程控滤波器概述

程控滤波器核心部分

程控滤波器系统测试

程控滤波器软件设计

程控滤波器概述

测量系统从传感器拾取的信号中，往往包含有噪声和许多与被测量无关的信号，并且原始的测量信号经传输、放大、变换、运算及各种其他的处理过程，也会混入各种不同形式的噪声，从而影响测量精度。这些噪声一般随机性强，很难从时域中直接分离，但限于其产生的机理，其噪声功率是有限的，并按一定的规律分布于频域某一特定的频带中。信号分离电路一般采用滤波器实现噪声的抑制，提取所需的测量信号。但是系统中采用的滤波器的形式和截止频率往往是固定的，很难做到可调，这就给系统的设计带来一定的不便。然而，开关电容滤波器的使用可以很好地解决这一问题，但是开关电容滤波器的价格较高，会提高系统的设计成本。

程控滤波器核心部分

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，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。

程控滤波器系统测试

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100Hz～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40dB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600Hz～7.2 kHz范围内可调，实际测量的Q值与预置值误差小于3%。

程控滤波器软件设计

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。