【正文】 動增益控制兩個模塊的主要功能、系統(tǒng)框圖，系統(tǒng)硬件以及軟件的設(shè)計和實現(xiàn)方法，系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)，調(diào)試分析，針對用戶操作的詳細(xì)說明， 并在最后提出了我們對這個課程的感受以及對在實踐過程中發(fā)現(xiàn)的一些問題的深入探討。 適讀對象：實驗指導(dǎo)老師、本次科創(chuàng)參與者以及其它電子設(shè)計愛好者。在本設(shè)計任務(wù)中，所設(shè)計的放大器電壓增益可從 變化到 （共 15 種狀態(tài)），通過單片機控制電路中一些開關(guān)的開合改變電路的某些參數(shù)來實現(xiàn)。 CD4066B： 一 個為模擬 /數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換或多路復(fù)用設(shè)計的四路雙向開關(guān)。 電平轉(zhuǎn)換： 通過一個包含 LM324 芯片的電路來將 5V 和 0V 的輸入電壓分別變成 5V和 5V。 Vi：運算放大器輸入電壓。 具體指標(biāo)如下： (1) 最低增益絕對值小于 ； (2)最高增益絕對值大于 ； (3)增益等級最少達(dá)到規(guī)定的 15 級； (4)增益相對誤差小 于 3%。 拓展部分： 再次按下最左邊第一個按鍵，使第一個數(shù)碼管顯示為 2，即啟動拓展部分功能，增益可以隨輸入波的峰值正確的自動變化，使輸出波可以正確自動調(diào)整保 證峰值在限定范圍內(nèi)（拓展部分上限電壓 ，下限電壓 ），且通過示波器可以觀察到輸出波形較穩(wěn)定，但增益在 （含 ）出現(xiàn)波形的失真，倍數(shù)越低失真現(xiàn)象越嚴(yán)重。 圖 (1) 運算放大器示意圖（摘自科技創(chuàng)新 [2]講座 2） 電阻 R1 可變的實現(xiàn)：通過 4066 模擬開關(guān)控制 4 條支路，每條支路上電阻總阻值設(shè)定為 1∶2∶ 4∶ 8。總設(shè)計圖見圖 (4)，檢波電路見圖 (5)，電平轉(zhuǎn)換電路見圖 (6)。最低增益為 倍，最高增益為 倍。 增益控制：通過改變反向輸入端的電阻阻值來控制增益的大小。 拓展部分添加的模塊：電平轉(zhuǎn)換模塊，電壓比較模塊。 （ 3）與拓展部分的接口：增益可變放大電路的輸出要作為拓展部分的輸入。 Vi R 1 R 2 R 3 R 4 R f R l C D 4066 C ont r ol A C ont r ol B C ont r ol C C ont r ol D 10Pin插座 圖 (1) 可變增益放大器電路 第 7頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 （ 1）電路連接： 四個電阻 R1,R2,R3,R4 與輸入端 Vi 相連。 （ 2）電路原理： 根據(jù)理想放大器的原理，可以得知 U＋ ＝ U－ ； i+ = i_ = 0， Vo = ( Rf / R1 ) Vi 所以，增益放大倍 數(shù)為 G＝xfio RRVV ? ，其中反相輸入端接可變電阻 Rx，反向輸入端與輸出端之間皆負(fù)反饋電阻 Rf。因此，實際中取 R1＝ 10 千歐， R2=20 千歐， R3=40 千歐， R4=80 千歐。 控制信號 電阻導(dǎo)通狀況（ K? ） 等效電阻 (K? ) 相應(yīng)增益 A B C D RA=80 RB=40 RC=20 RD=10 0 0 0 1 導(dǎo)通 80 0 0 1 0 導(dǎo)通 40 0 0 1 1 導(dǎo)通 導(dǎo)通 80//40= 0 1 0 0 導(dǎo)通 20 0 1 0 1 導(dǎo)通 導(dǎo)通 80//20=16 0 1 1 0 導(dǎo)通 導(dǎo)通 40//20= 0 1 1 1 導(dǎo)通 導(dǎo)通 導(dǎo)通 80//40//20= 1 0 0 0 導(dǎo)通 10 1 0 0 1 導(dǎo)通 導(dǎo)通 80//10= 1 0 1 0 導(dǎo)通 導(dǎo)通 40//10=8 1 0 1 1 導(dǎo)通 導(dǎo)通 導(dǎo)通 80//40//10= 1 1 0 0 導(dǎo)通 導(dǎo)通 20/10= 1 1 0 1 導(dǎo)通 導(dǎo)通 導(dǎo)通 80//20//10= 1 1 1 0 導(dǎo)通 導(dǎo)通 導(dǎo)通 40//20//10= 1 1 1 1 導(dǎo)通 導(dǎo)通 導(dǎo)通 導(dǎo)通 80//40//20//10= 表 主要器件介紹 該模塊電路所用到的器 件包括了 4066 雙向模擬開關(guān)和運算放大器（ LM741）。 自動增益控制模塊 描述 概述 功能描述 1） 增益值隨輸入信號幅度自動變化。 實現(xiàn)方式 自動增益控制模塊原理圖如圖 3. （ 1）所示。首先，輸入的正弦信號經(jīng)過二極管之后就被濾去了負(fù)值部分。 第 11頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 圖 （ 1）自動增益原理圖（摘自科技創(chuàng)新 [2]課程講座 4） 圖 （ 2）檢波電路（摘自科技創(chuàng)新 [2]課程講座 4） 圖 （ 3）摘自科技創(chuàng)新 [2]課程講座 4 電路中還有一個重要的部分是電平轉(zhuǎn)換。 電平轉(zhuǎn)換模塊 功能描述 輸入 (+5V,0V) =輸出 (+5V,5V)，使交流信號可順利通過模擬開關(guān) 接口定義 電平轉(zhuǎn)換模塊共有兩個接口： 輸入端：接單片機。 管腳定義： LM324 的管腳圖見圖 （ 3） 第 13頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 圖 （ 3） LM324 管腳定義圖（摘自 LM324 datasheet） 外圍電路設(shè)計 圖 （ 4）電平轉(zhuǎn)換外圍電路 第 14頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 電壓比較模塊 功能描述 比較檢波得到的峰值電壓與基準(zhǔn)電壓，使得輸出電壓變?yōu)?0V和 +5V。檢波電路輸出端連接到兩個 LM741 的正端，基準(zhǔn)電壓 Vmax 和 Vmin 分別接在兩個 LM741 的負(fù)端。通過調(diào)節(jié)變阻器的阻值可以控制 Vmax 和 Vmin。但其中的 10 時不可能的，因為輸入電壓不可能既比 Vmax 大又比 Vmin 小，所以實際只有00、 0 11 三種情況。 圖 程序架構(gòu)圖（來自課程講義） 具體對應(yīng)于： （ 1） 鍵值處理模塊 : 獲取鍵值，選擇工作模式，針對相應(yīng)鍵值改變增益等級 （ 2） 數(shù)碼管驅(qū)動模塊 : 對增益等級譯碼，驅(qū)動數(shù)碼管顯示譯碼結(jié)果 （ 3） 增益譯碼模塊 : 將增益等級轉(zhuǎn)化為 I/O 引腳的高低電平狀態(tài) （ 4） 本軟件完成的功能是利用單片機上的按鍵選擇增益等級和工作模式，分別以手動的方式和自動的方式對放大電路的輸出進行調(diào)節(jié)。 sbit KEY4= P1^3。拓展部分中， KEY KEY4 實效。 sbit led_1 = output_sel^5。 5．?dāng)?shù)碼管掃描驅(qū)動指針 為測試外部存儲器（ U3 6264），特使用 xdata 類型 unsigned char xdata digi_scaner。 流程邏輯 主要模塊描述 〈定時中斷 0〉描述 函數(shù)名 timer0 ( ) interrupt 1 using 0 功能描述 實現(xiàn) 5ms 秒的硬件定時中斷。 TR0=1。 本系統(tǒng)中使用 clock1s 變量進行計數(shù)， 20 個 5ms 為 1s，此時輸出 1s 溢出標(biāo)志。 fun=1//模式的切換 , lock=0。 P32=1。 digi[1]=0。 clock1s=0。 fun2 時，是拓展部分，則賦 fun=1,digi[0]=1。 Fun=1 時，是基礎(chǔ)部分，則賦 fun＝ 2， digi[0]=2。 P35=1。 num=15。 調(diào)用函數(shù)說明 第 21頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 NUMTOSEG7 函數(shù)：完成對數(shù)碼管顯示功能的控制； timer0 函數(shù)：完成對時鐘信號的控制，數(shù)碼管的驅(qū)動以及指示燈的控制； main 函數(shù)：是程序的主體部分。 算法 根據(jù)按鍵給的增減增益的信號調(diào)整 num 的值，并在顯示的時候?qū)⒋酥党允缘玫皆鲆娴臄?shù)值，然后數(shù)碼管三顯示整數(shù)部分，數(shù)碼管四顯示小數(shù)部分。//第三四個數(shù)碼管顯示放大倍數(shù) digi[3]=num%10。 if(num==15) {P35=1。} if(num==14) {P35=1。} if(num==13) {P35=1。} if(num==12) {P35=1。} if(num==11) {P35=1。} if(num==10) {P35=1。} if(num==9) {P35=1。} if(num==8) {P35=1。} if(num==7) {P35=0。} if(num==6) {P35=0。} if(num==5) {P35=0。} if(num==4) {P35=0。} if(num==3) {P35=0。} if(num==2) {P35=0。} if(num==1) {P35=0。} if(num==0) {P35=0。} 第 22頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 5. 系統(tǒng)功能及技術(shù)指標(biāo)測試 測試項目 基礎(chǔ)部分： (1) 放大器的增益至少包括 15 個標(biāo)準(zhǔn)值等級：從 至 倍，以 為間隔共 15 種 (2) 按鍵測試：按鍵 1 實現(xiàn)基礎(chǔ)部分?jǐn)U展部分轉(zhuǎn)換 按鍵 2 實現(xiàn)基礎(chǔ)部分放大倍數(shù)清零 按鍵 3 實現(xiàn)增大放大倍數(shù) 倍 按鍵 4 實現(xiàn)減小放大倍數(shù) 倍 (3)各等級的實際增益值與標(biāo)準(zhǔn)值比較，誤差應(yīng)小于 3%，且盡量精確。使其正常工作。 擴展部分： 第 23頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 （ 1）按下功能鍵切換到自動增益模式， 將 4066 的供電方式變?yōu)?5~5V ， Vi 加正 弦交流電信號，調(diào)整輸入信號的幅度，觀察數(shù)碼管的示數(shù)及示波器中顯示的波形。我們組此處誤差相對較小，較為令人滿意。能 夠最終得以完成，除了組員之間的齊心協(xié)力意之外，也得到了許多其它方面的幫助。 其次，感謝學(xué)校為我們提供了良好的實驗環(huán)境，先進的實驗器材，讓我們能夠盡情地發(fā)揮自己的能力，讓我們獲益匪淺。 理論學(xué)習(xí)要認(rèn)真扎實。磨刀不誤砍柴工，這樣才能為今后的順利工作奠定基礎(chǔ)。我們小組成員出現(xiàn)了沮喪、灰心的狀況。更換了器件之后，問題依然存在。興奮之余我們仔細(xì)想了想，還是自己不夠有耐心，沉不住氣，不夠認(rèn)真細(xì)致，才導(dǎo)致了這種問題發(fā)現(xiàn)不了。由于前期的講座未能很好地參加，導(dǎo)致我們小組成員理論儲備不足，理論上有不少的缺陷。當(dāng)我們個人無法解決的時候，我們向張斌、蔡儂、王翔宇、崔志云和胡一濤幾位同學(xué)請教。 總而言之，這次科創(chuàng)活動，讓我們體會 到了科研的不易，同時也收獲到了很多。 sbit KEY2= P1^1。 sbit P33=P1^4。//down sbit P15=P1^5。 sbit led_1 = output_sel^5。 /* 數(shù)碼管掃描驅(qū)動指針，為測試外部存儲器（ U3 6264），特使用 xdata 類型 */ unsigned char xdata digi_scaner。 /*////////////////////////////*/ /*/ 函數(shù)定義 /*/ /*////////////////////////////*/ /**** 7 段數(shù)碼顯示譯碼 參數(shù)： DATA： 需要顯示的數(shù)字或符號； 返回值： 7 段譯碼結(jié)果 ( D7~0 = PGFEDCBA ) *****/ unsigned char NUMTOSEG7(unsigned char DATA) { unsigned char AA。039。139。239。339。439。539。639。739。839。939。A39。B39。C39。D39。E39。F39。break。break。break。break。 /*關(guān)中斷 */ /* 重新對計數(shù)器賦初值，并啟動定時計數(shù) */ TH0=V_TH0。 /*當(dāng) 1 秒到時，溢出標(biāo)志置 1 */ 第 31頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 clock1s = 0。 if (KEY3==0) led_3 = 0。 ADDR_8SEG = NUMTOSEG7(digi[0])。 /*輸出到鎖存器 U5*/ break。 case 4: /* 驅(qū)動第四個數(shù)碼管 */ 第 32頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 output_sel |= 0x08。 ADDR_8SEG = NUMTOSEG7(39。 } ADDR_SEL = output_sel。 int fun=1,l