使用16位单片机和开关电容技术设计四阶低通椭圆程控滤波器

　　本系统以凌阳16位单片机为控制核心，利用开关电容技术实现程控滤波的功能。前端放大器由运放和数字电位器构成，，步进10dB可调。滤波器采用模拟开关和电容的组合替代电阻的技术，构成RC有源滤波网络，实现了程控高通、低通滤波截止频率1KHz—20KHz，步进1KHz可调。设计实现了四阶低通椭圆滤波器。利用单片机和直接数字调制技术（Direct Digital synthesizer）芯片AD9850，设计并制作了简易幅频特性测试仪，扫频输出信号范围从100Hz到200KHz，步进10 KHz可调。人机接口采用4×4键盘及LCD液晶显示器，控制界面直观、简洁，具有良好的人机交互性能。

　　经过仔细研究分析，我们认为系统的结构框图1.1如下所示：

　　根据题目要求，我们分以下三部分进行方案设计与论证

　　1．1主控单元

　　方案一：采用80C51系列单片机，但其与外围设备的接口电路较为复杂。

　　方案二：采用凌阳SPCE061A单片机。它中断资源丰富，而且内置了在线仿真、编程接口，可方便地实现在线调试。

　　经过比较后采用方案二。

　　1．2 放大器部分

　　程控放大器的增益，一般有两种途径，一种是改变反相端的输入电阻，另一种是改变负反馈电阻阻值。

　　方案一：采用模拟开关或继电器作为开关，构成梯形电阻网络，单片机控制继电器或模拟开关的通断，从而改变放大器的增益。此方案的优点在于简单，缺点是电阻网络的匹配难以实现，调试很困难。

　　方案二：用DAC的电阻网络，改变电阻的方法，电流输出型DAC内含R-2R电阻网络，可以作为运放的反馈电阻或输入电阻，在DAC输入数据的控制下，实现放大器增益的程控改变。该方案的优点无需外接精密电阻，增益完全由输入的数字量决定，就可以对信号进行放大或衰减，使用方便；缺点是信噪比较低，通频带较窄。

　　方案三：非易失性数字电位器改变电阻，克服了模拟电位器的主要缺点，无噪声，寿命长，阻值可程控改变，设定阻值掉电记忆。该方案优点是增益范围宽，占用μP口少，成本低。通频带取决于运放的通频带。

　　在本题中，电压增益为40dB，增益10dB步进可调，通频带为100Hz～40kHz，放大器输出电压无明显失真。由于输入信号幅值很小，所以我们选用高精度的测量放大器AD620。

　　我们采用方案三，非易失性数字电位器与测量放大器的组合，实现程控放大器。电压增益为60dB，增益10dB步进可调，通频带为100Hz～40kHz，放大器输出电压无明显失真。

　　1．2 滤波器部分

　　根据题目要求低通滤波器在2fc处，高通滤波器在0.5fc处，放大器与滤波器的总电压增益不大于30dB，我们选用二阶电压控制滤波器。