CN108900176A - 一种两通道中心频率可调的带通滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电路设计技术领域，涉及一种两通道中心频率可调的带通滤波器，包括信号输入接口、信号输出接口、带通滤波电路、单片机最小系统和串口烧录接口，其特征在于，所述带通滤波电路的输入端通过信号输入接口获得输入信号，输出端通过信号输出接口输出滤波后的信号，所述单片机最小系统与串口烧录接口连接，且通过串口烧录接口获得编译后的程序，所述带通滤波电路的时钟频率输入端口与单片机最小系统的时钟频率输出端口连接，获得不同的时钟频率；本发明通过单片机最小系统输出时钟频率来控制带通滤波器中心频率大小，该带通滤波模块的中心频率可快速调节，精度高，滤波效果好且稳定。
Description
技术领域
本发明涉及一种两通道中心频率可调的带通滤波器，属于电路设计技术领域。
背景技术
在电路设计中，电子元器件开关产生的高频噪声及信号采集过程中引入的干扰噪声是不可避免的，如果不及时对其进行滤波处理，其噪声会影响到电路系统工作的稳定性。
传统的带通滤波器是由一个RC低通滤波器和一个RC高通滤波器构成。分别配比低通滤波器和高通滤波器的RC数值来得到上限截止频率和下限截止频率，从而得到一个带通滤波器。一旦确定了低通滤波器和高通滤波器的RC值，中心频率就固定了，无法修改。如需修改中心频率，过程很费时，需要用电烙铁重新焊接新的电阻R和电容C。而且由于电阻阻值和电容容值本身存在的误差，造成实际的中心频率与理论的中心频率存在较大偏差，导致滤波效果不佳。
本发明通过单片机输出时钟频率，由时钟频率来控制带通滤波器中心频率大小。而时钟频率的大小可通过配置定时器的数值来完成。当输入信号接入滤波芯片MF10的输入端，将该装置供电即可在MF10输出端输出有用的信号。该带通滤波模块装置的中心频率可快速调节，精度高，滤波效果好且稳定。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提出一种两通道中心频率可调的带通滤波模块，通过单片机最小系统输出时钟频率来控制带通滤波器中心频率大小，该带通滤波模块的中心频率可快速调节，精度高，滤波效果好且稳定。
为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：一种两通道中心频率可调的带通滤波器，包括信号输入接口、信号输出接口、带通滤波电路、单片机最小系统和串口烧录接口，其特征在于，所述带通滤波电路的输入端通过信号输入接口获得输入信号，输出端通过信号输出接口输出滤波后的信号，所述单片机最小系统与串口烧录接口连接，且通过串口烧录接口获得编译后的程序，所述带通滤波电路的时钟频率输入端口与单片机最小系统的时钟频率输出端口连接，获得不同的时钟频率。
进一步地，还包括电源适配器插口和供电电路，用于提供5V电压的电源适配器插口分别与供电电路、带通滤波电路、单片机最小系统连接，用于提供-5V电压的供电电路与带通滤波电路连接。
进一步地，所述信号输入接口包括音频连接接口P2和音频连接接口P3，所述音频连接接口P2的第一管脚接带通滤波电路的输入端VIN1，第三管脚接地，所述音频连接接口P3的第一管脚接带通滤波电路的输入端VIN2，第三管脚接地。
进一步地，所述信号输出接口包括音频连接接口P4和音频连接接口P5，所述音频连接接口P4的第一管脚接带通滤波电路的输出端VOUT1，第二管脚接地，所述音频连接接口P5的第一管脚接带通滤波电路的输出端VOUT2，第二管脚接地。
进一步地，所述信号输入接口和信号输出接口支持BNC接口、3.5mm音频接口或杜邦线连接。
进一步地，所述带通滤波电路包括芯片U1，所述芯片U1的第二管脚为信号输出端VOUT1，第三管脚接电阻R2的一端，另一端接电阻R1的一端，同时接第四管脚，所述电阻R1的另一端接第二管脚，所述第四管脚通过电阻R3接信号输入端VIN1，所述第六管脚、第七管脚和第八管脚连接，同时接电源适配器插口的VCC端，第九管脚通过电容C1接电源适配器插口的VCC端，第十管脚和第十一管脚接单片机最小系统的时钟频率输出端口CLK，第十二管脚接排针P1的第二管脚，所述排针P1的第一管脚接地，所述排针P1的第三管脚接源适配器插口的VCC端，所述芯片U1的第十三管脚和第十四管脚连接，同时接供电电路的输出端，且通过电容C2接地，所述第十七管脚通过电阻R6接信号输出端VIN2，第十八管脚通过电阻R5接第十七管脚，十九管脚通过电阻R4接第十七管脚，同时接信号输出端VOUT2，第一管脚和第二十管脚悬空，第五管脚、第九管脚、第十五管脚和第十六管脚均接地。
进一步地，所述单片机最小系统包括芯片U2，所述芯片U2的第三管脚为时钟频率输出端口CLK，所述时钟频率输出端口CLK接带通滤波电路的时钟频率输入端，第九管脚通过电阻R8接地，同时接电容C4的正极板，所述电容C4的负极板接电源适配器插口的VCC端，同时接复位按键SW4的第三管脚和第四管脚，所述复位按键SW4的第一管脚和第二管脚均接地；所述芯片U2的第十管脚接串口烧录接口的第一管脚，芯片U2的第十一管脚接串口烧录接口的第二管脚，第十八管脚接晶振Y1的一端，第十九管脚接晶振Y1的另一端，所述晶振Y1的一端通过电容C5接地，晶振Y1的另一端通过电容C3接地；第二十管脚接地，第三十一管脚和第四十管脚均接源适配器插口的VCC端，第一管脚、第二管脚、第四管脚至第八管脚、第十二管脚至第十七管脚、第二十一管脚至第三十管脚、第三十二管脚至第三十九管脚均悬空。
进一步地，所述供电电路包括芯片U3，所述芯片U3的第一管脚接电容C5的负极板，所述电容C5的正极板接电阻R10的一端，所述电阻R10的另一端接地，第三管脚分别接电阻R9、电阻R11的一端，所述电阻R11的另一端接地，所述电阻R9的另一端接供电电路的输出端，第五管脚接电源适配器插口的VCC端，电容C6的正极板接电源适配器插口的VCC端，同时与电感L1的一端连接，电容C6的负极板接地，所述电感L1的另一端接电容C7的正极板，所述电容C7的负极板分别接肖特基二极管D1的负极、肖特基二极管D2的正极，所述肖特基二极管D1的正极接供电电路的输出端，所述肖特基二极管D2的负极接地，同时接电容C8的负极板，所述电容C8的正极板接供电电路的输出端，所述芯片U3的第六管脚和第七管脚连接，同时均接地，第八管脚接电容C7的正极板，第二管脚和第四管脚均悬空。
进一步地，所述电源适配器插口的第一管脚接开关SW1的一端，所述开关SW1的另一端为VCC输出端，第二管脚和第三管脚均接地。
进一步地，还包括电压指示电路，所述电压指示电路包括发光二极管D3和电阻R7，所述发光二极管D3的正极接电源适配器插口的VCC端，负极接电阻R7的一端，所述电阻R7的另一端接地；所述电压指示电路压降为1.7~1.8V，电流为3-5mA。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1）本发明通过修改单片机最小系统的单片机89C52中定时器的数值，使烧录编译后程序即改变带通滤波器的中心频率，解决了传统RC搭建的带通滤波电路中心频率不准确，以及用电烙铁替换电阻R和电容C造成的时间成本问题；
2）本发明采用单片机修改带通滤波器的中心频率，不仅节省了时间，提高效率，而且带通滤波器的中心频率精确度高；
3）本发明可同时使用两个通道进行滤波处理，解决由于带通滤波器中心频率不可灵活变化及中心频率不精确而造成的降噪效果不佳的问题，并且烧录过程中连接简单，方便拆卸。
附图说明
图1为本发明的结构示意框图。
图2为本发明的信号输入接口的电路原理图。
图3为本发明的信号输入接口的电路原理图。
图4为本发明的信号输出接口的电路原理图。
图5为本发明的信号输出接口的电路原理图。
图6为本发明的带通滤波电路的电路原理图。
图7为本发明的单片机最小系统的电路原理图。
图8为本发明的供电电路的电路原理图。
图9为本发明的电源适配器插口的电路原理图。
图10为本发明的电压指示电路的电路原理图。
附图标记说明：1—电源适配器插口； 2—供电电路；3—信号输入接口；4—信号输出接口； 5—带通滤波电路；6—单片机最小系统；7—串口烧录接口和8—电压指示电路。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种两通道中心频率可调的带通滤波器，包括电源适配器插口1、供电电路2、信号输入接口3、信号输出接口4、带通滤波电路5、单片机最小系统6、串口烧录接口7和电压指示电路8，用于提供5V电压的电源适配器插口1分别与供电电路2、带通滤波电路5、单片机最小系统6及电压指示电路8连接，同时电源适配器插口1与电源适配器连接，用于获取5V，1A或5V，500mA的电源，用于提供-5V电压的供电电路2与带通滤波电路5连接，所述带通滤波电路5的输入端通过信号输入接口3获得输入信号，输出端通过信号输出接口4输出滤波后的信号，所述单片机最小系统6与串口烧录接口7连接，且通过串口烧录接口7获得编译后的程序，所述带通滤波电路5的时钟频率输入端口与单片机最小系统6的时钟频率输出端口连接，获得不同的时钟频率。
如图2和图3所示，所述信号输入接口3包括音频连接接口P2和音频连接接口P3，所述音频连接接口P2的第一管脚接带通滤波电路5的输入端VIN1，第三管脚接地，所述音频连接接口P3的第一管脚接带通滤波电路5的输入端VIN2，第三管脚接地。
如图4和图5所示，所述信号输出接口4包括音频连接接口P4和音频连接接口P5，所述音频连接接口P4的第一管脚接带通滤波电路5的输出端VOUT1，第二管脚接地，所述音频连接接口P5的第一管脚接带通滤波电路5的输出端VOUT2，第二管脚接地。
所述信号输入接口3和信号输出接口4支持BNC接口、3.5mm音频接口或杜邦线连接。
如图6所示，所述带通滤波电路5是由MF10芯片U1构成的电路，一块MF10芯片有两个2阶带通滤波器,通过级联方式可以得到一个4阶带通滤波器；所述芯片U1的第二管脚为信号输出端VOUT1，第三管脚接电阻R2的一端，另一端接电阻R1的一端，同时接第四管脚，所述电阻R1的另一端接第二管脚，所述第四管脚通过电阻R3接信号输入端VIN1，所述第六管脚、第七管脚和第八管脚连接，同时接电源适配器插口1的VCC端，第九管脚通过电容C1接电源适配器插口1的VCC端，第十管脚和第十一管脚接单片机最小系统6的时钟频率输出端口CLK，第十二管脚接排针P1的第二管脚，所述排针P1的第一管脚接地，所述排针P1的第三管脚接源适配器插口1的VCC端，所述芯片U1的第十三管脚和第十四管脚连接，同时接供电电路2的输出端，且通过电容C2接地，所述第十七管脚通过电阻R6接信号输出端VIN2，第十八管脚通过电阻R5接第十七管脚，十九管脚通过电阻R4接第十七管脚，同时接信号输出端VOUT2，第一管脚和第二十管脚悬空，第五管脚、第九管脚、第十五管脚和第十六管脚均接地。
如图7所示，所述单片机最小系统6包括芯片U2，所述芯片U2的第三管脚为时钟频率输出端口CLK，所述时钟频率输出端口CLK接带通滤波电路5的时钟频率输入端，第九管脚通过电阻R8接地，同时接电容C4的正极板，所述电容C4的负极板接电源适配器插口1的VCC端，同时接复位按键SW4的第三管脚和第四管脚，所述复位按键SW4的第一管脚和第二管脚均接地；所述芯片U2的第十管脚接串口烧录接口7的第一管脚，芯片U2的第十一管脚接串口烧录接口7的第二管脚，第十八管脚接晶振Y1的一端，第十九管脚接晶振Y1的另一端，所述晶振Y1的一端通过电容C5接地，晶振Y1的另一端通过电容C3接地；第二十管脚接地，第三十一管脚和第四十管脚均接源适配器插口1的VCC端，第一管脚、第二管脚、第四管脚至第八管脚、第十二管脚至第十七管脚、第二十一管脚至第三十管脚、第三十二管脚至第三十九管脚均悬空。
如图8所示，所述供电电路2包括芯片U3，所述芯片U3的第一管脚接电容C5的负极板，所述电容C5的正极板接电阻R10的一端，所述电阻R10的另一端接地，第三管脚分别接电阻R9、电阻R11的一端，所述电阻R11的另一端接地，所述电阻R9的另一端接供电电路2的输出端，第五管脚接电源适配器插口1的VCC端，电容C6的正极板接电源适配器插口1的VCC端，同时与电感L1的一端连接，电容C6的负极板接地，所述电感L1的另一端接电容C7的正极板，所述电容C7的负极板分别接肖特基二极管D1的负极、肖特基二极管D2的正极，所述肖特基二极管D1的正极接供电电路2的输出端，所述肖特基二极管D2的负极接地，同时接电容C8的负极板，所述电容C8的正极板接供电电路2的输出端，所述芯片U3的第六管脚和第七管脚连接，同时均接地，第八管脚接电容C7的正极板，第二管脚和第四管脚均悬空；供电电路2中的芯片U3选用CS5172，CS5172的第三管脚接入两个电阻R9和R11来产生-5V电压，两个电阻的阻值相同，但不能过小，阻值为1KΏ-10KΏ。
如图9所示，电源适配器插口1的第一管脚接开关SW1的一端，所述开关SW1的另一端为VCC输出端，第二管脚和第三管脚均接地。
如图10所示，电压指示电路8，所述电压指示电路8包括发光二极管D3和电阻R7，所述发光二极管D3的正极接电源适配器插口1的VCC端，负极接电阻R7的一端，所述电阻R7 的另一端接地；所述电压指示电路8压降为1.7~1.8V，电流为3-5mA。
本发明实施例中芯片U1为MF10芯片，芯片U2选用单片机80C52，芯片U3的型号为CS5172。
本发明在烧录过程中，将USB转串口线的一端接入电脑的USB接口，USB转串口线的另一端接入滤波模块的串口烧录接口7，通过串口烧录接口7将程序烧录到单片机最小系统6的单片机芯片U2中，通过设置单片机芯片U2中定时器的值，烧录编译后程序即可改变芯片U2的输出时钟频率，从而控制带通滤波电路5的MF10芯片的中心频率，MF10芯片的中心频率可以设置比例，只需要将MF10芯片的第十二管脚设置高电平或低电平，高电平选择的是50，低电平选择的是100；这样解决了因用电烙铁替换电阻R和电容C造成的时间成本和电阻阻值、电容容值的误差问题，本发明带通滤波器模块同时使用两个通道进行滤波处理（VIN1-VOUT1/VIN2-VOUT2），解决由于带通滤波器中心频率不可灵活变化及中心频率不精确而造成的降噪效果不佳的问题，并且烧录过程中连接简单，方便拆卸,不仅节省时间，而且中心频率精确度高.
以上对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种两通道中心频率可调的带通滤波器，包括信号输入接口（3）、信号输出接口（4）、带通滤波电路（5）、单片机最小系统（6）和串口烧录接口（7），其特征在于，所述带通滤波电路（5）的输入端通过信号输入接口（3）获得输入信号，输出端通过信号输出接口（4）输出滤波后的信号，所述单片机最小系统（6）与串口烧录接口（7）连接，且通过串口烧录接口（7）获得编译后的程序，所述带通滤波电路（5）的时钟频率输入端口与单片机最小系统（6）的时钟频率输出端口连接，获得不同的时钟频率。
2.根据权利要求1所述的一种两通道中心频率可调的带通滤波器，其特征在于，还包括电源适配器插口（1）和供电电路（2），用于提供5V电压的电源适配器插口（1）分别与供电电路（2）、带通滤波电路（5）、单片机最小系统（6）连接，用于提供-5V电压的供电电路（2）与带通滤波电路（5）连接。
3.根据权利要求1所述的一种两通道中心频率可调的带通滤波器，其特征在于，所述信号输入接口（3）包括音频连接接口P2和音频连接接口P3，所述音频连接接口P2的第一管脚接带通滤波电路（5）的输入端VIN1，第三管脚接地，所述音频连接接口P3的第一管脚接带通滤波电路（5）的输入端VIN2，第三管脚接地。
4.根据权利要求1所述的一种两通道中心频率可调的带通滤波器，其特征在于，所述信号输出接口（4）包括音频连接接口P4和音频连接接口P5，所述音频连接接口P4的第一管脚接带通滤波电路（5）的输出端VOUT1，第二管脚接地，所述音频连接接口P5的第一管脚接带通滤波电路（5）的输出端VOUT2，第二管脚接地。
5.根据权利要求3和4所述的一种两通道中心频率可调的带通滤波器，其特征在于，所述信号输入接口（3）和信号输出接口（4）支持BNC接口、3.5mm音频接口或杜邦线连接。
6.根据权利要求1所述的一种两通道中心频率可调的带通滤波器，其特征在于，所述带通滤波电路（5）包括芯片U1，所述芯片U1的第二管脚为信号输出端VOUT1，第三管脚接电阻R2的一端，另一端接电阻R1的一端，同时接第四管脚，所述电阻R1的另一端接第二管脚，所述第四管脚通过电阻R3接信号输入端VIN1，所述第六管脚、第七管脚和第八管脚连接，同时接电源适配器插口（1）的VCC端，第九管脚通过电容C1接电源适配器插口（1）的VCC端，第十管脚和第十一管脚接单片机最小系统（6）的时钟频率输出端口CLK，第十二管脚接排针P1的第二管脚，所述排针P1的第一管脚接地，所述排针P1的第三管脚接源适配器插口（1）的VCC端，所述芯片U1的第十三管脚和第十四管脚连接，同时接供电电路（2）的输出端，且通过电容C2接地，所述第十七管脚通过电阻R6接信号输出端VIN2，第十八管脚通过电阻R5接第十七管脚，十九管脚通过电阻R4接第十七管脚，同时接信号输出端VOUT2，第一管脚和第二十管脚悬空，第五管脚、第九管脚、第十五管脚和第十六管脚均接地。
7.根据权利要求1所述的一种两通道中心频率可调的带通滤波器，其特征在于，所述单片机最小系统（6）包括芯片U2，所述芯片U2的第三管脚为时钟频率输出端口CLK，所述时钟频率输出端口CLK接带通滤波电路（5）的时钟频率输入端，第九管脚通过电阻R8接地，同时接电容C4的正极板，所述电容C4的负极板接电源适配器插口（1）的VCC端，同时接复位按键SW4的第三管脚和第四管脚，所述复位按键SW4的第一管脚和第二管脚均接地；所述芯片U2的第十管脚接串口烧录接口（7）的第一管脚，芯片U2的第十一管脚接串口烧录接口（7）的第二管脚，第十八管脚接晶振Y1的一端，第十九管脚接晶振Y1的另一端，所述晶振Y1的一端通过电容C5接地，晶振Y1的另一端通过电容C3接地；第二十管脚接地，第三十一管脚和第四十管脚均接源适配器插口（1）的VCC端，第一管脚、第二管脚、第四管脚至第八管脚、第十二管脚至第十七管脚、第二十一管脚至第三十管脚、第三十二管脚至第三十九管脚均悬空。
8.根据权利要求1所述的一种两通道中心频率可调的带通滤波器，其特征在于，所述供电电路（2）包括芯片U3，所述芯片U3的第一管脚接电容C5的负极板，所述电容C5的正极板接电阻R10的一端，所述电阻R10的另一端接地，第三管脚分别接电阻R9、电阻R11的一端，所述电阻R11的另一端接地，所述电阻R9的另一端接供电电路（2）的输出端，第五管脚接电源适配器插口（1）的VCC端，电容C6的正极板接电源适配器插口（1）的VCC端，同时与电感L1的一端连接，电容C6的负极板接地，所述电感L1的另一端接电容C7的正极板，所述电容C7的负极板分别接肖特基二极管D1的负极、肖特基二极管D2的正极，所述肖特基二极管D1的正极接供电电路（2）的输出端，所述肖特基二极管D2的负极接地，同时接电容C8的负极板，所述电容C8的正极板接供电电路（2）的输出端，所述芯片U3的第六管脚和第七管脚连接，同时均接地，第八管脚接电容C7的正极板，第二管脚和第四管脚均悬空。
9.根据权利要求1所述的一种两通道中心频率可调的带通滤波器，其特征在于，所述电源适配器插口（1）的第一管脚接开关SW1的一端，所述开关SW1的另一端为VCC输出端，第二管脚和第三管脚均接地。
10.根据权利要求1所述的一种两通道中心频率可调的带通滤波器，其特征在于，还包括电压指示电路（8），所述电压指示电路（8）包括发光二极管D3和电阻R7，所述发光二极管D3的正极接电源适配器插口（1）的VCC端，负极接电阻R7的一端，所述电阻R7 的另一端接地；所述电压指示电路（8）压降为1.7~1.8V，电流为3-5mA。
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