备
1. MAX262模块
2.双踪示波器（TDS1012）
3.函数信号发生器
4.万用表(MY-65)
三、实验原理
1.概述
滤波是数据采集、信号处理和通信系统等领域必不可少的重要环节，如A/D转换前的“限带抗混叠滤波”和D/A转换后的“平滑滤波”。

在信号频率动态范围较宽的场合，设定固定截止频率的滤波技术已很成熟，但在许多工程应用领域，信号频率的动态范围往往很宽，其信号频率在几赫兹到几千赫兹之间。

因此，就有必要采用多种截止频率的滤波器，采用程控滤波法对频率动态范围较宽的信号进行滤波。

可编程滤波器芯片MAX262利用开关电容滤波原理，可以通过编程对各种低频信号实现低通、高通、带通、带阻以及全通滤波处理，内部含有两个相同的滤波单元A/B，每个单元是两节滤波，故一片MAX262可以构成4阶滤波器。

且滤波的特性参数(如中心频率、品质因数等)，可通过编程进行设置，电路的外围器件也很少，同时用单片机对MAX262进行过程控制，还可以同时对两路输入信号进行二阶低通、高通、带通、带阻以及全通滤波处理。

这使得滤波器的中心频率可以在15 Hz～50kHz
范围内实现64级程控调节，其Q值可在0.5～64范围内实现128级程控调节。

2.引脚及功能
图1 MAX262引脚及组成框图图
表1 MAX262引脚引脚名称引脚功能
V+正电源输入端
V-负电源输入端GND模拟地
CLKA 外接晶体振荡器和滤波器A部分的时钟输入端，在滤波器内部，时钟频率被2分频。

CLKB滤波器B部分的时钟输入端，同样在滤波器内部，时钟频率被2分频。

CLK OUT晶体振荡器和RC振荡的时钟输出端。

OSC OUT与晶体振荡器或RC振荡器相连，用于自同步。

INA INB滤波器的信号输入端。

BPA BPB带通滤波器输出端。

LPA LPB低通滤波器输出端。

HPA HPB高通带阻全通滤波器输出端。

WR写入有效输入端，低电平有效。

A0、A1、A2、A3地址输入端，用来完成滤波器的工作模式、f0、Q 的相应设置。

D0、D1数据输入端，可用来f0、Q的相应位进行设置。

OP OUT MAX262的放大器输出端。

OP IN MAX262的放大器反向输入端。

使用时要用到四个参数：中心频率f0、Q值，时钟频率，工作模式。

（1） 滤波器的类型（LP/HP/BP/NOTCH）通过引脚连接确定；
（2） 滤波器的截止频率f0通过fclk和参数FN共同决定；
（3） 滤波器的Q值通过参数QN决定。

参数测定可以较精确，但因为是开关电容滤波，故输出波形呈阶梯
状。

2、工作模式及设定参数
（1）四种模式
模式1 带通、低通。

适用类型巴特沃斯、切比雪夫、贝塞尔。

也可用于带阻滤波器，但有注意点，见PDF。

模式2 全极点带通、低通
模式3 椭圆带通、椭圆低通、高通
模式4 全通
（2）滤波器的时钟fclk
fclk通过引脚CLKA/CLKB输入，可以同参数FN一起改变滤波器的截止频率fo。

（3）频率控制字
NF值是针对f0的二进制数值的十进制表示。

中心频率范围1HZ-100KHZ，MAX262中心频率最大可到140KHZ。

　中心频率或拐点频率计算方法：
模式1、3、4：；转换得
模式2：
（4）品质因数控制字
NQ值范围0.5-64.0，最大模式可达90。

Q值控制字计算方法：
模式1、3、4：，
转换得NQ=128-64/Q
模式2：，
转换得NQ=128-90.51/Q
3．软件设计
MAX262的地址A0～A3与数据D0D1的关系如表所列，由表可看出每个滤波器的工作模式、中心频率f0、品质因数Q值所需编程数据均需分8次写入MAX262的内部寄存器才能完成设置。

系统的主程工作模式、NF、NQ都可以通过对MAX262的地址线、数据线、控制线的写操作存入MAX262内部ROM中，从而使系统工作。

选择A0-A3，ROM内的数据会更新，D0/D1为数据位。

数据在WR信号下降沿写入。

fclk输入端电信号不会对数字信号端产生干扰。

内部ROM 分配如下：
表2 地址分配表
下图是控制数据输入时序，可在WR的下降沿经逻辑接口给滤波器A、B中的 fclk/f0、Q及工作模式控制字分别赋予不同的值从而实现各种功能的滤波。

图2 MAX262控制数据输入时序图
4．设计注意事项
（1）单片机向MAX262连接时中间加上锁存器74LS574可显著降低干扰。

（2）设置频率f0有两种方法：
方法一：fclk固定，改变FN的值。

因为FN范围只有[0-63],故步进值很小且精度低。

方法二：FN固定，改变fclk。

调节fclk可以得到满意的截止频率。

四、实验电路
图3 MAX262电路原理图
图4 MAX262PCB图
五、实验内容
1、工作模式及设定参数
设计一截止频率为fc=1KHz的二阶低通滤波器，选择MAX262工作模式2。

依据已知参数计算其频率控制字和品质因数控制字，并填入下表。

表2 品质因数控制字
f clk f clk/f0NF F5F4F3F2F1F0
200KHz
表3 品质因数控制字
Q NQ Q6Q5Q4Q3Q2Q1Q0
1
2、工作模式及设定参数
函数信号发生器产生峰-峰值为up-p= 2V，频率为fi =100Hz的正弦波。

同时接入双踪示波器的CH1踪接滤波器器输入端，将波器器输出端接入示波器的CH2踪。

保持高频信号源输出幅度不变（示波器CH1监视）。

调整输入频率，步长100Hz，从示波器CH2上读出滤波器的电压幅值，并把数据填入表4。

以横轴为频率，纵轴为电压增益，按照表1-2，画出单调谐放大器的幅频特性曲线，测量的输出端峰-峰值是输入端的0.707倍的截止频率f c。

表4 滤波器幅频特性
f0(Hz)1002003004005006007008009001000
u0(p-
p)
f0(Hz)1100120013001400150016001700180019002000 u0(p-
p)。