【正文】 自動(dòng)增益放大器畢業(yè)設(shè)計(jì)論文目 錄摘 要 IAbstract II第1章 緒論 1 1 2第2章 方案設(shè)計(jì) 3 3 3 3 3 4 4 4 本章小結(jié) 5第3章 電路設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算 6 6 6 6 7 7 8 LCD1602顯示和鍵盤模塊 9 單片機(jī)控制電路 9 本章小結(jié) 10第4章 程序設(shè)計(jì) 11 11 13 13 14 15 本章小結(jié) 15第5章 測(cè)試方案與測(cè)試結(jié)果 16 16 16 16 16 17 數(shù)據(jù)分析與結(jié)論 18總結(jié)與展望 19參考文獻(xiàn) 20致 謝 21附錄A 總電路圖 22附錄B 總程序圖 2343自動(dòng)增益控制放大器第1章 緒論自動(dòng)增益控制電路已廣泛用于各種接收機(jī)、錄音機(jī)和信號(hào)采集系統(tǒng)中，另外在光纖通信、微波通信、衛(wèi)星通信等通信系統(tǒng)以及雷達(dá)、廣播電視系統(tǒng)中也得到了廣泛的應(yīng)用。隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)等行業(yè)的迅速發(fā)展，自動(dòng)增益控制電路越來(lái)越被人們熟知并且廣泛的應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中。自動(dòng)增益控制線路，簡(jiǎn)稱AGC線路，A是AUTO（自動(dòng)），G是GAIN（增益），C是CONTROL（控制）。AGC環(huán)是閉環(huán)電路,是一個(gè)負(fù)反饋系統(tǒng), AGC 檢波器和低通平滑濾波器, 經(jīng)檢波并經(jīng)濾波器濾除低頻調(diào)制分量和噪聲后,產(chǎn)生用以控制增益受控放大器的電壓Uc .當(dāng)輸入信號(hào)Ui增大時(shí),U0和Uc亦隨之增大,Uc 增大使放大電路的增益下降,從而使輸出信號(hào)的變化量顯著小于輸入信號(hào)的變化量,達(dá)到自動(dòng)增益控制的目的。AGC電路目前概括起來(lái)有模擬AGC和數(shù)字AGC電路。AGC環(huán)路可以放在模擬與數(shù)字電路之間，增益控制算法在數(shù)字部分來(lái)實(shí)現(xiàn)，合適的增益設(shè)置反饋給模擬可變?cè)鲆娣糯笃鳎╒GA）?，F(xiàn)在出現(xiàn)的自動(dòng)增益控制方法可以分為以下3類：基于電路反饋的自動(dòng)增益控制；基于光路反饋的自動(dòng)增益控制；光路反饋和電路反饋相結(jié)合的自動(dòng)增益控制。本次設(shè)計(jì)中要研究的是基于電路反饋的利用放大器實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)增益控制。目前,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益控制的手段很多,典型的有壓控放大器,也就是本次設(shè)計(jì)所要研究的自動(dòng)增益控制放大器。它是通過(guò)調(diào)整放大器一個(gè)控制端的電壓,就可以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)這個(gè)放大器的增益。因此,我們就可以通過(guò)反饋電路采集輸出端的電壓,。本設(shè)計(jì)中采用的芯片有VCA822程控放大芯片實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益。放大器可以從MP3或信號(hào)源輸入音頻（100Hz~10kHz）信號(hào)，可以帶600Ω負(fù)載或驅(qū)動(dòng)8Ω喇叭（2~5W）。當(dāng)輸入信號(hào)幅度在10mV~5V間變化時(shí)，放大器輸出默認(rèn)值保持在2V177。，能夠顯示輸入信號(hào)幅度大小及頻率高低。并且能夠在1V~3V范圍內(nèi)步進(jìn)式調(diào)節(jié)放大器輸出幅度。第2章 方案設(shè)計(jì)通過(guò)MSP430單片機(jī)對(duì)各個(gè)信號(hào)的采集、處理來(lái)調(diào)控外部增益控制放大電路的放大倍數(shù)，從而調(diào)節(jié)音響的音量，音頻信號(hào)強(qiáng)時(shí)自動(dòng)減小放大器的倍數(shù)，信號(hào)弱時(shí)自動(dòng)增大放大器的倍數(shù)。可控增益放大電路的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波，峰值檢波，單片機(jī)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換進(jìn)而采集到音響的電壓信號(hào)。為了更好地實(shí)現(xiàn)各模塊的功能，分別設(shè)計(jì)了幾種方案進(jìn)行比較，選擇一種比較好的方案。方案一：采用AD603來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益控制，AD603是低噪、90MHz帶寬增益可調(diào)的集成運(yùn)放，如增益用分貝表示，則增益與控制電壓成線性關(guān)系。并且通過(guò)兩級(jí)放大器的級(jí)聯(lián)使增益控制范圍增寬。方案二：采用VCA822來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益控制，芯片 VCA822作為核心器件，寬帶、電壓控制增益可變放大器，最高頻率達(dá) 150 MHz，實(shí)現(xiàn)將 20mVpp~2Vpp范圍內(nèi)的正弦波、 三角波和方波信號(hào)轉(zhuǎn)換為一穩(wěn)定的輸出，輸出能力達(dá)到5Vpp，并且在 0~5V 范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)數(shù)控， 其中包括細(xì)調(diào) 100 步進(jìn)、 粗調(diào)10級(jí)以 步進(jìn)。方案選定：由于輸入信號(hào)幅度在10mV~5V間變化，而AD603的信號(hào)輸入范圍較小，需要兩片級(jí)聯(lián)，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度，VCA822芯片信號(hào)輸入范圍更適合這一要求，故選用芯片VCA822。方案一：濾波電路采用由LM358和RC電路組成，以獲得更穩(wěn)定的電壓，提高環(huán)路穩(wěn)定性及改善環(huán)路跟蹤性能和噪聲性能，且LM358的工作電壓為+12V。方案二：采用雙電源集成UA741芯片制作帶通濾波電路，該電路能提供很好的精度，無(wú)頻率補(bǔ)償要求，低功耗。方案選定：由于LM358的工作電壓為+12V，其功耗較大，需要頻率限制故選用方案二。方案一：采用數(shù)字檢波。通過(guò)單片機(jī)MSP430采集一段時(shí)間的信號(hào)進(jìn)行比較，取出最大值即為峰值。此方案硬件簡(jiǎn)單，電路調(diào)試非常方便，但是編程復(fù)雜，對(duì)于ADC采樣模塊的精度要求高，并且不能檢測(cè)頻率較高的信號(hào)。方案二：采用峰值檢波電路。通過(guò)運(yùn)算放大器和二極管構(gòu)成峰值檢波電路，該方案對(duì)硬件電路的要求較為復(fù)雜，但編程簡(jiǎn)單，并且可以檢測(cè)高頻，可以檢測(cè)規(guī)定帶寬的頻率。綜合以上兩種方案，選擇方案二。方案一：采用數(shù)碼管顯示。其亮度高、體積小，編程較容易，資源占用較少。但顯示的信息簡(jiǎn)單、有限，無(wú)法實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)中模式選擇、數(shù)據(jù)顯示等功能。方案二：采用液晶顯示器（LCD）。液晶顯示屏（LCD）具有輕薄短小、低耗電量、無(wú)輻射危險(xiǎn)，平面直角顯示以及影像穩(wěn)定不閃爍等優(yōu)勢(shì)，而且顯示信息豐富、擁有較好的人機(jī)界面和強(qiáng)大的顯示功能，通過(guò)它可以顯示控制方式選擇及顯示輸出效果。 方案選定：基于功能考慮，我們采用方案二。本系統(tǒng)中，采用了液晶顯示屏LCD1602，以顯示輸出電壓，便于測(cè)試人員及時(shí)的控制。本系統(tǒng)采用MSP430F169單片機(jī)作為主控芯片，外圍電路包含能實(shí)現(xiàn)能自動(dòng)增益放大的模塊、信號(hào)處理轉(zhuǎn)換模塊?？刂圃矸桨溉鐖D21所示。圖21 系統(tǒng)總體框圖 本章小結(jié)在各個(gè)模塊的方案設(shè)計(jì)中，選擇較好的一種，進(jìn)行外圍電路的設(shè)計(jì)，以取得更好的穩(wěn)定的效果。第3章 電路設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算 對(duì)各個(gè)模塊選擇的方案進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的硬件電路的設(shè)計(jì)，以及用到的公式和參數(shù)計(jì)算，其中有自動(dòng)增益電路、濾波電路、峰值檢波電路以及單片機(jī)電路設(shè)計(jì)等。該電路以TI公司提供的VCA822芯片為核心，由電壓控制放大器 VCA822 工作原理可知， 對(duì)其電壓放大倍數(shù)以及輸出電壓的控制， 其實(shí)質(zhì)是能產(chǎn)生正確的控制電壓。工作時(shí)通過(guò)鍵盤設(shè)定放大器的電壓放大倍數(shù)或應(yīng)輸出的電壓值， 通過(guò)顯示電路實(shí)時(shí)進(jìn)行顯示。VCA822 是一個(gè)直接耦合、寬帶、線性增益連續(xù)可調(diào)，電壓控制增益放大器。最大增益由反饋電阻 R F 和增益電阻 R G 決定。電路如圖31所示放大倍數(shù)公式 ()圖31 可控增益電路該電路如圖32所示，采用NE5532芯片和LA4225芯片電路組成，形成固定的功率放大器，放大倍數(shù)為20倍。圖32 功率放大電路濾波電路如圖33所示，該電路為有源帶通濾波電路，前一部分實(shí)現(xiàn)兩級(jí)二階高通濾波，其截止頻率為3400Hz；后一部分實(shí)現(xiàn)兩級(jí)二階低通濾波，其截止頻率為300Hz，兩部分組合從而形成通帶是300Hz~3400Hz的帶通濾波器。其中，前一部分有兩個(gè)UA741運(yùn)放，每個(gè)運(yùn)放上有兩個(gè)RC環(huán)節(jié)，后一部分也是有兩個(gè)UA741運(yùn)放，每個(gè)運(yùn)放上有兩個(gè)RC環(huán)節(jié)。圖33 帶通濾波電路 峰值檢測(cè)電路如圖34所示，是一個(gè)能記憶信號(hào)峰值的電路，其輸出電壓的大小一直追隨輸入信號(hào)的峰值，并且保持在輸入信號(hào)的最大峰值。圖34 峰值檢波電路麥克風(fēng)信號(hào)采集電路如圖35所示，用來(lái)采集外部聲音的干擾，采集后的微弱信號(hào)進(jìn)入運(yùn)算放大器進(jìn)行放大，然后由單片機(jī)采樣后，根據(jù)外部聲音的大小改變輸出信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)值，利用系統(tǒng)的自動(dòng)增益控制作用改變輸出信號(hào)的電平，從而達(dá)到題目要求的根據(jù)外部噪聲的大小調(diào)節(jié)輸出信號(hào)的功能。此電路通過(guò)LM324芯片進(jìn)行兩級(jí)信號(hào)放大，放大倍數(shù)分別 , （）圖35 麥克風(fēng)信號(hào)采集電路 LCD1602顯示和鍵盤模塊本模塊通過(guò)顯示信號(hào)的頻率和幅值構(gòu)成人機(jī)交互界面，通過(guò)按鍵對(duì)輸出信號(hào)的幅值控制。LCD1602顯示如圖36所示，鍵盤模塊如圖37所示。圖36 LCD顯示模塊圖37 按鍵模塊 單片機(jī)控制電路 單片機(jī)電路如圖38所示，P1口控制按鍵的數(shù)據(jù)口，~、標(biāo)準(zhǔn)電壓減和模式選擇。P6口為A/D和D/A數(shù)據(jù)接口，、，。P58口為單片機(jī)的RST數(shù)據(jù)接口。~~。 圖38 單片機(jī)控制電路總電路圖見附錄A 總電路圖。 本章小結(jié)在各個(gè)模塊中基于數(shù)電和模電以及電路分析進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，同時(shí)查詢各種電路和芯片的資料進(jìn)行分析，同時(shí)制作時(shí)簡(jiǎn)單電路用萬(wàn)用板焊接，而較復(fù)雜的電路則選用PCB板制作。第4章 程序設(shè)計(jì)在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，除了硬件設(shè)計(jì)外，大量的工作就是如何根據(jù)每個(gè)輸入信號(hào)的實(shí)際需要設(shè)計(jì)應(yīng)用程序。因此，軟件設(shè)計(jì)自動(dòng)增益系統(tǒng)設(shè)計(jì)中占據(jù)非常重要。所以系軟件設(shè)計(jì)更為重要。該主程序包括了鍵盤模塊和DAC輸出子程序，按鍵通過(guò)外置在P1口，主流程圖如圖41所示圖41 主程序流程圖主程序：void main(void){ WDTCTL = WDTPW+WDTHOLD。 //關(guān)閉看門狗 /*下面六行程序關(guān)閉所有的IO口*/ P1DIR = 0XFF。P1OUT = 0XFF。 P2DIR = 0XFF。P2OUT = 0XFF。 P3DIR = 0XFF。P3OUT = 0XFF。 P4DIR = 0XFF。P4OUT = 0XFF。 P5DIR = 0XFF。P5OUT = 0XFF。 P6DIR = 0XFF。P6OUT = 0XFF。 P1DIR = 0XF7。 P3OUT = 0X00。 P1SEL = 0x08。 // P1IES=0XF7。 P6DIR |= BIT2。P6OUT |= BIT2。 //關(guān)閉電平轉(zhuǎn)換 ClkInit()。 //時(shí)鐘初始化 ，1MHZ,smclk LcdReset()。 //復(fù)位1602液晶 reset()。 //外部顯示初始化 ADCreset()。 //ADC12初始化 TBCCR0 = 32768 1。 //設(shè)置定時(shí)器A的中斷時(shí)間為1S TBCTL = TBSSEL_1 + MC_1。 //計(jì)數(shù)時(shí)鐘ACLK, 增計(jì)數(shù)模式 TBCCTL0 |= CCIE。 TACCTL2=CM_1+SCS+CCIS_0+CAP+CCIE。 _EINT()。 //開啟總中斷 // _BIS_SR(LPM0_bits+GIE)。 //低功耗模式 LPM0 DACreset()。 while (1) { if(keyin!=0x0f) { //delay()。 switch(keyin) { case 0x0e:bz_v+=248。break。 //， case 0x0d:bz_v=248。break。 //， case 0x0b:t+=1。if(t==2) t=0。Disp1Char(14,1,t+0x30)。break。 default:break。 } while(keyin!=0x0f)。 if(bz_v=3723) bz_v=3723。 else if(bz_v=1241) bz_v=1241。 } DACout()。 }}鍵盤程序通過(guò)P1口的按鍵控制，程序流程圖如圖42所示。圖42 鍵盤程序鍵盤程序: if(keyin!=0x0f) { //delay()。 switch(keyin) { case 0x0e:bz_v+=248。break。 //， case 0x0d:bz_v=248。break。 //， case 0x0b:t+=1。if(t==2) t=0。Disp1Char(14,1,t+0x30)。break。 default:break。 } while(keyin!=0x0f)。噪聲采樣通過(guò)麥克風(fēng)采樣模塊采集環(huán)境聲音，再在程序中判斷聲音來(lái)改變輸出信號(hào)的大小，程序流程圖如圖43所示，程序見附錄B:噪聲采樣程序。圖43 噪聲采樣程序流程圖反饋程序通過(guò)A/D采樣的電壓值來(lái)調(diào)節(jié)控制增益的輸出，其流程圖如圖44所示，程序見附錄B。圖44 反饋程序流程圖 本章小結(jié)程序通過(guò)IAR軟件進(jìn)行MSP430編程，編程是根據(jù)硬件電路的設(shè)計(jì)進(jìn)