2013届毕业设计说明书 通用可变增益放大器 系 、 部：电气与信息工程学院 学生姓名： 指导教师： 职 称： 讲师 专 业： 电子信息工程 班 级： 电子0903 学 号： 09401140317 2013 年 6 月摘 要本设计基于单片机的可变增益放大器设计，系统由前级输入缓冲模块、增益控制模块，单片机控制模块，D/A模块组成。采用AT89S52单片机作为微控制器，以可编程增益放大器AD603为放大电路的核心。设计具有通用可变增益放大及所使用的基于单片机的直流电压源。由低噪声高速运放OPA642组成的前级缓冲电路，波形无明显失真。由AD603级联组成增益放大器，实现增益 -2040dB 范围内可按4dB步进可调，且在06MHz通频带内增益起伏在1dB以下，波形无明显失真，采用的两级级联放大电路不但提高了放大增益而且扩展了通频带宽。微控制器由AT89S52单片机通过8位D/A转换芯片DAC0832，再经运放芯片LM324输出，将数字信号转换成模拟电压信号，送增益放大器实现增益可调并经数码管显示放大增益。设计通过实验仿真完成。设计采用的压控增益器件AD603，在进行了合理的级联和阻抗匹配后，能进行增益的控制，稳定性好，可控范围大。整个设计除个别指标未能达到设计要求外，其它全部达到设计要求。关键字：可控增益放大；AD603；单片机ABSTRACTThe design of variable gain amplifier based on microcomputer, the system is consisted by the input buffer module, the gain control module, MCU control module, Using AT89S52 microcontroller as microcontrollers, programmable gain amplifier to amplifier AD603 as the core.Design is based on single chip microcomputer used by general variable gain amplifier and the dc voltage source. Made up of low noise high-speed op-amp OPA642 front-end buffer circuit, waveform has no obvious distortion. By AD603 cascaded gain amplifier, the gain of -20 40dB range according to 4dB continuously adjustable, and in the 0 6MHz frequency pass band gain fluctuation in 0.5dB, waveform without significant distortion, using two cascaded amplification circuit can not only improve the amplifier gain and extends the frequency bandwidth. Micro controller is composed of AT89S52 microcontroller through the 8 bit D/A converter chip DAC0832, the chip LM324 output, converts digital signals into analog voltage signal, send the gain of the amplifier gain can be adjusted and the digital tube display gain.Design through the experimental simulation is completed. Design of the VCO gain device AD603, carried out in a cascade and a reasonable impedance matching, control, can gain good stability, controllable range. The whole design in addition to individual indicators failed to meet the design requirements, other all meet the design requirements.Key words Controllable gain amplification; AD603; microcomputer目 录1 绪论11.1 引言11.2 增益放大器概述11.3 通用可变增益放大器的应用12 方案论证及比较32.1 设计要求32.2 主要模块选择与论证32.3 总体方案框图52.4 增益计算53 硬件电路设计73.1 前级缓冲电路73.2 程控增益放大电路83.2.1 芯片AD603简介83.2.2 AD603级联电路93.3 控制部分电路113.3.1 单片机最小系统设计113.3.2 DAC0832电压输出电路173.4 直流稳压电源电路204 系统软件设计214.1 主程序模块214.2 数据显示程序模块224.3 按键扫描程序模块23 测试结果和分析数据245.1 D/A转化输出电压测量245.2 幅频特性测量246 设计总结31参考文献32致 谢34附录一 总电路图35附录二 源程序361 绪论1.1 引言在许多生物电信号测试过程中 ,需要对一些弱信号传感器的输出信号进行放大处理，本次设计了对这种信号的放大电路。随着微电子技术的发展，人们急切地需求能远距离快速而精准地传送多媒体信息。于是，无线通信技术得到了高速的发展，技术也越发成熟。而通用可变增益放大器是上述通信系统和其它电子系统必不可少的一部分。所以，通用可变增益放大器在通信系统中起到非常重要的作用，于是人们也对它的要求也越来越高。通用可变增益放大器在科研中具有重要作用，通用可变增益放大器广泛应用于DA转换器、AD 转换器、波形发生器、有源滤波器、视频放大器、音频放大器等电路。例如在电视、广播、雷达、通讯、自动控制等各种装置中。因此通用可变增益放大器应用十分广泛，有非常好的市场前景。1.2 通用可变增益放大器概述通用可变增益放大器是一种放大信号幅度的装置，它是电子信息和自动化技术工具中处理信号的重要组成部分。对于线性可变增益放大器放大器，输出就是输入信号的复现和增强，输出与输入成正比。对于非线性可变增益放大器，输出则与输入信号成一定函数关系。放大器按所处理信号物理量分为电子放大器、机电放大器、气动放大器、液动放大器和机械放大器等，其中用得最广泛的是电子放大器。随着射流技术的推广，气动或液动放大器的应用也逐渐增多。电子放大器又按所用有源器件分为固体放大器、磁放大器、晶体管放大器和真空管放大器，其中又以晶体管放大器应用最广。在自动化仪表中晶体管放大器常用于信号的电压放大和电流放大，主要形式有推挽放大和单端放大。此外，还常用于阻抗隔离、匹配、电流-电压转换、电荷-电压转换（如电荷放大器）以及利用放大器实现输出与输入之间的一定函数关系（如运算放大器）。1.3 通用可变增益放大器的应用 放大器是能把输入信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。程控增益放大器是一种放大倍数由程序控制的放大器，主要用于对幅度较小信号进行增益控制，在多通道多参数空间一个测量放大器，多通道放大器的信号的大小并不相同，都是放大至设计要求的放大倍数，因此对各个通路要求测量放大器的增益也不同。放大器的交流是由数字信号控制的反馈电阻完成的，这种电路结构简单成本低，易于设计。程控放大器利用拨码开关的数码代替电位器刻度，具有线性度好、精度高、直观，可直接或间接取代一般线性电位器或多圈线性电位器。在电子仪器仪表设备、工业自动化控制，稳压、恒流、供电、机电保护、电动机保护、温控、湿度、压力、重量等自动控制中达到数字设定的目的。放大器的增益的变化是由数字信号控制其反馈电阻完成的。2 方案论证及比较2.1 设计要求（1）放大器的电压增益可设为三档：0.101.00，1.010.0，10100；（2）增益为100时，在DC1MHz带宽范围内，输出的信号幅度波动不超过5%；（3）增益为100时，输入端短路，输出端电压值不超过5mV；2.2 主要模块选择与论证增益控制部分方案一 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对V的分压。采用场效应管作AGC(自动增益控制)可以达到很高的频率和很低的噪声，但电源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。原理框图如图1所示。图1 增益放大器电路图方案二 采用可编程放大器的思想，将输入的交流信号作为高速D/A的基准电压，这时的D/A作为一个程控衰减器。理论上讲，只要D/A的速度够快、精度够高就可以实现很宽范围的精密增益调节。但是控制的数字量和最后的增益(dB)不成线性关系而是成指数关系，造成增益调节不均匀，精度下降。方案三 使用经单片机输出模拟信号在D/A转化后的控制电压与增益改变成线性关系的PGA（可编程增益放大器） (如图2)。根据本设计对放大电路的增益可控的要求,考虑直接选取可调增益的运放实现芯片,如AD603芯片。其内部由固定增益放大器和R-2R梯形电阻网络构成,加在其梯型网络输入端的信号先经衰减后,再由固定增益放大器输出,衰减量是由加在增益控制接口的参考电压决定;而这个参考电压可通过单片机进行运算并控制D/A芯片输出控制电压得来,从而实现较精确的数控。此外AD603单级实际工作时可提供超过30dB的增益,而两级级联后可得到60dB以上的增益,通过后级放大器放大输出,在高频时也可提供超过60dB的增益。这种方法的优点是电路集成度高、条理较清晰、控制方便、易于数字化用单片机处理。图2 可变增益的运放放大器电路图综上所述，选用方案三，采用集成可变增益放大器AD603作增益控制。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，最大增益误差为0.5dB，满足题目要求的精度，其增益（dB）与控制电压（V）成线性关系，因此可以很方便地使用D/A输出电压控制放大器的增益。2.3 总体方案框图本系统原理方框图如图3所示。本系统由前级缓冲电路、增益放大电路、单片机微控制器电路、按键电路选择及稳压电源电路等组成。前级缓冲电路主要由一个低噪声高速运放OPA642芯片组成，放大倍数为1，只起缓冲