专利名称：一种可程控滤波器及工程控制设备的制作方法
技术领域：
本实用新型属于滤波电路技术领域，具体地说，是涉及ー种可以灵活调节滤波特性的可程控滤波器以及采用所述可程控滤波器设计的工程控制设备。
背景技术：
在目前的工程控制领域，滤波器得到了广泛的应用，承担着对有用信号的提取以及波形整形等信号处理任务。目前应用在工程控制领域的滤波器大多采用的是由电阻和电 容组成的RC网络配合运算放大器构成的RC有源滤波器。这种RC有源滤波器在对固定通带内的模拟信号进行滤波时，可以获得理想的滤波效果。但是，由于RC有源滤波器在进行带宽频率调节时，需要对其电路中的阻容器件进行更换，即需要使用不同參数值的阻容器件来改变滤波器的频域特征，这种截止频率和通带调节方式，很显然对于那些频率需要在较宽范围内变化，且需要灵活变换的通带信号来说，是无法满足其实际应用需求的。基于此，如何设计ー种滤波电路来实现滤波特性的灵活调节，进而满足各种类型工程控制设备的设计需求，是目前工程控制领域需要解决的ー项主要问题。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种可程控滤波器，可以在同一硬件平台上实现不同频域特征的滤波特性，从而能够满足不同带宽频率信号的滤波要求。为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现一种可程控滤波器，包括用于对信号源进行滤波处理的开关电容滤波器、处理器和通信接ロ ；所述处理器连接在开关电容滤波器与通信接ロ之间，所述通信接ロ用于外接计算机，将计算机输出的滤波特性配置參数传送至处理器，进而通过处理器写入到开关电容滤波器中，对开关电容滤波器的滤波特性进行配置。优选的，所述通信接ロ为RS232接ロ，通过RS232串行总线连接计算机的串ロ ；在所述处理器与RS232接ロ之间连接有接ロ电平转换芯片。其中，所述开关电容滤波器通过其写使能端、地址输入端和数据输入端连接处理器，接收处理器输出的写使能信号，并在所述写使能信号有效时，将处理器输出的滤波特性配置參数写入到开关电容滤波器内部寄存器的相应地址中，实现对开关电容滤波器的參数配置。进ー步的，所述信号源经由ー运算放大电路进行电压幅值的放大处理后，再输出至所述开关电容滤波器进行滤波处理。又进ー步的，所述开关电容滤波器的时钟输入端连接定时器，所述定时器的复位管脚连接所述的处理器，接收处理器输出的复位信号。在定时器受控复位时，停止向开关电容滤波器输出工作时钟，进而可以间接地控制开关电容滤波器停止运行。为了避免系统进入死循环，在所述处理器上可以进ー步连接一颗看门狗芯片，接收看门狗芯片产生的复位信号，在系统程序出现异常时及时控制处理器准确复位。[0012]再进ー步的，所述处理器通过SPI总线连接所述的看门狗芯片，对看门狗芯片中的状态寄存器进行信息配置。优选的，所述处理器优选采用一颗单片机进行电路的整体设计。更进一歩的，在所述可程控滤波器中包含有一直流电源转换模块，接收直流输入电源并转换成+5V直流电源后，一路传输至开关电容滤波器的正极性供电端，另一路通过电源极性取反芯片转换成-5V直流电源后，输出至开关电容滤波器的负极性供电端。基于上述可程控滤波器的结构设计，本实用新型还提供了一种采用所述可程控滤波器设计的工程控制设备，包括信号输入接ロ、信号处理单元和可程控滤波器，所述可程控滤波器接收经由信号输入接ロ引入的信号源，并对所述信号源进行滤波处理后，输出至所述的信号处理单元；其中，在所述可程控滤波器中包含有用于对信号源进行滤波处理的开关电容滤波器、处理器和通信接ロ ；所述处理器连接在开关电容滤波器与通信接ロ之间，所 述通信接ロ用于外接计算机，将计算机输出的滤波特性配置參数传送至处理器，进而通过处理器写入到开关电容滤波器中，对开关电容滤波器的滤波特性进行配置，以形成设备所需频域特征的滤波器。与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是本实用新型的可程控滤波器可以方便地与外部计算机连接通信，通过计算机实现对滤波器各项參数的灵活配置，进而在同一硬件平台上实现了不同频域特征的滤波特性的随意调节，满足了不同通带信号的滤波处理要求。将所述滤波器应用在信号处理、自适应滤波等多种工程控制设备中，可以方便设备的硬件设计，增强设备的适用性。结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。
图I是本实用新型所提出的可程控滤波器的一种实施例的电路原理框图；图2是图I所示可程控滤波器的一种实施例的电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
进行详细地描述。实施例一，參见图I所示，本实施例的可程控滤波器主要由开关电容滤波器、处理器和用干与外部计算机连接通信的通信接ロ组成。其中，处理器作为计算机向开关电容滤波器进行參数配置的中间桥梁，连接在所述的开关电容滤波器与通信接ロ之间，接收计算机输出的滤波特性配置參数，比如品质因数Q值、中心频率
/0、截止频率等，进而写入到开关电容滤波器中，将开关电容滤波器配置成所需频率特征
的滤波器，以满足不同信号源的滤波要求。为了方便所述可程控滤波器与外部计算机连接通信，本实施例优选采用RS232串ロ通信协议方式实现所述滤波器与计算机的数据交互。即，将所述滤波器的通信接ロ设计成RS232接ロ形式，通过RS232串行总线连接计算机，接收计算机输出的控制指令及针对开关电容滤波器设定的各项滤波特性配置參数，进而传输至ー接ロ电平转换芯片进行电平格式的匹配变换处理后，输出至所述的处理器，进而通过处理器进行数据解析处理后，生成地址信号和数据信号，写入到开关电容滤波器中，实现对开关电容滤波器的參数配置。在处理器运行系统程序的过程中，为了防止程序跑飞，发生死循环，本实施例优选在滤波器中设计ー颗看门狗芯片，如图I所示，连接所述的处理器，在系统运行以后启动看门狗芯片中的计数器开始自动计数，如果到达系统程序运行周期还未接收到处理器发出的计数器清零信号，则看门狗芯片中的计数器发生溢出，产生复位信号输出至处理器，控制系统及时复位。在本实施例中，所述处理器可以采用具有信号处理能力的单片机等集成芯片进行系统电路的设计，本实施例以下以单片机为例，结合图2对所述可程控滤波器的具体电路连接关系进行详细地说明。图2中，Ul为开关电容滤波器，其运行所需的工作电源由直流电源转换模块U3配合电源极性取反芯片U8转换提供。其中，直流输入电源POWER可以是外部提供的9V 12V的直流电源，经由电容Cl滤波后，传输至直流电源转换模块U3，以变换成+5V的直流电源后， 经由其输出端OUT输出。输出的+5V直流电源一方面传输至开关电容滤波器Ul的正极性供电端V+，并为系统中的其他功能模块供电，例如为单片机U2、看门狗芯片U4、接ロ电平转换芯片U5、定时器U7等器件提供工作电源；另一方面输出至电源极性取反芯片U8，以反相变换成-5V直流电源后，输出至开关电容滤波器Ul的负极性供电端V-，为开关电容滤波器Ul提供-5V工作电源。在所述直流电源转换模块U3中，其3管脚为有源高停引脚SHDN，当该引脚为高电平时，直流电源转换模块U3不工作，因此，正常工作时，需要将该引脚接地。对于需要进行滤波处理的信号源input可以由接ロ Pl输入，传输至由放大器U9配合外围电阻R2、R3组成的运算放大电路进行电压幅值的放大处理后，输出至开关电容滤波器Ul的输入端IN_A，对信号源进行ニ阶带通滤波处理后，通过开关电容滤波器Ul的输出端 BP_A 输出 output。对于开关电容滤波器Ul运行所需的工作时钟可以由定时器U7配合外围电阻R4、R5、R及电容C6、C105构成的多谐振荡器产生，通过定时器U7的输出管脚OUTPUT传输至开关电容滤波器Ul的时钟端CLK_A、CLK_B。同吋，将定时器U7的复位管脚RESET与单片机U2的Pl. O端子连接，接收单片机U2输出的复位信号，通过控制定时器U7工作与否，进而间接地控制开关电容滤波器Ul工作与否。即若需要控制开关电容滤波器Ul停止工作时，可以通过单片机U2向定时器U7输出复位信号，控制定时器U7进入复位状态，进而停止向开关电容滤波器Ul输出工作时钟，由此便可以使得开关电容滤波器Ul停止运行，达到控制目的。图2中，接ロ J9为DB-9型连接器，作为通信接ロ用于与外部计算机相连接。为了满足计算机与单片机U2之间的RS232串ロ通信要求，在单片机U2与接ロ J9之间增设RS232接ロ转换芯片U5，用于在TTL电平与RS232电平之间相互转换。其中，计算机输出的控制指令及滤波特性配置參数经由接ロ J9的3脚以RS232电平的形式传输至RS232接ロ转换芯片U5的RlIN管脚，通过RS232接ロ转换芯片U5转换成TTL电平格式的数字信号后，经由RlOUT管脚传输至单片机U2的P3. O端子。单片机U2对接收到的数据进行解析后，生成地址信号和数据信号，分别通过其PI. 2-P1. 7端子输出至开关电容滤波器Ul的地址输入端A0-A3和数据输入端D0、D1。将开关电容滤波器Ul的写使能端WR连接到单片机U2的P3. 7端子，在检测到单片机U2输出的写使能信号处于下降沿时，按照接收到的地址信息将数据写入到开关电容滤波器Ul内部寄存器的相应地址中，完成对开关电容滤波器Ul的滤波特性的配置。对于单片机U2需要发送给计算机的数据，可以经由单片机U2的P3. I端子首先输出至RS232接ロ转换芯片U5的TlIN管脚，通过RS232接ロ转换芯片U5进行TTL电平到RS232电平的转换处理后，经由TlOUT管脚输出至接ロ J9的2脚，通过RS232串行总线发送至计算机，实现计算机与单片机U2之间的数据交互。对于单片机U2工作所需的时钟信号，可以由晶体振荡器Yl配合电容C8、C99构成的晶振电路产生并提供，如图2所示，连接到单片机U2的XTALl和XTAL2端子之间，使用单片机U2内部的时钟发生器对振荡脉冲进行二分频，以生成单片机U2的工作时钟。对于为防止系统程序跑飞而设置的看门狗芯片U4，可以通过单片机U2的复位端子RST连接到看门狗芯片U4的复位管脚RESET上。当看门狗芯片U4在设定的时间内没有接收到单片机U2反馈的计数器清零信号时，产生中断，输出复位信号至单片机U2的RST端 子，进而控制单片机U2中运行的系统程序复位，重新运行，避免程序发生死循环。对于看门狗芯片U4中状态寄存器的设置，可以利用单片机U2通过SPI总线对其进行配置。具体来讲，可以将看门狗芯片U4的数据输入管脚SI、数据输出管脚S0、时钟管脚SCK和片选管脚CS分别对应连接到单片机U2的Pl. I、P3. 3、P3. 4和P3. 5端子，单片机U2通过SPI总线可以查看看门狗芯片U4中状态寄存器中的信息，也可以向所述状态寄存器中写入配置信息。需要说明的是在向看门狗芯片U4写数据时，需要将连接在看门狗芯片U4的写保护管脚WP与地之间的开关SI断开，将看门狗芯片U4的写保护管脚WP置为无效的高电平状态，以允许数据的写入操作。本实施例所提出的可程控滤波器可以广泛应用在需要对信号进行滤波处理的各种工程控制设备中，例如用于观测信号波形变化的教学仪器设备等，将所述可程控滤波器连接在工程控制设备的信号输入接ロ与后级信号处理单元之间，将通过信号输入接ロ输入的信号源(通常为有用信号与干扰信号的混合信号源)传输至可程控滤波器进行带通滤波处理，以滤除掉截止频带以外的干扰信号，还原出有用信号输出至后级的信号处理单元，以实现信号处理单元对输入信号的准确识别。当然，本实施例所提出的可程控滤波器也可以应用在其他需要对信号进行滤波处理的电子设备中，本实施例对此不进行具体限制。应当指出的是，以上所述仅是本实用新型的ー种优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种可程控滤波器，其特征在于包括用于对信号源进行滤波处理的开关电容滤波器、处理器和通信接ロ ；所述处理器连接在开关电容滤波器与通信接ロ之间，所述通信接ロ用于外接计算机，将计算机输出的滤波特性配置參数传送至处理器，进而通过处理器写入到开关电容滤波器中，对开关电容滤波器的滤波特性进行配置。
2.根据权利要求I所述的可程控滤波器，其特征在于所述通信接ロ为RS232接ロ，通过RS232串行总线连接计算机的串ロ ；在所述处理器与RS232接ロ之间连接有接ロ电平转换芯片。
3.根据权利要求I或2所述的可程控滤波器，其特征在于所述信号源经由ー运算放大电路进行电压幅值的放大处理后，再输出至所述开关电容滤波器进行滤波处理。
4.根据权利要求I或2所述的可程控滤波器，其特征在于所述开关电容滤波器的时钟输入端连接定时器，所述定时器的复位管脚连接所述的处理器，接收处理器输出的复位信号。
5.根据权利要求I或2所述的可程控滤波器，其特征在于所述开关电容滤波器通过其写使能端、地址输入端和数据输入端连接处理器，接收处理器输出的写使能信号，并在所述写使能信号有效时，将处理器输出的滤波特性配置參数写入到开关电容滤波器内部寄存器的相应地址中。
6.根据权利要求I或2所述的可程控滤波器，其特征在于所述处理器连接ー看门狗芯片，接收看门狗芯片产生的复位信号。
7.根据权利要求6所述的可程控滤波器，其特征在于所述处理器通过SPI总线连接所述的看门狗芯片，对看门狗芯片中的状态寄存器进行信息配置。
8.根据权利要求6所述的可程控滤波器，其特征在于所述处理器为ー颗单片机。
9.根据权利要求I或2所述的可程控滤波器，其特征在于在所述可程控滤波器中包含有一直流电源转换模块，接收直流输入电源并转换成+5V直流电源后,一路传输至开关电容滤波器的正极性供电端，另一路通过电源极性取反芯片转换成-5V直流电源后，输出至开关电容滤波器的负极性供电端。
10.ー种工程控制设备，包括信号输入接口和信号处理单元；其特征在于还包括如权利要求I至9中任一项权利要求所述的可程控滤波器，所述可程控滤波器接收经由信号输入接ロ引入的信号源，并对所述信号源进行滤波处理后，输出至所述的信号处理单元。
专利摘要本实用新型公开了一种可程控滤波器及工程控制设备，包括用于对信号源进行滤波处理的开关电容滤波器、处理器和通信接口；所述处理器连接在开关电容滤波器与通信接口之间，所述通信接口用于外接计算机，将计算机输出的滤波特性配置参数传送至处理器，进而通过处理器写入到开关电容滤波器中，对开关电容滤波器的滤波特性进行配置。本实用新型的可程控滤波器可以方便地与外部计算机连接通信，通过计算机实现对滤波器各项参数的灵活配置，进而在同一硬件平台上实现了不同频域特征的滤波特性的随意调节，满足了不同通带信号的滤波处理要求。将所述滤波器应用在信号处理、自适应滤波等多种工程控制设备中，可以方便设备的硬件设计，增强设备的适用性。
文档编号H03H17/00GK202602600SQ20122009282
公开日2012年12月12日 申请日期2012年3月13日 优先权日2012年3月13日
发明者王旭 申请人:青岛海信移动通信技术股份有限公司