程控滤波器中的接口和时钟设计

程控滤波器在电子信息、通信、自动控制及仪表等行业中有着非常广泛的用途。其中基于M A X 2 6 2可编程滤波芯片的程控滤波器具有控制方便、滤波性能好等优点[1]。但要想获得优良的滤波性能, 必须为其提供可控的一组时钟, 同时由于该系统采用单片机控制, 其I/O口比较紧张故在该设计中采用具有一体化键盘显示功能的串行集成人机接口芯片C H 4 5 1来管理4×4非编码键盘和两个四位数码管。本文就是在这样的背景下提出的。

1 总体设计

程控滤波器系统框架如图1所示:人机接口模块、时钟模块和滤波模块三部分组成。其中人机接口模块由键盘和显示模块组成;时钟由一组分频器和控制逻辑构成;滤波模块主要由M A X 2 6 2芯片组成。具体连接和工作过程:根据键盘置入的数据, 由单片机控制时钟模块提供合适的时钟信号给M A X 2 6 2并使M A X 2 6 2选择预置的工作模式, 使得滤波输入的信号经过滤波后能得到我们所需要的滤波输出。单片机在控制滤波器的同时, 把我们设定的参数通过显示模块显示出来, 使操作者能比较直观的控制滤波器。

2 人机接口部分设计

2.1 硬件电路

由于89S51只有4个并行I/O口, 共32根I/O线, 而本次设计中对M A X 2 6 2的控制需要6根、对时钟控制至少需要3根 (或六根) 还有一些控制线, 所以I/O口是比较紧张的, 故在此选用了键盘显示管理一体化的串行集成接口芯片C H 4 5 1。如图2所示:C H 4 5 1与单片机的连接只用到了4根线, 分别是D O U T (提供给单片机的键盘中断) 、D C L K (单片机提供的读写时钟) 、L O A D (单片机提供的帧定位信号) 、D I N (单片机与C H 4 5 1的串行数据线) ;C H 4 5 1的S E G 7～S E G 0分别接至2个四位数码管的段码h～a, DIG7～DIG0分别由高至低接至8位数码管的各个位线, 同时S E G 3～S E G 0复用作为非编码键盘的行输入线, D I G 3～D I G 0复用作为列线。

2.2 接口程序

系统中对滤波器类型、滤波器中心频率等滤波参数的设置通过键盘置入, 在单片机的控制下显示在数码管上。

C H 4 5 1是一块串行集成键盘显示接口芯片, 可以直接驱动8位数码管和8×8行列式键盘, 其接口简单、功能强大。由于是串行接口芯片, 数据的收发完全由D I N一根线完成, 所以对时序和控制命令格式有较高的要求。

根据CH451的芯片资料[2], 如图3所示, 使用时先对C H 4 5 1进行初始化 (包括工作模式、显示状态等进行设置) , 之后等待键盘的中断 (键盘中断程序流程见图4) 进行相应的键处理, 最后输出显示 (见流程图5) 。

3 时钟部分设计

为了保证滤波器具有良好的滤波性能, 具有较陡峭的过渡带, 通常需要为M A X 2 6 2提供可控的一组时钟。

3.1 设计原理及时序图

根据输入置入的滤波器中心频率不同将提供给M A X 2 6 2的时钟分组, 经测试分为八组是比较理想的。这八组时钟受单片机给出的三位选择码的控制, 均由系统时钟分频获得。

为了描述方便只给出2、4、8分频, 其余分频值同理可得[3]。其时序图6如下。

3.2 时钟电路的实现[3,4]

在此模块后加一个数据选择器即可。

4 结语

基于C H 4 5 1集成串行键盘输入显示一体化芯片设计的人机接口极大的减少了M C U的I/O口, 具有使用方便、接口简单等优点。为中心频率的设计可控时钟提高了滤波器的滤波性能。经设计调试表明该设计运行可靠、性能优良。

摘要：在基于MAX262可编程芯片的程控滤波器设计中, 为提高滤波器的滤波性能, 需要提供一组可控的时钟。本文全面阐述了该系统的系统组成、硬件构成和软件设计。重点介绍一种程控滤波器时钟的设计方法和人机接口。

关键词：键值,段码,中心频率,状态机

参考文献

[1] MAX262_IcpdfCom芯片资料.

[2] 数码管控制及键盘接口芯片C H451中文资料, http://www.symcukf.com.

[3] 夏宇闻.复杂数字电路与系统的Verilog H D L设计技术[M].北京航空航天大学出版社, 2002.

[4] 潘松, 王国栋.V H D L实用教程[M].成都:电子科技大学出版社, 2000.