常用濾波器是由RC元件和集成運放所組成的有源濾波電路。其濾波特性與電阻R和電容C的精度密切相關，由它們組成的參數可調濾波器不僅對器件的精度要求較高，而且電路結構復雜，不易于實現程序控制。MAX261是一款雙二階開關電容有源濾波器。濾波器參數f0(中心或拐點頻率)、Q值、MODE(模式)均可由微處理器分別編程寫入，無需外接元件即可構成帶通(BP)、低通(LP)、高通(HP)、陷波(N)及全通(AP)有源濾波器。

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　　圖3為MAX261構成的程控濾波器電路。MAX261的4位地址線(A0～A3)、2條數據線(D0～D1)和1條寫使能允許信號(/WR)，分別與ATmega128的I/O端口連接，使控制器可以通過I/O端口對MAX261的各參數進行程序控制。如圖3右側所示，通過短路冒可以選擇3種不同的濾波器類型(低通、帶通和高通)。

　　2.3 程控放大器電路

　　多路開關和運算放大器相結合是實現程控放大器的簡易、有效的方法。利用多路開關來改變反相運算放大器的反饋電阻或者輸入電阻，可以達到改變增益大小的目的。對于精度要求高的場合，可以選用高精度的運放和電阻，并配合相應的增益標定以滿足系統要求。

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　　如圖4所示，程控放大器電路主要由低噪聲精密運放OP27和8選1模擬開關MAX308組成。OP27是低噪聲、精密運算放大器，失調電壓為25μV且最大漂移為0.6μV/℃，非常適合于精密儀表應用。在10 Hz下，低噪聲、低噪聲轉折頻率以及高增益這些特性，使其能對低電平的信號進行精密的高增益放大。8 MHz的增益帶寬積和2.8 V/μs的轉換速率，使該放大器在高速數據采集系統中保持極好的動態精度。程控放大器單位增益時，帶寬要求為100 kHz，OP27是能夠滿足的。MAX308的輸入輸出范圍達-10～+10 V，導通電阻小于100 Ω，導通電阻一致性小于3Ω，可以滿足系統需求。為節省I/O口，控制信號由MC74HC595進行串行/并行轉換后再實現MAX308的開關切換，進而完成信號增益的調節。電阻選用RJJ型精密小型金屬膜電阻，精度為±0.5%，溫漂系數為±50×10-6/℃。

　　在圖4的電路中，通過軟件控制開關的閉合或斷開，用于選擇不同反饋電阻來改變電路的增益。但該方法的缺點也是顯而易見的：由于切換開關與反饋電阻串聯，開關的導通電阻將影響放大器的增益。考慮到速度和精度的要求，取輸入電阻Rin=10kΩ，對應于8個檔位0.1、0，5、1、2、5、10、20、50的反饋電阻Rf分別為1 kΩ、5 kΩ、10 kΩ、20 kΩ、50 kΩ、100 kΩ、200 kΩ、500 kΩ。

　　3 系統軟件設計

　　根據設計需求，軟件部分要求：

　　①控制器電路支持TCP/IP協議的以太網通信;

　　②通過網頁瀏覽器或上位機數據控制軟件登錄程控信號調理系統，并對濾波器參數和放大器增益進行查看、修改和保存。

　　運行于ATmega128之上的嵌入式軟件是基于RTOSNut/OS的嵌入式以太網應用設計，應用程序的核心任務是實現以太網通信并解析指令實現對后續硬件電路的控制。應用程序包含了兩個線程：一個是主線程(即TCP服務器端線程)，另一個是放大器參數群設置線程。在Nut/OS中這兩個線程被設置成相同的優先級。

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　　主線程程序流程如圖5所示。主線程首先進行CPUI/O端口配置、定時器T2模式設置，以及IP、MAC、Mask和Gateway配置，恢復CPU掉電前程控放大器的放大倍數和程控濾波器的濾波參數，在創建放大器參數設置線程后將進入TCP，Socket服務器端程序，并開始偵聽TCPSocket客戶端引入的連接，在接收到客戶端發出的指令后將執行相應的動作。WrAmp字符串為放大器的放大倍數指令，可用于設置放大器的放大倍數;RAAmp指令用于從EEPROM中獲取放大器參數并發往客戶端;SetMX用于從指令中獲取濾波參數值;q[uit]用于斷開連接。

　　放大器參數群設置線程程序流程如圖6所示。采用這種雙線程參數設置結構，可以在確保指令被后續硬件電路正確執行的前提下，縮短TCP Socket的連接時間，加快上位機數據控制軟件對多個程控信號調理系統批量控制的速度。

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　　為了便于單機調試，嵌入式程序設計中還增加了http服務線程，系統管理員使用Web瀏覽器即可訪問ATmega128上的靜態網頁，對濾波器參數和放大器增益進行查看、修改和保存。

　　在上位機開發可視化的數據控制軟件，通過Socket套接字實現數據控制軟件與ATmega128間的通信。ATmega128程序作為服務器端，而上位機數據控制軟件作為客戶端，客戶端設置好服務器端的IP與端口號，即可通過Socket套接字進入連接狀態，雙方便可進行信息交換。上位機數據控制軟件由此控制程控信號調理系統的濾波器參數和放大器增益，進行查看、修改和保存。此種控制方式可以滿足上位機數據控制平臺對眾多程控信號調理系統的統一控制。