.第一章 绪论1.1 背景和意义放大器是能把输入讯号的电压或功率放大的装置，由电子管或晶体管、电源变压器和其他电器元件组成。它是自动化技术工具中处理信号的重要元件。随着美国的第一台放大器的发明，使微弱信号检测技术得到标志性的突破，极大地推动了基础科学和工程技术的发展。而如今，微弱信号检测技术和仪器的不断进步，已经在很多科学和技术领域中得到广泛的应用，未来科学研究不仅对微弱信号检测技术提出更高的要求，同时新的科学技术发展反过来促进了微弱信号检测新原理和新方法的诞生。 早期的放大器几乎全用锗管来制作，但由于锗管工艺上的一些原因，使得放大器中所用的晶体管，尤其是功放管性能指标不易做得很高，随着半导体工艺的逐渐成熟，大电流、高耐压的晶体管品种日益增加，越来越多的功率放大器采用了无输出变压器的OCL电路，当大功率的PNP硅管商品化的时候，互补对称电路得到广泛的应用。元器件的进步使晶体管功率放大器的技术指标产生了质的飞跃。在当今的精密放大器领域，微弱信号设计工程师关注一些重要因素，例如低电源电流、低失调电压、低噪声、低偏置电流等。最新放大器采用创新设计和工艺，能够提供不断超越用户期望的性能。制造商在工艺技术的各个方面都取得了重大进步。这些进步允许放大器设计工程师充分发挥每种工艺的性能和功能。CMOS工艺已经从先进技术的进步中获益，模拟放大器设计工程师们也早利用其获得了低成本下的高性能。本设计是以如今放大器发展趋势为方向的设计。采用高级压控增益器件,进行合理的级联和阻抗匹配,全面提高了增益带宽积和输出电压幅度。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,可控范围较大。1.2 课题研究对象伴随着社会科技的发展，各类型放大器的运用领域在不断的扩展。然而在当今科技和通讯高速发展下，各种自动化、智能化的仪器装置对信号的要求也变得越来越高，尤其在一些对信号需求比较高的领域中，对所需小信号的放大与处理要求更为严格。普通的运算放大器多数都存在较大的弱点，对于普通的运放所设计的放大器来说一般具有频带窄、噪声系数大、低增值益的缺点。直流宽带放大器AD603可以对宽频带、小信号、交直流信号进行高增益的放大，并且有较低的噪声系数。本课题介绍了以AD603 为核心所实现高增益、高精度、低噪声的程控宽带放大器。第二章 设计方案2.1总体设计方案 本课题整体以可变增益放大器AD603作为整体核心器件，实现了输出可控制增益的动态调整，以STC89C52RC单片机作为控制核心，控制D/A芯片AD558输出的控制电压来调节可变增益放大器AD603的放大倍数。从而实现对信号的放大及放大器的步进增益可调。同时，使用液晶显示模块LCD12864来显示整个系统的放大倍数。系统总体构成主要包括四大部分：可变增益放大器部分、D/A转换部分、单片机核心控制部分和LCD12864显示部分。2. 2模块化设计2.2.1可变增益放大模块此模块为整个放大程控放大器的核心放大模块，该模块由两片程控放大芯片AD603和两片高速低噪放大器OP27构成。AD603作为此模块的主要放大器，控制端分别由固定电压和AD558控制。使其实现步进可调增益。OP27构成电压跟随器，每级AD603前都添加一级由OP27构成的电压跟随器，对AD603进行阻抗匹配，提高输入阻抗，同时提高放大器的带载能力和起到隔离的作用。原理框图如2-1所示：第一级OP27电压跟随器第一级放大器 AD603 输入信号 阻抗匹配后第一级输出第二级放大器 AD603第二级OP27电压跟随器 阻抗匹配后 第二级输出 图 2-1 AD603模块原理框图2.2.2 D/A转换部分此模块主要是使用D/A转换模块AD558芯片，通过单片机的软件编程，单片机输出一组数字信号传送给AD558，再由AD558将数字信号转换为模拟信号恒定输出给AD603作为电压控制端。此过程中AD558主要用于将数字信号转换成模拟信号，实现D/A的转换。2.2.3 LCD 12864显示模块 此模块使用的是LCD12864液晶模块，通过单片机的软件编程来对液晶显示进行控制，输出软件程序上编写的文字。这里，LCD12864主要用于显示整个放大器的理论增益倍数，通过软件编程来在系统内部完成对控制电压的算法，求出理论的增益值，然后通过12864显示在液晶屏幕上，可以更加直观的对比理论值与实际值的差异。2.2.4 MCU控制模块此模块为整个系统的中枢，控制整个系统的运行，其用于输出数模转换的信号，驱动AD558进行转换，通过按钮调节来实现AD558的电压步进，从而达到系统步进可调的目的。同时，在模块内部完成对程控增益的计算来使LCD12864模块显示理论放大值。2.3总体功能框图： 系统总功能框图如图2-2：单片机 STC89C52RC核心控制模块AD558 D/A转换模块 控制端 输出数字按键+按键 加减 信号 输出显示 输出模拟 控制信号LCD12864液晶显示模块AD603可变增益放大模块图2-2 系统总功能框图第三章 STC89C52RC单片机简介3.1概述 STC89C52RC单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统 8051 单片机，12 时钟/机器周期和 6时钟/机器周期可以任意选择。 主要特性如下： 1. 增强型 8051 单片机：6 时钟/机器周期和 12 时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统 8051。 2. 工作电压：5.5V3.3V（5V 单片机）/3.8V2.0V（3V 单片机）。 3. 工作频率范围：040MHz，相当于普通8051的080MHz，实际工作频率可达48MHz。 4. 用户应用程序空间为8K字节。 5. 片上集成 512字节RAM。 6. 通用 I/O 口（32个）：P1/P2/P3/P4 是准双向口/弱上拉， P0 口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O 口用时，需加上拉电阻。 7. ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程）：无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成。8. 具有 EEPROM 功能。 9. 具有看门狗功能。10. 共 3 个 16 位定时器/计数器。即定时器 T0、T1、T2。11. 外部中断 4 路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down 模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒。 12. 通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART。 13. 工作温度范围：-40+85（工业级）/075（商业级）。 14. PDIP 封装。3.2管脚图及引脚作用 STC89C52RC管脚图如图3-1所示：图3-1 STC89C52RC引脚图STC89C52RC引脚及说明：VCC（40引脚）：电源电压。VSS（20引脚）：接地。P0端口（P0.0P0.7，3932引脚）：P0口是一个漏极开路的8位双向I/O口。P1端口（P1.0P1.7，18引脚）：P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。P2端口（P2.0P2.7，2128引脚）：P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P3端口（P3.0P3.7，1017引脚）：P3是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。RST（9引脚）：复位输入。当输入连续两个机器周期以上高电平时为有效，用来完成单 片机单片机的复位初始化操作。ALE/（30引脚）：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8 位地址的输出脉冲。（29引脚）：外部程序存储器选通信号（）是外部程序存储器选通信号。/VPP（31引脚）：访问外部程序存储器控制信号。XTAL1（19引脚）：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2（18引脚）：振荡器反相放大器的输入端。3.3 STC89C52RC的ISP功能 STC89C52RC单片机具有在系统可编程（ISP）特性，ISP的好处是：省去购买通用编程器，单片机在用户系统上即可下载/烧录用户程序，而无须将单片机从已生产好的产品上拆下，再用通用编程器将程序代码烧录进单片机内部。有些程序尚未定型的产品可以一边生产，一边完善，加快了产品进入市场的速度，减小了新产品由于软件缺陷带来的风险。由于可以将程序直接下载进单片机看运行结果故也可以不用仿真器。 STC89C52RC单片机在销售给用户之前已在单片机内部固化有ISP系统引导程序，配合PC端的控制程序即可将用户的程序代码下载进单片机内部，故无须编程器。不要用通用编程器编程，否则有可能将单片机内部已固化的ISP 系统引导程序擦除，造成无法使用STC 提供的ISP软件下载用户的程序代码。3.4 单片机复位电路设计 复位引脚：计算机是一个时序机，如果要计算机正确地工作，在开机时必须使系统处于确定的初始化状态，复位就是使计算机系统处于确定的初始化状态的过程。51单片机是高电平复位。即要单片机复位，需要在RESET 引脚上维持一定时间的高电平；51单片机在工作时，RESET 引脚要保持低电平。也就是说，51单片机应用系统在开机时，需要在RESET引脚上维持一段时间的高电平，然后将该引脚的电平变低，这一过程完成后，单片机就复位了。具体电路设计如图3-2所示：图3-2 复位电路图3.5 单片机时钟晶振电路设计 振荡器输入/输出引脚，AT89S52单片机片内有一个用于构成内部振荡器的反相放大器，XTAL1和XTAL2分别是放大器的输入、输出端。这两个引脚外接一个石英晶体或陶瓷谐振器，就可以与片内振荡器一起构成一个自激振荡器。电容C1、C2一般使用范围为1535pF，晶振为12MHz左右。晶振电路如图3-3所示：图3-3 晶振电路结构图3.6 单片机的最小系统最小系统在应用中可理解为构成各种不同专用控制系统所需要的最小硬件配置。因此在这种意义下没有一个绝对的最小系统。本设计中的最小系统就是单片机与晶振电路、复位电路相结合所组成最简单的工作电路。本设计的最小系统单元原理图如图3-4所示：图3-4 单片机最小系统原理图第四章 AD558介绍及应用4.1 AD558的介绍4.1.1 概述AD558 是一款完整的电压输出8位数模转换器，它将输出放大器、完全微处理器接口以及精密基准电压源集成在单芯片上。无需外部元件或调整，就能以全精度将8位数据总线与模拟系统进行接口。完整微处理器接口与控