畢業(yè)論文——基于單片機(jī)的程控放大器設(shè)計(jì)

西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第II頁 江西科技師范大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于單片機(jī)的程控放大器設(shè)計(jì)年 級(jí): 20XX屆 學(xué) 號(hào): 姓 名: 專 業(yè): 電子科學(xué)與技術(shù) 指導(dǎo)老師: 二零XX年六月 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第V頁 江西科技師范大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 摘 要本設(shè)計(jì)由直流穩(wěn)壓電源、前置放大電路單元、增益控制部分、功率放大部分、單片機(jī)自動(dòng)增益控制部分幾個(gè)模塊構(gòu)成。輸入部分采用高速電壓反饋型運(yùn)放OPA642作跟隨器提高輸入阻抗，并且在不影響性能的條件下給輸入部分加了保護(hù)電路。使用了多種抗干擾措施以減少噪聲并抑制高頻自激。同時(shí)利用可變?cè)鲆鎸拵Х糯笃鰽D603來提高增益和擴(kuò)大AGC控制范圍，通過軟件補(bǔ)償減小增益調(diào)節(jié)的步進(jìn)間隔和提高準(zhǔn)確度。功率輸出部分采用分立元件制作，提高了負(fù)載阻值以及輸出有效值。控制部分由51系列單片機(jī)、A/D、D/A和基準(zhǔn)源組成。整個(gè)系統(tǒng)通頻帶為1kHz20MHz，最小增益0dB，最大增益80dB。增益步進(jìn)1dB，60dB以下預(yù)置增益與實(shí)際增益誤差小于0.2dB。不失真輸出電壓有效值達(dá)9.5V，輸出4.55.5V時(shí)AGC控制范圍為66dB，應(yīng)用單片機(jī)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)對(duì)增益進(jìn)行預(yù)置和控制,AGC穩(wěn)定性好,可控范圍大,完成了設(shè)計(jì)的所有基本要求并做適當(dāng)?shù)陌l(fā)揮，使設(shè)計(jì)更完善。關(guān)鍵詞：程控；寬帶；自動(dòng)增益控制；AD603；AGC Abstract The design of the DC power supply, the preamplifier circuit unit , gain control section , the power amplifier section , SCM AGC part of several modules . The input section with high-speed voltage feedback op amp OPA642 as a follower to improve the input impedance , and without affecting the performance of the conditions to the input section added protection circuit. Using a variety of measures to reduce noise interference and suppress high frequency self-excited . While taking advantage of the variable -gain broadband amplifiers AD603 to improve and expand the AGC gain control range , reducing the gain adjustment step interval and improve accuracy by software compensation. Power output section using discrete components , improving the load resistance and the output rms . Controlled in part by the 51 series micro controller , A / D, D / A and a reference source components. Passband of the entire system 1kHz 20MHz, the smallest gain 0dB, the maximum gain 80dB. Gain step 1dB, 60dB gain with the following preset actual gain error is less than 0.2dB. Undistorted output voltage effective value of 9.5V, 4.5 5.5V output when the AGC control range of 66dB, the application micro controller and digital signal processing techniques to gain presets and control , AGC good stability , large controllable range , completed the design all the basic requirements and make the appropriate play to make the design better .Keywords: programmable ; broadband ; AGC ; AD603; AGC目 錄摘 要2一、設(shè)計(jì)題目，要求，意義4二、方案論證與比較4 2.1 可控增益放大器部分4 2.2 功率輸出部分7 2.3 測(cè)量有效值部分7三、具體系統(tǒng)設(shè)計(jì)8 3.1總體設(shè)計(jì)思路8 3.2系統(tǒng)各模塊電路的設(shè)計(jì)與分析10 3.2.1直流穩(wěn)壓電源10 3.2.2前置放大電路單元 10 3.2.3 增益控制部分11 3.2.4功率放大部分11 3.2.5自動(dòng)增益控制（AGC）12四、理論分析與參數(shù)計(jì)算13 4.1電壓控制增益的原理13 4.2 AGC介紹13 4.3正弦電壓有效值的計(jì)算13五、單片機(jī)軟件的設(shè)計(jì)14 5.1 軟件功能14 5.2流程圖15 5.3代碼分析15六、抗干擾措施分析20七、誤差分析及性能總結(jié)21 7.1 誤差分析21 7.2性能總結(jié)21八、課程設(shè)計(jì)心得與體會(huì)21 8.1 課程設(shè)計(jì)過程21 8.2 問題與解決方法21 8.3 心得體會(huì)22九、參考文獻(xiàn)23十、附錄（電路圖）23一、設(shè)計(jì)題目，要求，意義。1.1.設(shè)計(jì)題目 基于單片機(jī)的程控放大器設(shè)計(jì)1.2.設(shè)計(jì)要求 (1)輸入阻抗1k；單端輸入，單端輸出；放大器負(fù)載電阻600 ； （2）3dB通頻帶10kHz6MHz，在20kHz5MHz頻帶內(nèi)增益起伏1dB； （3）最大增益40dB，增益調(diào)節(jié)范圍10dB40dB； （4）最大輸出電壓有效值3V。1.3.設(shè)計(jì)意義 模擬電子線路的主要知識(shí)點(diǎn)有三點(diǎn)，即放大器，振蕩器和調(diào)制解調(diào)器，而后 二者也多是以放大器為基礎(chǔ)，所以放大器實(shí)際上是模擬電子線路最重要最基礎(chǔ)的知識(shí)點(diǎn)。而對(duì)放大器而言，最主要的是反映當(dāng)前新技術(shù)，新器件的應(yīng)用。高速寬帶，增益可程控，低噪聲，高輸入阻抗，高共模抑制比。程控寬帶放大器這個(gè)題目正是切中了這個(gè)主要知識(shí)點(diǎn)的諸多主要方面。同時(shí)該課題還能同單片機(jī)應(yīng)用等數(shù)字化技術(shù)與微機(jī)技術(shù)，較好地體現(xiàn)了當(dāng)前“模擬的系統(tǒng)概念加數(shù)字化的處理技術(shù)”這一個(gè)電子技術(shù)發(fā)展的總趨勢(shì)。二、方案論證與比較2.1 可控增益放大器部分方案一 由晶體管簡單放大電路的放大電路可以實(shí)現(xiàn)重疊，圖1是一個(gè)分立放大器裝置的電路圖。為了滿足40dB的增益的要求可以采用多級(jí)放大器電路來實(shí)現(xiàn)。二極管檢測(cè)器的自動(dòng)增益調(diào)整前產(chǎn)生反饋電壓調(diào)節(jié)器電路的輸出級(jí)電路。因?yàn)樵摮绦蚴褂昧舜罅康姆至⒃缇w管和其它電路是比較復(fù)雜的，難以調(diào)整工作點(diǎn)，特別是定量的增益調(diào)整是非常困難的。此外，采用多級(jí)放大器電路的穩(wěn)定性差，容易產(chǎn)生自激現(xiàn)象。圖1 分立元件放大器電路圖方案二 原理框圖如圖2所示，場(chǎng)效應(yīng)管工作在可變電阻區(qū)，輸出信號(hào)取自電阻與場(chǎng)效應(yīng)管與對(duì)V的分壓。采用場(chǎng)效應(yīng)管作AGC控制可以達(dá)到很高的頻率和很低的噪聲，但溫度、電源等的漂移將會(huì)引起分壓比的變化，用這種方案很難實(shí)現(xiàn)增益的精確控制和長時(shí)間穩(wěn)定。 圖 2 場(chǎng)效應(yīng)管放大器電路圖方案三 為了便于最大40dB的增益調(diào)整，可以使用D / A芯片AD7520改變反饋電阻網(wǎng)絡(luò)電壓，從而控制電路的增益的權(quán)利。又考慮到AD7520是一種廉價(jià)型10 - 位D / A轉(zhuǎn)換芯片，輸出VOUT = DN Vref/210 ，其中DN是10個(gè)數(shù)字輸入的二進(jìn)制值，可滿足210 = 1024塊的增益調(diào)整，以滿足精度要求被檢體。它是由CMOS電流開關(guān)和電阻梯形網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡單，精度高，體積小，易于控制，簡化外部接線和其它特征，它可以被用來實(shí)現(xiàn)AD7520可編程的信號(hào)衰減。然而，由于輸入基準(zhǔn)電壓Vref AD7520具有用于將輸入信號(hào)在一定的保證金要求在毫伏V分別具有增益的更精確的大小，最好的信號(hào)之前通過一個(gè)自適應(yīng)振幅調(diào)整到達(dá)AD7520放大器，并然后通過AD7520衰減圍繞相應(yīng)的級(jí)放大級(jí)的增益，使1024的情節(jié)，而分母的衰減補(bǔ)償AD7520可以通過編程來實(shí)現(xiàn)放大。然而AD7520的輸入范圍是必需的，特別是實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的和非線性變換誤差大，幾kHz的帶寬，頻帶不能滿足要求。方案四 使用增益控制電壓是線性的，可編程增益放大器PGA ，用控制電壓和增益（dB ）可變?cè)鲆娣糯笃髦g的線性關(guān)系來實(shí)現(xiàn)增益控制（圖3） 。根據(jù)對(duì)放大器增益控制要求的主題，考慮直接選擇可調(diào)增益運(yùn)算放大器，如AD603 。內(nèi)的R-2R梯形電阻網(wǎng)絡(luò)和固定增益放大器，它被施加到由固定增益放大器的輸出，衰減的通過在所確定的增益控制的基準(zhǔn)電壓施加的衰減量的梯形網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)輸入端接口;而這個(gè)參考電壓可以由微控制器可操作性和控制D / A輸出控制電壓的芯片來，以達(dá)到更精確的數(shù)控。 AD603也可以通過直流可以提供到30MHz工作帶寬比可以提供超過增益單級(jí)實(shí)際工作中衰減20dB，你可以得到40dB以上的增益多兩至后級(jí)放大器的輸出級(jí)聯(lián)后，也是在高頻率提供了更多的比增益60dB的。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是該電路的高集成度，相干清晰，易于控制，易于使用的單芯片數(shù)字處理。圖 3 可變?cè)鲆娴倪\(yùn)放放大器電路圖總之，程序四個(gè)選擇，集成了可變?cè)鲆娣糯笃鰽D603的增益控制。 AD603是一款低噪聲，精密控制的可變?cè)鲆娣糯笃?，溫度穩(wěn)定性高0.5dB的最大增益誤差，以滿足主體的精度要求，增益（分貝）與控制電壓（V）是線性的，所以你可以很容易使用的D / A輸出電壓控制放大器的增益。2.2 功率輸出部分 級(jí)聯(lián)放大器電路由兩個(gè)AD603 ，輸入信號(hào)可以是不同大小的前置放大器。因?yàn)樽畲筝敵鲭妷篈D603是小的，不符合主體的要求，所以，通過輸出RMS來達(dá)到一個(gè)更高的水平所需要的前置放大器信號(hào)放大。方案一 采用集成電路芯片。使用集成電路芯片電路簡單，使用方便，性能穩(wěn)定，具有詳細(xì)的文檔。但要求高于3V rms輸出，而在電子市場(chǎng)上很難買到這樣的芯片，而我們買的AD811 ， HA- 2539等芯片，雖然輸出電壓的大小，以滿足需求，但它是問題容易出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況。方案二 采用分立元件來建立自己的后級(jí)放大器。難使用分立元件，調(diào)試繁瑣，但它可以通過最合適的輸入和輸出阻抗，放大和其它參數(shù)來計(jì)算設(shè)計(jì)，電阻器和電容器，可能需要更換，這似乎在這一點(diǎn)上比IC靈活。所以，自行設(shè)計(jì)的放大器的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的綜上所述，采用方案二。2.3測(cè)量有效值部分方案一 程序上高速ADC電壓進(jìn)行采樣，一個(gè)星期內(nèi)，數(shù)據(jù)輸入和計(jì)算微控制器的有效值，電壓有效值可以得出：該程序具有很強(qiáng)的抗干擾能力，設(shè)計(jì)靈活，精度高，但難以調(diào)試，高頻率采樣困難和計(jì)算密集型，增加了軟件的難度。方案二 精密整流和集成，以獲得正弦電壓，那么ADC采樣的平均值，用平均值和有效值計(jì)算有效值顯示之間的簡單轉(zhuǎn)換關(guān)系的信號(hào)。只有一個(gè)簡單的整流濾波電路和微控制器就可以完成交流信號(hào)的有效值測(cè)量。但是，衡量非正弦波的這種方法會(huì)導(dǎo)致較大的誤差。 方案三 真有效值轉(zhuǎn)換與集成芯片，真正的RMS輸出直接測(cè)量信號(hào)。這有效值測(cè)量，從而實(shí)現(xiàn)任意波形。綜上所述，使用方案三，變換芯片AD637的選擇。 AD637是一個(gè)真有效值轉(zhuǎn)換芯片，它可以測(cè)量信號(hào)有效值高達(dá)7V ，精度優(yōu)于0.5 ，和更少的外部元件，頻帶寬，對(duì)于1V信號(hào)為8MHz其3dB帶寬的有效價(jià)值，你可以輸入信號(hào)以dB為單位的水平表明該程序的硬件，軟件簡單，準(zhǔn)確度也高，但不超過8MHz的信號(hào)更高。這個(gè)程序的硬件很容易實(shí)現(xiàn)，并為8MHz或更低時(shí)測(cè)得的RMS精度可以得到保證，在被攝物體的精確度要求高，在通頻帶10kHz到6MHz的。三、具體系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1總體設(shè)計(jì)思路根據(jù)拍攝對(duì)象的要求，結(jié)合考慮各種選項(xiàng)，模擬和數(shù)字系統(tǒng)充分利用各自的優(yōu)勢(shì)，發(fā)揮自己的優(yōu)勢(shì)，采用單片機(jī)前置放大器增益和控制方法，大大提高了系統(tǒng)的精度和可控性;后期放大器，設(shè)計(jì)用于由分立元件的使用互補(bǔ)推挽輸出放大器增加輸出電壓有效值，從而使信號(hào)一直是最合理的前置放大器在單芯片數(shù)字控制算法。系統(tǒng)框圖：由輸入信號(hào)前置放大增益放大電壓通過D由單片機(jī)控制的控制/ A轉(zhuǎn)換器提供。的AD603 Vg的（= V1-V2）根據(jù)公式：增益GAIN = 40 Vg的20 （ dB）被置位，并且在AGC模式下，控制電壓Vg由AGC電路，而不是供應(yīng)鏈管理的反饋電壓而得到。后的最終級(jí)放大器之后的預(yù)放大信號(hào)都經(jīng)過精確的測(cè)量和計(jì)算，以獲得所需的輸出信號(hào)，前，后級(jí)增益的匹配。由峰值檢波電路中，反饋到由RMS得到的微控制器，算術(shù)和線性補(bǔ)償所獲得的輸出電壓。圖 4 系統(tǒng)原理框圖3.2系統(tǒng)各模塊電路的設(shè)計(jì)與分析3.2.1直流穩(wěn)壓電源 采用全波橋式整流，大電容濾波，三端穩(wěn)壓裝置的方法來產(chǎn)生各種直流電壓的電源。正負(fù)15V ，正負(fù)5V這樣你就可以買到相應(yīng)的固定輸出三端穩(wěn)壓芯片，如LM7815 ， LM7805 。如果沒有7.5V的電子市場(chǎng)AD603電壓我們的要求，所以我們使用如圖5所示的可變輸出電壓穩(wěn)壓芯片LM317T典型電路圖。圖5直流電源后一個(gè)穩(wěn)定的直流交流輸入濾波電容的三端穩(wěn)壓集成電路LM317T的Vin的結(jié)束。 LM317T是這樣工作的： VIN引腳的工作電壓給它后，它就能保持其+ Vout端電壓低于其ADJ 1.25V年底高。因此，我們只需要使用一個(gè)非常小的電流來調(diào)節(jié)電壓ADJ端，你可以得到的+ Vout端相對(duì)較大的輸出電流，并且比ADJ端固定在1.25V電壓高。在ADJ端LM317T增加一個(gè)濾波電容到地，將極大地改善紋波抑制比，高頻小信號(hào)運(yùn)算放大器提供了非常穩(wěn)定的電源。當(dāng)有意外情況使得LM317T輸入電壓二極管效果比輸出電壓低時(shí)，輸入可以防止電流從侵入LM317T造成損害。3.2.2前置放大電路單元以及圖6是一個(gè)增益控制輸入緩沖器電路中， AD603的輸入電阻只有100 ，輸入電阻大于1k到滿足輸入緩沖器部分的要求必須被加入，以使輸入阻抗;附加噪聲的電路之前的電路是非常大的，必須盡量減少噪音。因此，采用高速低噪聲電壓反饋運(yùn)算放大器OPA642預(yù)跟隨，而在輸入耦合半導(dǎo)體過壓保護(hù)。輸入第一個(gè)電阻分壓器衰減的部分，然后由低噪聲高速運(yùn)算放大器OPA642放大，整體還是一個(gè)追隨者，二極管保護(hù)輸入電壓峰值OPA642不超過它的極限（ 2V ） 。它的輸入阻抗大于1k的。 400MHz的的OPA642的增益帶寬積，放大3.4倍， 100MHz以上的信號(hào)被衰減。輸入和輸出端口P1，P2通過同軸電纜連接，以防止自激。級(jí)間耦合采用高頻陶瓷電容電解電容并聯(lián)的方式，無論是高頻和低頻信號(hào)。3.2.3增益控制部分獲得安裝在屏蔽盒控制部分，箱式多點(diǎn)接地和接地，以避免自激，一些電容和電阻采用SMD封裝，入門級(jí)的連接盡可能短的最近的路。 AD603的典型的連接部分是最寬的一個(gè)在通頻帶， 90MHz的的通帶中，在-10增益 30分貝，輸入控制電壓U中的-0.5 0.5 V.圖7的范圍是典型的訪問到AD603 90MHz的帶寬的方法。圖8是一個(gè)增益控制電路。圖7 AD603挑90MHz的帶寬的典型方法和增益控制電壓的關(guān)系是：股份公司（ DB） = 40 U +10 ，控制水平僅優(yōu)于40dB，則采用兩級(jí)級(jí)聯(lián)， AG（分貝）的增益= 40 U1 +40 U2 20 ，所獲得的范圍為-20 +60分貝符合題目的要求。兩個(gè)級(jí)放大器電路，由于相同的頻率響應(yīng)曲線，因此當(dāng)后水平AD603系列，帶寬減小時(shí)，一系列圍繞90MHz的各級(jí)之前的帶寬，兩級(jí)放大器系列3dB帶寬對(duì)應(yīng)的總單基于振幅 - 頻率響應(yīng)曲線的總帶寬級(jí)放大器電路1.5分貝帶寬可以為60MHz的級(jí)聯(lián)后進(jìn)行繪制。3.2.4功率放大器部分電路如圖9所示。參考音頻放大器驅(qū)動(dòng)器電路，考慮到負(fù)載電阻為600 ， RMS輸出大于3V ，而約2V RMS AD603的最大輸出，所以用一個(gè)兩階段的晶體管發(fā)射結(jié)直流耦合和直流負(fù)反饋，以構(gòu)建端到端 - 級(jí)功率放大，所述第一放大級(jí)的電壓時(shí)，放大器電路的電壓增益在這個(gè)階段，電壓的第一級(jí)的雙端輸出信號(hào)的電流和合成的第二級(jí)放大變成單端信號(hào)，同時(shí)用，如果你需要，你需要增加一級(jí)跟隨器晶體管，事實(shí)上，加上跟隨在后的通頻帶急劇下降更多的能力來驅(qū)動(dòng)負(fù)載能力增加是由于跟隨結(jié)電容等效放大的輸入信號(hào)頻率較高時(shí)，輸出電平的直流電流的輸出信號(hào)是大和小。使用2擴(kuò)增足以滿足主體的需要。 NSC的選擇晶體管2N3904 2N3906和（特征頻率fT = 250 300MHz的）可以達(dá)到25MHz的帶寬。頻率補(bǔ)償電路不使用時(shí)，直流到在20MHz 20MHz的線性放大增益或更少非常光滑，穩(wěn)定的直流特性的信號(hào)。我們會(huì)在串聯(lián)的電容到地反饋回路，提高了直流負(fù)反饋，但它會(huì)使低頻響應(yīng)的變化，其實(shí)，這樣做只能通過低頻段，以提高從DC較低的頻率1kHz時(shí)，但電路的穩(wěn)定性有了很大的提高。該電路的放大倍數(shù)：AG 1 + R10/R9 ，放大約10倍的整個(gè)放大器電路的電壓。 R10是通過調(diào)整增益調(diào)整時(shí)，操作點(diǎn)可根據(jù)電源電壓進(jìn)行調(diào)整， R7調(diào)整。3.2.5自動(dòng)增益控制（AGC ） 該模塊使用的微控制器調(diào)整的基礎(chǔ)上，輸出信號(hào)的幅度增益。由單片機(jī)， 100Hz的截止頻率探測(cè)器簡單的2類RC濾波器采樣后的輸出信號(hào)。由于通頻帶放大器在1kHz，低端時(shí)的工作頻率為1kHz時(shí)，為了確保在輸出波形失真的變化時(shí)，增益較小時(shí)， AGC響應(yīng)時(shí)間設(shè)定為10ms時(shí)， MCU定時(shí)器0產(chǎn)生10ms的中斷輸出RMS樣品，在增益控制電壓進(jìn)行濾波的可變?cè)鲆娣糯笃鞑ê蠹?。理論上AGC控制范圍達(dá)到0 80分貝，事實(shí)上，由于添加了輸入保護(hù)電路中，輸出電壓按不同的AGC范圍是不相同的，在4.5的范圍內(nèi)，輸出5.5V時(shí)， AGC是約70分貝，和當(dāng)輸出是2 2.5V時(shí)，自動(dòng)增益控制范圍達(dá)80分貝。這部分的51系列單片機(jī)，A / D，D / A和參考源組件。使用12 - 位串行A / D芯片ADS7816和ADS7841 （為RMS和峰值的同時(shí)測(cè)量）和12位串行雙D / A芯片TLV5618 。使用一個(gè)參考電壓源MC1403帶隙基準(zhǔn)源。在圖10中所示的方框圖。四、理論分析與參數(shù)計(jì)算4.1電壓控制增益的原理AD603的基本增益為：Gain (dB) = 40 VG + 10，其中，VG是差分輸入電壓,單位是V，Gain是AD603的基本增益,單位是dB。從此式可以看出，以dB作單位的對(duì)數(shù)增益和電壓之間是線性的關(guān)系。由此可以得出，只要單片機(jī)進(jìn)行簡單的線性計(jì)算就可以控制對(duì)數(shù)增益，增益步進(jìn)可以很準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)。但若要用放大倍數(shù)來表示增益的話，則需將放大倍數(shù)經(jīng)過復(fù)雜的對(duì)數(shù)運(yùn)算轉(zhuǎn)化為以dB為單位后再去控制AD603的增益，這樣在計(jì)算過程中就引入了較大的運(yùn)算誤差。4.2 AGC介紹基本增益AD603是：增益（dB ） = 40 VG +10 ，其中， VG是差分輸入電壓，單位為V ，增益為AD603的增益基本單位是分貝。如可以從該式中，以dB為單位和電壓增益的對(duì)數(shù)成線性關(guān)系可以看出。可以得出結(jié)論認(rèn)為，只要一個(gè)簡單的線性計(jì)算的微控制器可以控制對(duì)數(shù)增益，增益的步驟可以被精確地實(shí)現(xiàn)。然而，如果使用放大倍數(shù)的增益，那么放大倍率，需要復(fù)雜的操作成若干分貝為單位后AD603來控制增益，使得引入更高的計(jì)算誤差的計(jì)算過程。4.2.1AGC簡介AGC是一個(gè)縮寫在廣播，電視，VCR和接收信號(hào)處理電路的電平用于自動(dòng)增益控制電路。它的作用是當(dāng)信號(hào)強(qiáng)，它會(huì)自動(dòng)降低增益，當(dāng)信號(hào)較弱，因此自動(dòng)獲得提高，保證輸出信號(hào)的基本穩(wěn)定。4.2.2正弦電壓有效值計(jì)算在圖11所示AD637的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。基于RMS的手冊(cè)中給出的經(jīng)驗(yàn)公式AD637芯片有：其中： VIN是輸入電壓， Vrms的輸出電壓有效值。圖 11 AD637的內(nèi)部結(jié)構(gòu)五、單片機(jī)的軟件程序5.1軟件功能主程序和子程序都存放在AT89S52單片機(jī)中。該程序的主要功能是: 開機(jī)以后負(fù)責(zé)查鍵，即做鍵盤掃描及顯示工作，然后根據(jù)用戶所按的鍵轉(zhuǎn)到相應(yīng)的子程序進(jìn)行處理，利用程序控制D/A電阻網(wǎng)絡(luò)中阻值的變化，并利用LM324N運(yùn)算放大器來將其輸出轉(zhuǎn)換成電壓形式，以此來輸出放大或者衰減后的正弦波，同時(shí)在四位數(shù)碼管中顯示出所放大的倍數(shù)。5.2流程圖 控制程序流程圖如圖3-1所示.圖3-1 波形放大部分程序流程圖5.3代碼分析本系統(tǒng)程序代碼如下。1. 函數(shù)聲明及變量定義為方便程序的編寫，把部分常用的變量進(jìn)行偽定義，把實(shí)現(xiàn)一定功能的程序編寫為一個(gè)函數(shù)，有利于程序的編寫。#includereg51.h #includeintrins.hsbit dacs=P10;/端口定義 sbit dawr=P11;/芯片sbit lcdrs=P15;/定義寄存器sbit lcdrw=P16;/定義是否讀寫sbit lcde=P17;/定義使能端sbit lcd_flag=P07;/定義是否忙標(biāo)志void disp(void);/以下為函數(shù)聲明void lcd_delay(unsigned int );void lcd_deal(unsigned char ,unsigned char ,unsigned char );void _1602(void);void lcd_init(void);void lcd_moveto(unsigned char ,unsigned char );void lcd_putchar(unsigned char ); unsigned char code shuzi=0,1,2,3,4,5,6,7,8,9;unsigned char code lcd_Assic12=/ASICII碼0 x30,0 x31,0 x32,0 x33,0 x34,0 x35,0 x36,0 x37,0 x38,0 x39,0 x56,0 x2e;unsigned char dis216=/液晶初始化數(shù)據(jù)0 x20,0 x20,0 x20,0 x20,/0 x20輸出是空即空格0 x20,0 x20,0 x20,0 x20,0 x20,0 x20,0 x20,0 x20,0 x20,0 x20,0 x20,0 x20,0 x20,0 x20,0 x20,0 x20,0 x20,0 x20,0 x20,0 x20,0 x20,0 x20,0 x20,0 x20,0 x20,0 x20,0 x20,0 x20;unsigned char val=0;/全局變量2主程序 本系統(tǒng)主程初始化并啟動(dòng)DAC0832芯片后，進(jìn)入按鍵檢測(cè)程序。當(dāng)加一鍵按下時(shí)，val變量加一。顯示屏第一行數(shù)字顯示val的大小，第二行適時(shí)顯示轉(zhuǎn)化后的電壓值。當(dāng)加一鍵按下超過一秒鐘后，val以500ms的速度增長，按鍵釋放后停止。減一鍵類似。詳細(xì)主程序見附錄1。3顯示子程序此程序?yàn)橐壕э@示子程序，首先將要顯示的變量val的百位、十位、個(gè)位分離。然后儲(chǔ)存到液晶顯示緩存區(qū)，最后經(jīng)_1602()函數(shù)把緩存的數(shù)據(jù)送到顯示屏上顯示出來。/*顯示函數(shù)程序*/void disp(void)P2=val;lcd_deal(0,0,val/100);/分離百位lcd_deal(0,1,val%100/10);/分離十位lcd_deal(0,2,val%10);/分離個(gè)位lcd_deal(1,2,(unsigned char)(float)val/256*5)%10);lcd_deal(1,3,11); /顯示符號(hào)“.”lcd_deal(1,4,(unsigned char)(float)val/256*50)%10);lcd_deal(1,5,(unsigned int)(float)val/256*500)%10);lcd_deal(1,6,10); /顯示字符“V”_1602();/輸出到16024延時(shí)程序此程序?yàn)橐壕э@示函數(shù)和主程序按鍵去抖延時(shí)提供毫秒級(jí)延時(shí)函數(shù)。/*延時(shí)函數(shù)程序*/void lcd_delay(unsigned int k) /延時(shí)函數(shù)unsigned int i0;unsigned char i,j;for(i0=0;i00;i-)for(j=97;j0;j-);5LCD1602液晶輸出函數(shù)此函數(shù)主要完成將液晶顯示輸出緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)輸出到液晶顯示屏上。/*液晶輸出函數(shù)程序*/void _1602(void)unsigned char *p;lcd_init(); /初始化lcd_delay(10);lcd_moveto(0,0);/指針定位到第一行第一列for(p=dis0;pdis0+16;p+)/依次輸出到第一行l(wèi)cd_putchar(*p);lcd_moveto(1,0);/指針定位到第二行第一列for(p=dis1;pdis1+16;p+)/依次輸出到第二行 lcd_putchar(*p); 6數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化函數(shù) 此函數(shù)的功能為，將要顯示的數(shù)據(jù)經(jīng)查表后得到的ASSICII碼傳送到液晶顯示緩存區(qū)內(nèi)，以備顯示函數(shù)調(diào)用直接顯示出正確的字符。/*ASSICII碼轉(zhuǎn)化函數(shù)程序*/void lcd_deal(unsigned char i,unsigned char j,unsigned char dat)disij=lcd_Assicdat;7檢測(cè)LCD忙函數(shù)此函數(shù)主要功能為檢測(cè)LCD1602液晶忙標(biāo)志函數(shù)，當(dāng)要向LCD1602內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，需要先進(jìn)行忙標(biāo)志檢測(cè)。當(dāng)返回函數(shù)為忙時(shí)，稍后寫數(shù)據(jù)或者命令，如遇返回為不忙就可直接向LCD1602內(nèi)寫命令或者數(shù)據(jù)。/*檢測(cè)忙標(biāo)志函數(shù)程序*/bit lcd_busy() /判斷是否忙碌 RSLow，RWHigh，EHigh：讀狀態(tài) bit flag=0; lcdrs=0; /寄存器為Lowlcdrw=1; /是否讀寫為Highlcde=1; /使能端為Highif (lcd_flag=1) flag=1;else flag=0;lcde=0;return flag; /返回標(biāo)志判斷是否LCD忙碌8寫命令函數(shù)本函數(shù)為向LCD1602內(nèi)寫命令函數(shù)。/*寫命令函數(shù)程序*/void lcd_putcommand(unsigned char command) /寫指令 RS=Low,RW=Low,E=High:寫指令while (lcd_busy(); /判斷是否忙碌lcdrs=0; lcdrw=0;lcde=0; P0=command; lcde=1; lcde=0;9輸出一個(gè)字符程序此函數(shù)的功能為輸出一個(gè)字符到液晶屏上。通過本函數(shù)可以向LCD1602內(nèi)寫數(shù)據(jù)，直接顯示到LCD1602液晶屏上。/*輸出字符函數(shù)程序*/void lcd_putchar(unsigned char putchar) /寫數(shù)據(jù) RS=High,RW=Low,E=High:寫數(shù)據(jù)while(lcd_busy(); /判斷是否忙碌lcdrs=1;lcdrw=0;lcde=0;P0=putchar;lcde=1;lcde=0;10LCD指針程序此函數(shù)為定位LCD顯示位置的指針，如要LCD的第二行中第四列上顯示字符，需要將指針設(shè)置為第二行第四列，如lcd_moveto(2,4)。/*指針定位函數(shù)程序*/void lcd_moveto(unsigned char x,unsigned char y)/顯示字符的位置：第x行y列（X=1或2,Y=015）if (x=0) lcd_putcommand(0 x80|y); /第一行，并初始化從第y-1個(gè)字符開始顯示if (x=1) lcd_putcommand(0 xc0|y); /第二行，并.11LCD初始化函數(shù)程序此函數(shù)功能為液晶屏的設(shè)置及初始化。/*LCD初始化函數(shù)程序*/void lcd_init(void)lcd_putcommand(0 x38); lcd_delay(1); /LCD為2行，57字lcd_putcommand(0 x0c); /顯數(shù)據(jù)，關(guān)閉光標(biāo)比較好lcd_delay(1);lcd_putcommand(0 x06); lcd_delay(1);/每次右移一字符 六、抗干擾措施分析該系統(tǒng)的總增益為0 80分貝，輸入緩沖器和增益前置放大器增益控制部向上60分貝，因此抗干擾措施必須以避免自激和減少噪聲可以做得很好。我們用下面的方法來減少干擾，避免自激，增益控制輸入部分：（ 1 ）的部分和安裝在屏蔽盒中，以免檔次和高頻自激之間的干擾;使用感應(yīng)隔離，輸入級(jí)與輸出級(jí)電源。（ 2 ）電源隔離，功率電平隔離，由通過電感器的電源的各個(gè)部分隔離，輸入功率電平是接近最靠近連接1000F的電解電容，陶瓷電容箱連接到高頻的屏蔽盒，用這種方法低頻能夠避免自激;（3） 所有信號(hào)耦合用電解電容器和連接在所述高頻陶瓷電容器，以避免高頻增益衰減兩端，（4）構(gòu)建一個(gè)封閉的環(huán)。在輸入級(jí)，全被厚厚的運(yùn)算放大器周圍地面能吸收高頻信號(hào)無噪音降低。在增益控制部分和后級(jí)功率放大部分也使用這種方法。功率電平，這種方法可有效地防止高頻輻射;（ 5 ）的模擬隔離的數(shù)量。除了電源隔離的數(shù)字和模擬部分之間，控制信號(hào)會(huì)被感應(yīng)地隔離;（6）使用同軸電纜，采用了輸入級(jí)和輸出級(jí)之間的BNC連接器的輸入和輸出級(jí)同軸電纜。電路是更好的抗干擾措施， 1kHz時(shí) 20MHz的頻帶范圍為0 80分貝增益范圍內(nèi)不自激。該系統(tǒng)的反饋控制，以控制輸出電壓的采樣電壓增益的單片機(jī)控制部分。由于AD603的增益與實(shí)際增益誤差設(shè)置，這樣處理軟件校準(zhǔn)。七、誤差分析及性能總結(jié)7.1 誤差分析測(cè)量誤差的主要來源是電磁干擾，與輸入短由于測(cè)試網(wǎng)站與多臺(tái)計(jì)算機(jī)和設(shè)備使用開關(guān)電源，電磁噪音很大，而且使用的同軸電纜的屏蔽效果不好，所以測(cè)量輸入噪聲電壓短路，然后有很多的錯(cuò)誤的方式不同。 7.2 性能概要 從各項(xiàng)指標(biāo)在指標(biāo)設(shè)計(jì)的各個(gè)方面都達(dá)到或超過了題目的要求。強(qiáng)調(diào)的模擬電路設(shè)計(jì)工藝以獲得高增益和低噪音。采用多種措施應(yīng)對(duì)抗干擾前置放大器，使用集成芯片的增益控制，使用功率放大級(jí)分立元件，放棄了比較難買到的寬帶功率放大器，這樣的設(shè)計(jì)非常靈活，很容易實(shí)現(xiàn)。 八、課程設(shè)計(jì)心得與體會(huì)8.1 課程設(shè)計(jì)過程1、通過認(rèn)真聽取老師的講解，了解了程控寬帶放大器的基本原理和組成。2、通過查閱書本和參考資料，確定方案，完成了程控寬帶放大器的設(shè)計(jì)。3、通過對(duì)電路的計(jì)算，確定了元件的的參數(shù)和指標(biāo)。4、完成了電路圖的繪制。5、完成論文的編寫。8.2 問題與解決方法在設(shè)計(jì)過程中不免遇到各種問題，需要認(rèn)真分析，排除各種問題。在設(shè)計(jì)過程中，首先要上網(wǎng)查閱資料，確定設(shè)計(jì)方案。在這個(gè)過程中，因?yàn)橹皇堑膮T乏，芯片和電路的確定費(fèi)了很大的功夫，最終在同學(xué)的幫助下，設(shè)計(jì)出了前幾個(gè)模塊。接下來自動(dòng)增西控制部分，由于不清楚原理，只能請(qǐng)老師幫忙，分析了電路并對(duì)之進(jìn)行簡化，到此，才最后完成模塊的設(shè)計(jì)。接下來，為了達(dá)到或超過了題目要求，還對(duì)芯片的各參數(shù)進(jìn)行深入的了解，精確的計(jì)算，過程很復(fù)雜。由于以前實(shí)習(xí)的時(shí)候?qū)W習(xí)用過protel 99se，但由于長時(shí)間沒有用，所以很生疏，致使電路圖畫的很慢，出現(xiàn)的兩次返工，在這么緊張的時(shí)間里，是很讓人郁悶的一件事情。最后通過閱讀參考資料，上網(wǎng)搜索等，才完成了電路圖的繪制。8.3 心得體會(huì)經(jīng)過兩個(gè)星期的忙碌和工作，本次課程設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，作為一名本科生，由于經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方。但是通過課程設(shè)計(jì)，使我掌握了程控寬帶放大器基本原理和組成，鞏固了通信電子電路與單片機(jī)控制知識(shí)，掌控了知識(shí)在實(shí)際中的應(yīng)用，提高了對(duì)電路分析與設(shè)計(jì)能力。同時(shí)我深深的感覺到自己知識(shí)的不足，自己原來所學(xué)的東西只是一個(gè)表面性的，理論性的，而且是理想化的。根本不知道在現(xiàn)實(shí)中還存在有很多問題。設(shè)計(jì)一個(gè)很簡單的電路，所要考慮的問題，要比考試的時(shí)候考慮的多的多。所以，一開始，我遇到了很多麻煩。通過老師和同學(xué)們的幫助，我漸漸的有了眉目。這樣，在很大程度上提高了我考慮問題的全面性。設(shè)計(jì)電路，還要考慮到它的前因后果。什么功能需要什么電路來實(shí)現(xiàn)。另外，還要考慮它的可行性，實(shí)用性等等。這樣，也提高了我的分析問題的能力。通過這次設(shè)計(jì)，使我的理論知識(shí)上升到了一個(gè)實(shí)踐的過程，同時(shí)在實(shí)踐中也加深了我們對(duì)理論知識(shí)的理解以及軟件的應(yīng)用能力。在這里，我忠心的感謝王立老師的耐心輔導(dǎo)以及同學(xué)們的熱心幫助，你們辛苦了！九、參考文獻(xiàn)1 謝自美 電子線路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試(第二版) 華中理工大學(xué)出版社， 200o1 李廣弟單片機(jī)基礎(chǔ)北京航空航天大學(xué)出版社，19952 趙茂泰智能儀器原理及應(yīng)用北京：電子工業(yè)出版社，19993 楊欣榮，凌玉華等現(xiàn)代測(cè)控技術(shù)與智能儀器長沙：湖南科學(xué)技術(shù)出版社，19954 陳榮章，孔云英工廠電氣故障與排除方法 化學(xué)朱玉田. 程控增益放大器實(shí)現(xiàn)方法的比較與選用J . 機(jī)電工程, 1997 , (4) : 4244.5 華蘇重, 林青. 寬帶高增益精密程控增益放大器設(shè)計(jì)J . 電子測(cè)量儀器學(xué)報(bào), 1997 , (2) : 3739.6 王俊杰, 黃心漢. 程控增益放大器和自動(dòng)調(diào)整增益放大器的設(shè)計(jì)J . 電子技術(shù)應(yīng)用, 1998 , (5) : 5051.7 何立民. MCS - 51 系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)M . 北京;航空航天大學(xué)出版社,1990.8 高光天 儀表放大器應(yīng)用- 北京：科學(xué)出版社，1995十、附錄（電路圖）附錄1 主程序/*主程序*/void main (void)dacs=0;/初始化并啟動(dòng)DAC0832dawr=0;P2=0;disp();while (1)switch (P3)/按鍵檢測(cè) unsigned char i;case 0 xfe:lcd_delay(10);/去抖if (0 xfe=P3)/確定按下val+;disp();for (i=0;i=100;i+)lcd_delay(10);if (0 xfe=P3)continue;else break;/一秒內(nèi)是否釋放for (i=0;i+)/一秒內(nèi)未釋放快加lcd_delay(10);if(0 xfe=P3)if (i%50=0)/速度為半秒加一次val+;disp();if (i=250) i=0;else break;for (;)while (0 xfe=P3);/按鍵釋放檢測(cè)lcd_delay(10);/去抖if (0 xfe=P3)continue;else break;/確定退出break;case 0 xfd:lcd_delay(10); /去抖if (0 xfd=P3)/確定按下val-;disp();for (i=0;i=100;i+)lcd_delay(10);if (0 xfd=P3)continue;else break;/一秒內(nèi)是否釋放for (i=0;i+)/一秒內(nèi)未釋放快減lcd_delay(10);if(0 xfd=P3)if (i%50=0)/速度為半秒減一次val-;disp();if (i=250) i=0;else break;for (;)while (0 xfd=P3);/按鍵釋放檢測(cè)lcd_delay(10);/去抖if (0 xfd=P3)continue;else break;/確定退出break;default: break;附錄 2 電路原理圖附錄3 PCB圖第XXVIII頁 共29頁