【正文】 可編程放大器設計 摘 要 本設計主要以 DAC0832 內(nèi)部的電阻網(wǎng)絡作為核心，利用 AT89S52 單片機控制所選 D/A 的電阻網(wǎng)絡狀態(tài)，同時利用兩個獨立鍵盤來控制正弦波的放大倍數(shù)，并利用四位數(shù)碼管將其顯示出來。經(jīng)過實際測量，本系統(tǒng)可以實現(xiàn)通頻為20Hz~20KHz， Vpp 為 20mV~20V，放大 ~100 倍，且步進為 可調(diào)的無失真的波形放大器。 關鍵詞 : AT89S52 單片機 數(shù)碼管 放大器 1 Abstract The design mainly base on DAC083239。s inside resistors regarding as the kernel,it is used on the AT89S52 MCU controlling the resistors39。 the same time,it utilizes double Individual Keys to control sinusoidal wave39。s amplify,additionally,four digital tube to display the concrete measured,the system could make the function e true. In detail,the wave amplifier39。s parameter:pass band:20Hz~20KHz, Vpp:20mV~20V,amplify:~100,step:(adjusted no distortion). Key words: AT89S52 Micro Controller Unit digital tube amplifier 2 目 錄 摘要 2 一．核心模塊的方案論證與比較 3 濾波模塊 3 控制模塊 3 顯示模塊 3 自動增益模塊 4 波形放大模塊 4 二．方案設計與總體論證 4 三．單元電路分析與實現(xiàn) 5 濾波模塊 5 顯示模塊 6 波形放大模塊 7 自動增益模塊 8 四．單片機軟件設計 9 軟件功能 9 流程圖 9 五．測試結(jié)果及分析 9 六．設計總結(jié) 10 七．附錄 11 主要元器件清單 11 程序清單 11 3 第一章 緒 論 輸入端的信號在一定幅度內(nèi)，從而保證整個儀表的測量精度。但是人工檔位調(diào)節(jié)增加了儀表操作的復雜性、影響了數(shù)據(jù)測量的實時性，同時檔位調(diào)節(jié)通常采用機械轉(zhuǎn)扭，增加了儀器的不可靠性和接觸電阻對測量精度的影響。而且傳統(tǒng)的方法是采用可軟件設置增益的放大器，如 AD8321 芯片，并且該類放大器價格較高（如 AD8321），選擇檔位也較少（如 TI 的 PGA103， 206 等僅 34檔）。還有一種可滿足核儀器中所要求的線性度與增益穩(wěn)定性以及自動穩(wěn)譜的增益要求的數(shù)控放大器。系統(tǒng)在保證放大器的增益穩(wěn)定性和線性指標的同時卻降低了放大器的輸入阻抗，必然對前級電路輸出阻抗提出更高的要求。在實際應用中可通過增大反饋電阻提高輸入阻抗，另外必要時還可以增加一級電壓跟隨電路，電壓跟隨器的輸入阻抗極高，這樣可以忽略電路中的導通電阻對增益的影響，各級增益完全取決于所選電阻。 目前通常由于各類測 量儀表設備中的傳感器在不同測試中，其輸出信號的幅度可能相差很多，傳統(tǒng)的處理方法是對放大器增加手動檔位調(diào)節(jié)以保證后端的 A/D 采集采用單片機來自動選擇量程檔位，采用非易失性數(shù)字電位器和儀表放大器組成的高精度、多檔位、低成本的程控放大器。 以單片機（或個人計算機）為基礎的儀器測量系統(tǒng)的出現(xiàn)，是電子電工測量的一項重大變革，具有廣闊的應用前景。 濾波模塊 方案一：采用 CF412 或者 LF412 芯片 此方案采用 CF412 或是 LF412 芯片，因為此芯片的帶寬增益積可以達到 8MHz， 理論上來說，其上限截至頻率可以達到 100KHz，但是考慮到此芯片需要 177。18V 供電，這會給電源供電模塊帶來難度而且價格較貴，故不采用這種方案。 方案二：采用 LM324N芯片 此方案是采用 LM324N 芯片，其帶寬增益積為 1MHz，經(jīng)過實際測量，可以實現(xiàn)上限截止頻率 為 20KHz，甚至可以達到 30KHz，足以實現(xiàn)基本要求部分，而且此芯片便宜，只需 177。12V 供電，會給整個系統(tǒng)的設計帶來很大的方便，故采用此方案。 4 控制模塊 方案一： 4*4 矩陣鍵盤控制 此方案可以直接輸入所需要的波形 放大倍數(shù) ，方便 快捷，但是程序操作復雜，故不采用這種方案。 方案二：獨立按鍵控制 此方案利用兩個獨立按鍵共同控制放大倍數(shù)，其中一個按鍵用來控制倍數(shù)的放大，另外一個控制倍數(shù)的衰減，以此來達到放大倍數(shù)的調(diào)節(jié)，由于本系統(tǒng)元件較少，而且 51單片機正好有兩個 外部 中斷口可以利用， 程序設計簡單 ，故采用此方案。 顯示模塊 方案一： 1602 液晶顯示 此方案中液晶顯示器可以由 ASCll 碼控制，控制簡單，可以顯示更多的信息，比如 放大倍數(shù)和 單位等，但是價格相對昂貴，故不為本系統(tǒng)所采用。 方案二：數(shù)碼管顯示 此 方案中利用共陰極數(shù)碼管并對 0~9 這 10 數(shù)字進行編碼，并利用數(shù)碼管的動態(tài)掃描形式來顯示不同的數(shù)字，以達到顯示放大倍數(shù)的目的。由于本系統(tǒng)僅需對放大倍數(shù)進行顯示，利用四段數(shù)碼管已經(jīng)足以達到要求，程序設計也相對容易，產(chǎn)品價格低廉，故本設計采用這種方案實現(xiàn)。 方案一：采用 MOSFET 實現(xiàn) 此方案通過輸入信號控制 MOS 管的 Rds 來實現(xiàn)增益的自動調(diào)節(jié)，由于 Rds 不好調(diào)節(jié)，尤其是信號較小時， Rds 變化不明顯，需要找到非常合適的電阻，才可以將信號幅度控制在 2V~3V 的范圍內(nèi)，雖然電路簡單， 但準確度不高，參數(shù)的選擇較為麻煩，故不采用這種方案。 方案二：采用 ADC0809 實現(xiàn) 此方案首先通過峰值檢測電路，檢測出輸入信號的峰值，然后將峰值電壓輸入ADC0809，由 A/D 與單片機結(jié)合，再通過單片機控制 D/A 來實現(xiàn)增益的自動調(diào)節(jié)，該方案簡單，容易調(diào)節(jié)，故采用這種方案 。 5 方案一：采用模擬開關 CD4051 此方案中 采用具有 八路模擬開關的 電子芯片 CD4051，這樣可以實現(xiàn)八種不同的放大倍數(shù)， 若 采用兩片，就可以實現(xiàn)十六種不同的放大倍數(shù)，以此類推。但是 顯然，這 不可以實現(xiàn)步進調(diào) 節(jié)，且其內(nèi)部的 開關導通 阻值較大， 也 會 給波形放大 帶來 較 大的誤差，故不采用 這種方案 。 方案二：采用 DAC0832 此方案是利用 51 單片機來控制 D/A 內(nèi)部電阻網(wǎng)絡的狀態(tài)，以此來控制其內(nèi)部電阻的變化，從而控制放大倍數(shù) 。 由于 DAC0832 輸出的是電流信號，所以需要利用 LM324N 運算放大器來將其轉(zhuǎn)換成電壓形式，以此來輸出放大后的正弦波 ， 故采用 這種方案 。 本文的設計思路 本章提出了一種基于 AT89C51 單片機控制的簡易程控放大器系統(tǒng)。單片機通過DAC0832 將數(shù)字量轉(zhuǎn)化為模擬量經(jīng)放大器放大輸出最后通過液晶顯示。 本系統(tǒng)的設計基于 AT89C51 單片機和運算放大器，通過調(diào)節(jié)外部獨立按鍵來實現(xiàn)控制電壓的大小。 本文的主要內(nèi)容 （ 1） DAC0832 的工作原理 （ 2） 放大器工作原理 （ 3） LCD1602 液晶的驅(qū)動 本系統(tǒng)設計的程控放大器可以實現(xiàn)如下