阅读说明：本技术 一种基于uart协议的程控微带滤波器及正弦波产生方法 (Program-controlled microstrip filter based on UART protocol and sine wave generation method ) 是由 吴佳 陈佳 戴华 李礼 刘碧贞 于 2020-07-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于UART协议的程控微带滤波器及正弦波产生方法。包括UART接口、微处理器、继电器、子微带滤波器、阻抗匹配器。UART接口用于接收传输到滤波器的控制信号；微处理器用于将接收到的UART信号解码转换为控制信号,控制继电器的通断；继电器接收来自微处理器的控制信号,用于选择子滤波器的通道；子滤波器用于滤除不同频率范围的方波信号；阻抗匹配器用于匹配通带的阻抗值,保证导线两端负载均衡。本发明通过程序选择通过的微带滤波器通路,保证了由方波滤出的正弦波信号不存在二次谐波等高阶数的谐波,解决了通信系统在宽工作频段下方波转换为正弦波的问题,提升了通信系统的自动化水平。(The invention discloses a program-controlled microstrip filter based on a UART protocol and a sine wave generation method. The device comprises a UART interface, a microprocessor, a relay, a sub-microstrip filter and an impedance matcher. The UART interface is used for receiving the control signal transmitted to the filter; the microprocessor is used for decoding and converting the received UART signal into a control signal and controlling the on-off of the relay; the relay receives a control signal from the microprocessor and is used for selecting a channel of the sub-filter; the sub-filters are used for filtering square wave signals in different frequency ranges; the impedance matcher is used for matching the impedance value of the pass band to ensure the load balance at the two ends of the lead. The invention ensures that the sine wave signal filtered by the square wave has no harmonic wave with high order such as second harmonic wave and the like by selecting the passing micro-strip filter path through a program, solves the problem that the square wave is converted into the sine wave in a wide working frequency band of the communication system, and improves the automation level of the communication system.)

一种基于UART协议的程控微带滤波器及正弦波产生方法

技术领域

本发明属于电子通信领域，涉及信号处理及滤波器设计方法，具体涉及一种基于UART协议的程控微带滤波器及正弦波产生方法。

背景技术

随着现有的信号环境变得愈发复杂，模拟通信系统电路需要输入的正弦信号的工作频段变得越来越宽。使用更宽的工作频段可以通过信道编码的方式提升通信系统的抗干扰能力，摆脱低频段的地表噪声的干扰。目前常用的数字通信频段已经达到了吉赫兹(GHz)的频率。例如3GPP规定的4G工作频率范围为1880-2635MHz，IEEE 802.11ac要求的工作频率范围为5170-5835MHz，而毫米波雷达要求信号的工作频率大于30GHz。宽信号工作范围要求使用带宽更宽的可调滤波器。

一个通信系统如果可以工作，必须需要本振为其提供基础的工作频率。通信系统的本振一般由锁相环(PLL)或晶振提供，晶振输出的信号为正弦波或者是方波，锁相环输出的信号是方波。而对于一个常规的通信系统而言，其需要正弦波作为其本振。由于晶振的工作频率范围窄，且难以做到可调，所以在宽频通信系统中少有将其作为本振源。锁相环由于其工作频率宽且频率可控的特点被广泛用于通信系统时钟源中。根据傅里叶展开定律，方波由多阶正弦波信号叠加产生，如果想获得与方波频率相等的正弦波信号，需要将其次生信号全部滤除，次生信号往往是方波信号的整数倍，所以使用滤波器可以解决其问题。

通信系统中使用的滤波器根据使用的器件可分为无源滤波器与有源滤波器，根据通带频段可分为高通滤波器、带通滤波器、低通滤波器、带阻滤波器。无源滤波器由电容、电阻、电感这种无源器件构成，有源滤波器由晶体管或运放等有源器件构成。为了解决高频信号的滤波问题，微带滤波器被设计并广泛应用。微带滤波器通过在FR4或者其他材料上绘制相应电路的形状，使得绘制的电路含有容性和阻性，使其具有滤波器的性质。由于微带上表现的容性和阻性可以达到飞库(fC)和毫欧(mR)量级，所以微带滤波器常常被用于吉赫兹以上的高频信号环境。根据绘制的图形，微带滤波器分为发夹型、平行耦合线、梳状线、交指型等类型。为了解决从方波中滤出正弦波的问题，使用低通滤波器可有效解决上述问题。

通用异步收发传输器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)，通常称作UART。它将要传输的资料在串行通信与并行通信之间加以转换。其工作原理是将传输数据的每个字符一位接一位地传输，包含起始位、资料位、奇偶校验位和停止位。其具体结构可分为输出缓冲寄存器、输出移位寄存器、输入移位寄存器、输入缓冲寄存器、控制寄存器和状态寄存器。UART协议常常被应用于芯片间或者计算机之间的短程低速的通信中，是一种用途广泛的通信协议。

发明内容

发明人经过大量的研究发现，现有的无源滤波器在设计完成后其工作频率与带宽是固定参数，在为宽工作频率的通信系统生成本振中存在通带短、难以灵活调整的问题，使其难以将方波中所包含的多阶谐波完全滤除，并难以用于本振生成。为解决这一技术问题，本发明提供了一种基于UART协议的程控微带滤波器，可有效地将无源滤波器用于通信系统的本振生成。具体技术方案如下：

一种基于UART协议的程控微带滤波器，包括：UART接口、微处理器、继电器、子微带滤波器、阻抗匹配器；

其中，UART接口用于接收从上位机传输到滤波器的控制信号；微处理器用于将接收到的UART信号进行解码，转换为控制信号，用于控制继电器的通断；继电器作为通道开关使用，接收来自微处理器的控制信号，用于选择子滤波器的通道；子滤波器是基本的滤波单元，用于滤除不同频率范围的方波信号，可以被继电器选择信号是否通过此滤波通路；阻抗匹配器用于匹配通带的阻抗值，保证导线两端负载均衡。

一种基于UART协议的多阶程控滤波器的正弦波产生方法，包括以下步骤：

(1)将锁相环发出的信号连接到滤波器输入接口，并启动锁相环；

(2)上位机通过UART接口发送相应的控制信号，选择对应的滤波器通路，微处理器接收到UART信号，将其转码为控制继电器的信号；

(3)继电器接收到微处理器的信号，控制子滤波器通路是否通断，从而完成选择滤波器通路的工作。

本发明具有以下有益效果：

本发明通过程序选择通过的微带滤波器通路，保证了由方波滤出的正弦波信号不存在二次谐波等高阶数的谐波，解决了通信系统在宽工作频段下方波转换为正弦波的问题，提升了通信系统的自动化水平。

附图说明

图1为本发明实施例中一种基于UART协议的程控微带滤波器的示意图。

图中：1为UART信号接口，2为微处理器，3为方波信号输入接口，4为正弦波信号输出接口，5为继电器，6为子微带滤波器，7为阻抗匹配器。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例中一种基于UART协议的程控微带滤波器的示意图，以下实施例以将输入的方波转换为正弦波为例进行说明，相应的方波产生装置可以为锁相环，输出的信号负载可以是电阻负载，上位机控制系统可以是个人电脑。

所述系统包括：UART信号接口1、微处理器2、方波信号输入接口3、正弦波信号输出接口4、继电器5、子微带滤波器6、阻抗匹配器7。

UART信号接口1与个人电脑相连，方波信号输入接口3与锁相环输出信号相连，正弦波信号输出接口4与输出负载相连。

本领域技术人员可以理解，信号接口的样式众多，UART信号接口1、方波信号输入接口3与正弦波信号输出接口4可以使用任何可以保证电学特性的接口。对此，本发明不作具体的限定。

本领域的技术人员可以理解，进行阻抗匹配的方式多样，本例虽然仅使用电阻接地的方式进行阻抗匹配保持信号质量，但并不仅限于此。对于阻抗匹配器7的具体设计，本发明不做限定。

本领域技术人员可以理解，微带滤波器的种类多样，以满足不同的指标要求，因此子微带滤波器6中每个通道及其相应的种类，本发明不做具体的限定。

优选的，子微带滤波器的数量可以大于或少于图1中所展示的三通道，以优化对谐波的滤除水平，并扩宽程控微带滤波器的工作频率，所以子微带滤波器6的通道数量本发明不做具体限定。

相应的，本发明还提供一种输入的方波转换为正弦波的方法实施例，可应用于上述实施例所述的程控微带滤波器系统，本实施例同样以将方波转换为正弦波为例说明。所述方法具体可以包括：

S1、对程控微带滤波系统上电，由锁相环输出方波给方波信号输入接口3；

S2、个人电脑通过UART信号接口1发送控制指令到微处理器2，用于选择微带通路或者关闭全部微带滤波器通路；

S3、微处理器2在收到从UART信号接口1获得的指令之后对指令进行处理，将其转换为控制继电器5的信号，控制相应继电器的通断；

S4、信号穿过阻抗匹配器7通过正弦波信号输出接口4输出程控微带滤波器，将正弦波传递给电阻负载。

本步骤具体的状态图，可以参考图1所示。

优选的，微处理器2中所执行的对于UART协议的解析方式及算法可以由用户自行设计，以提升程控微带滤波器的工作效率，在此不做限定。

本实施例提供的技术方案解决了通信系统本振生成的问题，使得微带滤波器可以更好地应用于宽带宽通信系统中，并且使得通信系统获得信噪比更高的本振源，提高了通信系统的质量及自动化水平。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。