基于单片机程控滤波器设计毕业设计(编辑修改稿)

基于单片机程控滤波器设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

为高电平时， 1T 截止， 2T 导通。 于是， 1C 转接到运放的输入端，此时，1C 放电，将 1C 原来所充电荷 Q 1C 传输到 2C 上。 由此可见，在每一时钟周期 CT 内，从信号源中提取的电荷 Q 1C = 1C iV 供给了积分电容 2C。 因此，在节点 2 之间流过的平均电流为 1Iav CCVi=T (13) 如果 CT 足够短，可以近似认为这个过程是连续的，因而由上式可以在两节点间定义一个等效电路 epR ，即 Ieq avVR i (14) 1Ceq TR C (15) 这样，就可以得到一个等效的积分时间常数 C22 eq 1TCT=C R = C (16) 显然，影响滤波器频率响应的时间常数取决于时钟周期 CT 和电容比值 2C / 1C ，而与电容的绝对值无关。 在 MOS 工艺中，电容比值的精度可以控制在 %以内。 这样，只要选用合适的时钟频率（如 cf =100kHz）和不太大的电容比值（如 10），对于低频率应用来说，就可获得合适的时间常数（ 如 10–4s） (4) 数字信号软件滤波：这是利用软件处理信号的手段，利用滤波算法（限副滤波，中位值滤波法，算术平均滤波法，递推平均滤波法，中位值平均滤波法，限幅平均 滤波法，一阶滞后滤波法，加权递推平均滤波法，消抖滤波法，限幅消抖滤波法 ） 来对信号进行处理。 8 滤波器的设计 滤波器特性可以用其频率响应来描述，按其特性的不同，可以分为低通滤波器，高通滤波器，带通滤波器和带阻滤波器等。 用来说明滤波器性能的技术指标主要有： 中心频率 0f ，即工作频带的中心 ， 带宽 BW， 通带衰减 （ 即通带内的最大衰减 ）阻带衰减。 对于实际滤波器而言，考虑到实际的组成元件的品质因数的取值是一有限值（因为受限于材料与工艺的水平），所以所有工程上的实用滤 波器都是有损滤波器，因此对于这些滤波器还应考虑通带内的最小插入衰减。 现代滤波器设计，多是采用滤波器变换的方法加以实现。 主要是通过对低通原型滤波器进行频率变换与阻抗变换，来得到新的目标滤波器。 AT89S52 单片机的介绍 主要性能 (1) 与 MCS51 单片机产品兼容 (2) 8K 字节在系统可编程 Flash 存储器 (3) 1000 次擦写周期 (4) 全静态操作： 0Hz～ 33Hz (5) 三级加密程序存储器 (6) 32 个可编程 I/O 口线 (7) 三个 16 位定时器 /计数器 (8) 八个中断源 (9) 全双工 UART 串行通道 (10) 低功耗空闲和掉电模式 (11) 掉电后中断可唤醒 (12) 看门狗定时器 (13) 双数据指针 (14) 掉电标识符 9 功能特征描述 AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。 使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。 片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。 在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash， 256 字节 RAM， 32 位 I/O 口线，看门狗定时器， 2 个数据指针，三个 16 位定时器 /计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。 另外， AT89S52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。 空闲模式下， CPU 停止工作，允许RAM、定时器 /计数器、串口、中断继续工作。 掉电保护方式下， RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位 为止。 引脚功能 VCC：电源 GND： 接地 P0 口 ： P0 口是一个 8 位漏极开路的双向 I/O 口。 作为输出口，每位能驱动8 个 TTL 逻辑电平。 对 P0 端口写 “ 1” 时，引脚用作高阻抗输入。 当访问外部程序和数据存储器时， P0 口也被作为低 8 位地址 /数据复用。 在这种模式下， P0具有内部上拉电阻。 在 flash 编程时， P0 口也用来接 收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。 程序校验 时，需要外部上拉电阻。 P1 口： P1 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P1 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。 对 P1 端 口写 “ 1” 时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。 作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（ IIL）。 此外， 和 分别作定时器 /计数器 2 的外部计数输入（ ）和时器 /计数器 2 的触发输入（ ），具体如表 所示。 在 flash 编程和校验时， P1 口接收低 8 位地址字节。 10 引脚号 第二功能 T2（定时器 /计数器 T2的外部计数输入），时钟输出 T2EX（ 定时器 /计数器 T2的捕捉 /重载触发信号和方向控制） MOSI（在系统编程用） MISO（在系统编程用） SCK（在系统编程用） 表 P1口功能 P2口： P2 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P2 输出缓冲器能驱动 4个 TTL 逻辑电平。 对 P2 端口写“ 1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。 作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电（ IIL）。 在访问外部程序存储器或用 16位地址读取外部数据存储器（例如执行 MOVX @DPTR）时， P2 口送出高八位地址。 在这种应用中， P2 口使用很强的内部上拉发送 1。 在使用 8位地址（如 MOVX @RI）访问外部数据存储器时， P2口输出 P2锁存器的内容。 在 flash编程和校验时， P2口也接收高 8位地址字节和一些控制信号 [1]。 P3口 ： P3 口是一个有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P2 输出缓冲器能驱动 4个 TTL 逻辑电平。 对 P3 端口写 “ 1” 时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。 作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（ IIL）。 P3口亦作 为 AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如表 所示。 在 flash编程和校验时， P3口也接收一些控制信号。 11 引脚号 第二功能 RXD（串行输入） TXD（串行输出） INT0 (外部中断 0) INT1 (外部中断 1) 0T （定时器 0外部输入） 1T （ 定时器 1外部输入） WR (外部数据存储器写选通 ) RD (外部数据存储器写选通 ) 表 P3口功能 RST： 复位输入。 晶振工作时， RST 脚持续 2个 机器周期高电平将使单片机复位。 看门狗计时完成后， RST 脚输出 96个晶振周期的高电平。 特殊寄存器AUXR(地址 8EH)上的 DISRTO位可以使此功能无效。 DISRTO默认状态下，复位高电平有效。 ALE/ PROG ： 地址锁存控制信号（ ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8 位地址的输出脉冲。 在 flash编程时，此引脚 (PROG )也用作编程输入脉冲。 在一般情况下， ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。 然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时， ALE脉冲将会跳过。 如果需要，通过将地址为 8EH的 SFR的第 0位置 “ 1” ， ALE操作将无效。 这一位置 “ 1” ， ALE 仅在执行 MOVX 或 MOVC指 令时有效。 否则， ALE 将被微弱拉高。 这个 ALE 使能标志位（地址为 8EH的 SFR的第 0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。 PSEN ： 外部程序存储器选通信号 (PSEN )是外部程序存储器选通信号。 当AT89S52从外部程序存储器执行外部代码时， PSEN 在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时， PSEN 将不被激 活。 EA /VPP： 访问外部程序存储器控制信号。 为使能从 0000H 到 FFFFH的外 12 部程序存储器读取指令， EA 必须接 GND。 为了执行内部程序指令， EA 应该接VCC。 在 flash编程期间， EA 也接收 12伏 VPP电压。 XTAL1： 振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。 XTAL2： 振荡器反相放大器的输出端 [1]。 存储器结构 MCS51器件有单独的程序存储器和数据存储器。 外部程序存储器和数据存储器都可以 64K寻址。 程序存储器 ： 如果 EA 引脚接地，程序读取只从外部存储器开始。 对于AT89S52，如果 EA 接 VCC，程序读写先从内部存储器（地址为 0000H～ 1FFFH）开始，接着从外部寻址，寻址地址为： 2020H~FFFFH。 数据存储器 ： AT89S52 有 256 字节片内数据存储器。 高 128 字节与特 殊功能寄存器重叠。 也就是说高 128字节与特殊功能寄存器有相同的地址，而物理上是分开的。 当一条指令访问高于 7FH 的地址时，寻址方式决定 CPU 访问高 128 字节 RAM 还是特殊功能寄存器空间。 直接寻址方式访问特殊功能寄存器（ SFR）。 例如，下面的直接寻址指令访问 OA0H（ P2口）存储单元 MOV OA0H , data 使用间接寻址方式访问高 128 字节 RAM。 例如，下面的间接寻址方式中， R0 内容为 0A0H，访问的是地址 0A0H的寄存器，而不是 P2口（它的地址也是 OA0H）。 MOV @R0 , data 堆栈操作也是简介寻址方式。 因此，高 128字节数据 RAM也可用于堆栈空间。 定时器 定时器 2是一个 16位定时 /计数器，它既可以做定时器，又可以做事件计数器。 其工作方式由特殊寄存器 T2CON中的 C/T2位选择。 定时器 2有三种工作模式：捕捉方式、自动重载（向下或向上计数）和波特率发生器。 如表 ，工作模式由 T2CON中的相关位选择。 定时器 2有 2个 8位寄存器： TH2和 TL2。 在定时工作方式中，每个机器周期， TL2 寄存器都会加 1。 由于一个机器周期由 12个晶振 13 周期构成，因此，计数频率就是晶振频 率的 1/12。 RCLK +TCLK CP/ 2RL TR2 MODE 0 0 1 16位自动重载 0 1 1 16位捕捉 1 X 1 波特率发生器 X X 0 （不用） 表 定时器 2工作模式 在计数工作方式下，寄存器在相关外部输入角 T2发生 1至 0的下降沿时增加 1。 在这种方式下，每个机器周期的 S5P2期间采样外部输入。 一个机器周期采样到高电平，而下一个周期采样到低电平，计数器将加 1。 在检测到跳变的这个周期的S3P1 期间，新的计数值出现在寄存 器中。 因为识别 1－ 0的跳变需要 2个机器周期(24个晶振周期 )，所以，最大的计数频率不高于晶振频率的 1/24。 为了确保给定的电平在改变前采样到一次，电平应该至少在一个完整的机器周期内保持不变。 (1)捕捉方式 在捕捉模式下，通过 T2CON中的 EXEN2来选择两种方式。 如果 EXEN2=0，定时器 2时一个 16位定时 /计数器，溢出时，对 T2CON 的 TF2标志置位， TF2引起中断。 如果 EXEN2=1，定时器 2做相同的操作。 除上述功能外，外部输入 T2EX引脚 ()1至 0的下跳变也会使得 TH2和 TL2中的值分别捕 捉到 RCAP2H和RCAP2L中。 除此之外， T2EX 的跳变会引起 T2CON 中的 EXF2 置位。 像 TF2 一样， T2EX 也会引起中断。 (2)自动重载 当定时器 2工作于 16位自动重载模式，可对其编程实现向上计数或向下计数。 这一功能可以通过特殊寄存器 T2MOD中的 DCEN(向下计数允许位 )来实现。 通过复位， DCEN被置为 0，因此，定时器 2 默认为向上计数。 DCEN设置后，定时器2就可以取决于 T2EX向上、向下计数。 DCEN=0 时，定时器 2 自动计数。 通过T2CON中的 EXEN2位可以选择两种方式。 如果 EXEN2=0，定时器 2计数，计到0FFFFH后置位 TF2溢出标志。 计数溢出也使得定时器寄存器重新从 RCAP2H和RCAP2L中加载 16位值。 定时器工作于捕捉模式， RCAP2H和 RCAP2L的值可以 14 由软件预设。 如果 EXEN2=1，计数溢出或在。