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自适应滤波器的研究与仿真设计

2021-06-02 21:34编辑: www.51jrft.com51今日论文网
摘 要本课题设计了一款滤波器系统,采用了自上而下的设计方法,将整个滤波器系统软硬件电路划分为VCA810滤波器模块、PWM波生成模块、ADC0832模数转换电路和AT24C02芯片电路设计等,在主控核心方案的选择方面则使用了STC89C51单片机作为控制器,使用了C语言编写了用于控制STC89C51单片机的程序代码,经过KEIL软件编译生成HEX目标文件后烧录到主控芯片中,通过其GPIO管脚对LCD1602显示器、ADC0832模数转换器和AT24C02型EEPROM的驱动,能够实现对滤波器通频带带宽的程序控制,使得-3dB截止点能够在10kHz~20kHz之间变换,用户只需要通过按动按键即可实现对滤波器参数的灵活调节,并且能够通过液晶屏幕读取到该滤波器当前的参数配置,这款滤波器的实现改变了以往纯模拟电路形式的滤波器的弊端,不需要用户更改元器件参数即可轻松控制滤波器。为了对设计成果的各个环节进行验证,以便从验证结果实现对滤波器系统的优化和改进,经过了多次的实验验证,本系统表现出了稳定的工作状态。
目录
一、 引言 1
(一) 滤波器的发展背景 1
(二) 滤波器的国内外发展现状 1
(三) 本文主要研究内容 2
二、 滤波器的方案设计 3
(一) 滤波器控制系统的原理分析 3
(二) 滤波器的实现方案设计 3
三、 系统硬件设计 5
(一) 滤波器主控电路设计 5
(二) 滤波器电路设计 6
(三) 滤波器通频带检测电路设计 6
(四) 滤波器参数掉电保存电路设计 7
(五) 液晶屏电路设计 8
(六) 按键电路设计 10
四、 系统软件设计 11
(一) 滤波器的主程序流程设计 11
(二) 液晶屏显示子程序流程设计 11
(三) 模数转换子程序设计 12
(四) 数据存储子程序设计 13
五、 实物制作与安装 15
(一) 仿真系统设计 15
(二) 实物制作与安装 17
总结 20
参考文献 21
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谢 22
附录一 原理图 23
附录二 PCB图 24
附录三 元件列表 25
附录四 程序 26
引言
滤波器的发展背景
滤波器系统的发展与单片机技术紧密相关,从上个世纪八十年代至今单片机技术已经经历了三十多年的发展历程,从最初的四位机到当今正在完善的六十四位机,可谓是飞速发展,然而最早的滤波器系统的出现是在单片机技术出现之前就已经登上了历史舞台,当时电子技术的发展还处于模拟电子、大型继电器组控制器为主的阶段,此时的滤波器系统内部主要是由一些功能简单、外形体积特别庞大的模拟电路作为核心架构,当然一些应用环境中还要求当时的系统必须具备控制功能,可以使得用户能够根据需求灵活的对滤波器系统的工作参数和过程进行一些选择和控制,那时候需要通过继电器组构成简易的控制器来实现控制作用,使得滤波器系统能够完成一些控制功能。
本课题将要设计的这款滤波器系统是科学技术飞速发展后的一个必然产物,虽然在此之前这种控制系统的相关产品已经出现,但是越来越多的用户已经无法满足于这些产品的实现现状,相比于他们每天都在使用的智能手机、智能仪器来说,滤波器系统的智能程度还远远无法达到这个阶段,而且大多数生产企业对于这种控制系统的研发没有使用到最为先进的技术,包括控制系统、硬件传感器以及算法流程等,这主要是因为一些企业考虑到滤波器系统的成本因素,无法投入大量的研发成本去无止尽的提升系统性能,同时考虑到大多数用户的消费水平,只能采用性价比最高的研发方案来对滤波器系统进行设计。
STC89C51单片机是在单片机技术刚兴起时就已经出现,在此期间经历了不断的优化和发展,其内部结构框架已经被优化的非常完善,在滤波器系统的发展历程中,出现了很多以STC89C51单片机来作为其内部主控核心的产品,通过资料的查阅可以知道,设计者主要考虑到了STC89C51单片机不但拥有强大的控制性能,而且价格也相对比较低,是滤波器系统微处理器的首要选择,所以经过长年的发展后,大多数通过STC89C51单片机来作为主控并且具有高端性能的滤波器系统设计开发资料都能够被人们免费查阅,这也在某种程度上促进了以STC89C51单片机作为主控的滤波器系统的进一步发展。
滤波器的国内外发展现状
滤波器系统在最近几年时间内在性能方面取得了巨大的提升,另外在成本方面,通过对目前市面上中高低端三种不同级别的滤波器系统进行调查后发现,业内整体的成本水平正在呈现不断下降的趋势,但是性能却在不断提升。
通过对一份资料的调研可以总结出,近年来国内许多研究所或者企业都开始了对于滤波器系统的研究,经过了这几年的研究推出了一些中高端性能的滤波器系统,与此同时他们也正在对国外的先进传感器研发技术进行学习和掌握,期盼有朝一日能够自主设计出高端电路模块,将其应用到滤波器系统中。
本文主要研究内容
本课题设计的这款滤波器系统采用了STC89C51单片机来作为核心处理器的方案,并且在STC89C51单片机片外结合了LCD1602显示器、ADC0832模数转换器和AT24C02存储芯片等元器件,能够实现对滤波器通频带带宽的程序控制,使得3dB截止点能够在10kHz~20kHz之间变换,用户只需要通过按动按键即可实现对滤波器参数的灵活调节,并且能够通过液晶屏幕读取到该滤波器当前的参数配置,这款滤波器的实现改变了以往纯模拟电路形式的滤波器的弊端,不需要用户更改元器件参数即可轻松控制滤波器。
滤波器的方案设计
滤波器控制系统的原理分析
这款滤波器的实现原理主要是依靠滤波器模块内部核心芯片本身所具有的特性,它又有一个专门的程控电压管脚VG,使用者可以改变该VG管脚的直流电压值来改变滤波器的通频带参数,根据资料显示它的通频带带宽和VG电压大小成正比例关系,所以本课题只需要通过单片机输出PWM波,并将PWM波滤波生成直流电压,随后将该电压施加到VG管脚即可实现对滤波器的参数控制,而该直流模拟电压值的大小与PWM波的占空比成正比,所以只需要在C语言程序内部改变PWM波的占空比即可实现只留模拟电压值的变化。

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