基于单片机的程控放大器设计.doc
《基于单片机的程控放大器设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机的程控放大器设计.doc（29页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
西南交通大学本科毕业设计（论文）第II页
毕业设计（论文）
基于单片机的程控放大器设计
专业:
电子科学与技术
西南交通大学本科毕业设计（论文）第V页
毕业设计（论文）
摘要
本设计由直流稳压电源、前置放大电路单元、增益控制部分、功率放大部分、单片机自动增益控制部分几个模块构成。
输入部分采用高速电压反馈型运放OPA642作跟随器提高输入阻抗，并且在不影响性能的条件下给输入部分加了保护电路。
使用了多种抗干扰措施以减少噪声并抑制高频自激。
同时利用可变增益宽带放大器AD603来提高增益和扩大AGC控制范围，通过软件补偿减小增益调节的步进间隔和提高准确度。
功率输出部分采用分立元件制作，提高了负载阻值以及输出有效值。
控制部分由51系列单片机、A/D、D/A和基准源组成。
整个系统通频带为1kHz～20MHz，最小增益0dB，最大增益80dB。
增益步进1dB，60dB以下预置增益与实际增益误差小于0.2dB。
不失真输出电压有效值达9.5V，输出4.5～5.5V时AGC控制范围为66dB，应用单片机和数字信号处理技术对增益进行预置和控制,AGC稳定性好,可控范围大,完成了设计的所有基本要求并做适当的发挥，使设计更完善。
关键词：
程控；宽带；自动增益控制；AD603；AGC
Abstract
ThedesignoftheDCpowersupply,thepreamplifiercircuitunit,gaincontrolsection,thepoweramplifiersection,SCMAGCpartofseveralmodules.Theinputsectionwithhigh-speedvoltagefeedbackopampOPA642asafollowertoimprovetheinputimpedance,andwithoutaffectingtheperformanceoftheconditionstotheinputsectionaddedprotectioncircuit.Usingavarietyofmeasurestoreducenoiseinterferenceandsuppresshighfrequencyself-excited.Whiletakingadvantageofthevariable-gainbroadbandamplifiersAD603toimproveandexpandtheAGCgaincontrolrange,reducingthegainadjustmentstepintervalandimproveaccuracybysoftwarecompensation.Poweroutputsectionusingdiscretecomponents,improvingtheloadresistanceandtheoutputrms.Controlledinpartbythe51seriesmicrocontroller,A/D,D/Aandareferencesourcecomponents.Passbandoftheentiresystem1kHz~20MHz,thesmallestgain0dB,themaximumgain80dB.Gainstep1dB,60dBgainwiththefollowingpresetactualgainerrorislessthan0.2dB.Undistortedoutputvoltageeffectivevalueof9.5V,4.5~5.5VoutputwhentheAGCcontrolrangeof66dB,theapplicationmicrocontrolleranddigitalsignalprocessingtechniquestogainpresetsandcontrol,AGCgoodstability,largecontrollablerange,completedthedesignallthebasicrequirementsandmaketheappropriateplaytomakethedesignbetter.
Keywords:
programmable;broadband;AGC;AD603;AGC
目录
摘要 2
一、设计题目，要求，意义 4
二、方案论证与比较 4
2.1可控增益放大器部分 4
2.2功率输出部分 7
2.3测量有效值部分 7
三、具体系统设计 8
3.1总体设计思路 8
3.2系统各模块电路的设计与分析 10
3.2.1直流稳压电源 10
3.2.2前置放大电路单元 10
3.2.3增益控制部分 11
3.2.4功率放大部分 11
3.2.5自动增益控制（AGC） 12
四、理论分析与参数计算 13
4.1电压控制增益的原理 13
4.2AGC介绍 13
4.3正弦电压有效值的计算 13
五、单片机软件的设计 14
5.1软件功能 14
5.2流程图 15
5.3代码分析 15
六、抗干扰措施分析 20
七、误差分析及性能总结 21
7.1误差分析 21
7.2性能总结 21
八、课程设计心得与体会 21
8.1课程设计过程 21
8.2问题与解决方法 21
8.3心得体会 22
九、参考文献 23
十、附录（电路图） 23
一、设计题目，要求，意义。
1.1.设计题目
《基于单片机的程控放大器设计》
1.2.设计要求
（1）输入阻抗≥1kΩ；单端输入，单端输出；放大器负载电阻600；
（2）3dB通频带10kHz～6MHz，在20kHz～5MHz频带内增益起伏≤1dB；
（3）最大增益≥40dB，增益调节范围10dB～40dB；
（4）最大输出电压有效值≥3V。
1.3.设计意义
模拟电子线路的主要知识点有三点，即放大器，振荡器和调制解调器，而后二者也多是以放大器为基础，所以放大器实际上是模拟电子线路最重要最基础的知识点。
而对放大器而言，最主要的是反映当前新技术，新器件的应用。
高速宽带，增益可程控，低噪声，高输入阻抗，高共模抑制比。
程控宽带放大器这个题目正是切中了这个主要知识点的诸多主要方面。
同时该课题还能同单片机应用等数字化技术与微机技术，较好地体现了当前“模拟的系统概念加数字化的处理技术”这一个电子技术发展的总趋势。
二、方案论证与比较
2.1可控增益放大器部分
方案一由晶体管简单放大电路的放大电路可以实现重叠，图1是一个分立放大器装置的电路图。
为了满足40dB的增益的要求可以采用多级放大器电路来实现。
二极管检测器的自动增益调整前产生反馈电压调节器电路的输出级电路。
因为该程序使用了大量的分立元件，如晶体管和其它电路是比较复杂的，难以调整工作点，特别是定量的增益调整是非常困难的。
此外，采用多级放大器电路的稳定性差，容易产生自激现象。
图1分立元件放大器电路图
方案二原理框图如图2所示，场效应管工作在可变电阻区，输出信号取自电阻与场效应管与对V’的分压。
采用场效应管作AGC控制可以达到很高的频率和很低的噪声，但温度、电源等的漂移将会引起分压比的变化，用这种方案很难实现增益的精确控制和长时间稳定。
图2场效应管放大器电路图
方案三为了便于最大40dB的增益调整，可以使用D/A芯片AD7520改变反馈电阻网络电压，从而控制电路的增益的权利。
又考虑到AD7520是一种廉价型10-位D/A转换芯片，输出VOUT=DN×Vref/210，其中DN是10个数字输入的二进制值，可满足210=1024块的增益调整，以满足精度要求被检体。
它是由CMOS电流开关和电阻梯形网络的结构，具有结构简单，精度高，体积小，易于控制，简化外部接线和其它特征，它可以被用来实现AD7520可编程的信号衰减。
然而，由于输入基准电压VrefAD7520具有用于将输入信号在一定的保证金要求在毫伏〜V分别具有增益的更精确的大小，最好的信号之前通过一个自适应振幅调整到达AD7520放大器，并然后通过AD7520衰减围绕相应的级放大级的增益，使1024的情节，而分母的衰减补偿AD7520可以通过编程来实现放大。
然而AD7520的输入范围是必需的，特别是实现更复杂的和非线性变换误差大，几kHz的带宽，频带不能满足要求。
方案四使用增益控制电压是线性的，可编程增益放大器PGA，用控制电压和增益（dB）可变增益放大器之间的线性关系来实现增益控制（图3）。
根据对放大器增益控制要求的主题，考虑直接选择可调增益运算放大器，如AD603。
内的R-2R梯形电阻网络和固定增益放大器，它被施加到由固定增益放大器的输出，衰减的通过在所确定的增益控制的基准电压施加的衰减量的梯形网络的信号输入端接口;而这个参考电压可以由微控制器可操作性和控制D/A输出控制电压的芯片来，以达到更精确的数控。
AD603也可以通过直流可以提供到30MHz工作带宽比可以提供超过增益单级实际工作中衰减20dB，你可以得到40dB以上的增益多两至后级放大器的输出级联后，也是在高频率提供了更多的比增益60dB的。
这种方法的优点是该电路的高集成度，相干清晰，易于控制，易于使用的单芯片数字处理。
图3可变增益的运放放大器电路图
总之，程序四个选择，集成了可变增益放大器AD603的增益控制。
AD603是一款低噪声，精密控制的可变增益放大器，温度稳定性高0.5dB的最大增益误差，以满足主体的精度要求，增益（分贝）与控制电压（V）是线性的，所以你可以很容易使用的D/A输出电压控制放大器的增益。
2.2功率输出部分
级联放大器电路由两个AD603，输入信号可以是不同大小的前置放大器。
因为最大输出电压AD603是小的，不符合主体的要求，所以，通过输出RMS来达到一个更高的水平所需要的前置放大器信号放大。
方案一采用集成电路芯片。
使用集成电路芯片电路简单，使用方便，性能稳定，具有详细的文档。
但要求高于3Vrms输出，而在电子市场上很难买到这样的芯片，而我们买的AD811，HA-2539等芯片，虽然输出电压的大小，以满足需求，但它是问题容易出现不稳定的情况。
方案二采用分立元件来建立自己的后级放大器。
难使用分立元件，调试繁琐，但它可以通过最合适的输入和输出阻抗，放大和其它参数来计算设计，电阻器和电容器，可能需要更换，这似乎在这一点上比IC灵活。
所以，自行设计的放大器的优点是显而易见的
综上所
升级会员 