【文章內(nèi)容簡介】 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反饋電阻 Rf。 在上圖中 Rf假設(shè)取為 8 千歐。 模擬開關(guān)集成塊控制的可變電阻模塊通過 4066 實現(xiàn)，控制信號對增益的控制是通過改變 Rx 的值實現(xiàn)的：輸入不同的控制信號，模擬開關(guān)的開合狀態(tài)不同，即導通電阻的組合狀態(tài)不同，它們的并聯(lián)電阻 Rx 也不同。 由于并聯(lián)電路滿足 432111111 RRRRRx ???? 第 8頁 上海交通大學 電子信息與電氣工程學院 所以當 15 ?RR ， 25 ?RR ?RR ， ?RR 時，四個電阻不同并聯(lián)組合可以實現(xiàn)增益從 到 的等差變化。因此，實際中取 R1＝ 10 千歐， R2=20 千歐， R3=40 千歐， R4=80 千歐。 現(xiàn)在，我們從實際參照圖 (2)來討論 Rf 與 Rl 的選取 。 圖 (2) 運放參照圖（摘自課程講義 2） 首先，實際運放 UA741 的輸入阻抗典型值為 2 MΩ，為了減少（輸入信號 ?R1?Ri?地）這條路上輸入信號在 R1 上的壓降（使輸入信號 盡可能減少損失的進入運放的反向輸入端），所以 V(損失 ) = R1 / ( R1 + Ri )， V 趨近于 0，推出： R1Ri， Ri = 2 MΩ，故 R1 取值在千歐級別左右。 第 9頁 上海交通大學 電子信息與電氣工程學院 控制信號 電阻導通狀況（ K? ） 等效電阻 (K? ) 相應增益 RA=80 RB=40 RC=20 RD=10 0 0 0 1 導通 80 0 0 1 0 導通 40 0 0 1 1 導通 導通 80//40= 0 1 0 0 導通 20 0 1 0 1 導通 導通 80//20=16 0 1 1 0 導通 導通 40//20= 0 1 1 1 導通 導通 導通 80//40//20= 1 0 0 0 導通 10 1 0 0 1 導通 導通 80//10= 1 0 1 0 導通 導通 40//10=8 1 0 1 1 導通 導通 導通 80//40//10= 1 1 0 0 導通 導通 20/10= 1 1 0 1 導通 導通 導通 80//20//10= 1 1 1 0 導通 導通 導通 40//20//10= 1 1 1 1 導通 導通 導通 導通 80//40//20//10= 表 在選定了反饋電阻 8kΩ以后，只需按照設(shè)計電路圖（圖 (1)）焊接電路。 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（ UA741）。具體介紹如下： CD4066 雙向模擬開關(guān)： 第 10頁 上海交通大學 電子信息與電氣工程學院 圖 (1) CD4066 管腳圖 如圖 (1)所示，在本次設(shè)計中 DDV 接＋ 5V， ssV 接 — 5V。當控制 CONTROL 為高電平時，開關(guān)處于導通狀態(tài)，導通電阻約為 270? ；當控制 CONTROL 為低電平時，開關(guān)斷開。 運算 放大 器 UA741： 圖 (2) UA741 管腳圖 如圖 5 所示，在本次設(shè)計中 Vin（ +）接地， VCC接 +5V， VEE接 5V，故運放的輸出電壓 絕對值不超過 5V。 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。 2） 限制輸出信號幅度。 接口定義 該模塊可通過檢波電路與放大器輸出端及比較器連接，通過電平轉(zhuǎn)換電路連接單 片機輸出與放大器輸入。 第 11頁 上海交通大學 電子信息與電氣工程學院 技術(shù)要求 同 。 實現(xiàn)方式 自動增益控制模塊原理圖如圖 3. （ 1）所示。它是在第一個模塊的基礎(chǔ)上增加了電平轉(zhuǎn)換以及對輸出的一個反饋電路，該反饋電路由檢波電路和 741 比較器組成。 檢波電路如圖 （ 2）所示。在這個電路中，檢波電路的作用是將輸入的交流信號變?yōu)橹绷餍盘栞敵?。首先，輸入的正弦信號?jīng)過二極管之后就被濾去了負值部分。正的信號經(jīng)過一個 RC 耦合電路，進行充放電，當有信號輸入時，電容開始充電，電位升高；無輸入時，由于電容需要放電， 電位還會維持在原來的電位附近，保持一段時間，這就要求這個 RC 電路的時間常數(shù)較大，所以取電阻一般為千歐級，甚至兆歐，在電容放電過程中若又有信號輸入，電容將繼續(xù)充電，這樣的過程不斷反復進行，因此， 輸出信號因為 RC 耦合電路的作用而近似為直流 電壓 信號 。 輸出的直流信號將通過電壓比較器，這里，我們用的是 uA741。比較后的結(jié)果將被反饋到單片機，再由單片機控制增益值，以此達到自動增益的效果。 第 12頁 上海交通大學 電子信息與電氣工程學院 圖 （ 1）自動增 益原理圖（摘自科技創(chuàng)新 [2A]課程講座） 圖 （ 2）檢波電路（摘自科技創(chuàng)新 [2A]課程講座） 圖 （ 3）摘自科技創(chuàng)新 [2A]課程講座 電路中還有一個重要的部分是電平轉(zhuǎn)換。電平轉(zhuǎn)換的電路如圖 （ 3）所示。電平轉(zhuǎn)換電路的功能是將輸入范圍在 0~5V 的信號轉(zhuǎn)換為 5~+5V，用于把來自單片機 0V 低電平信號轉(zhuǎn)換為 5V 信號，而 +5V 信號則保持不變 。用 LM324 做電壓比較器 ，比 較輸入電壓與 的關(guān)系得到輸出電壓 。 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。 輸出端：接基礎(chǔ)部分。 實現(xiàn)方式 可變增益放大器電路如圖 （ 1） 第 13頁 上海交通大學 電子信息與電氣工程學院 圖 （ 1）可變增益放大器電路原理圖（摘自講義 2） 主要原理：輸入端輸入 +5V，輸出端還是 +5V，輸入端輸入 0V，輸出端變?yōu)?5V， 目的就是使 4066 工作在 +5V的電壓下。 主要元件 —— LM324 LM324 內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖 （ 2） 圖 （ 2） LM324 內(nèi)部結(jié)構(gòu)（摘自 LM324 datasheet） 工作原理： LM324 是由 4 個運算放大器組成。 管腳定義： LM324 的管腳圖見圖 （ 3） 第 14頁 上海交通大學 電子信息與電氣工程學院 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 15頁 上海交通大學 電子信息與電氣工程學院 電壓比較模塊 功能描述 比較檢波得到的峰值電壓與基準電壓，使得輸出電壓變?yōu)?0V和 +5V。 接口定義 電壓比較模塊共有 3 個接口：接口 1 位輸入端，通過導線與基礎(chǔ)部分相連接，接口 2 和 3 均通過一個 10pin 插座與單片機相連接，連接的是單片機的 ， 接口。 實現(xiàn)方式 電壓比較模塊電路如圖 （ 1）所示。 接口2 接口3 1K 1K 1N 414 8 1N 414 8 V c m i n V c m a x 0. 1uF 2A P 9 4 M Ω 基準電壓 V m a x 基準電壓 V m i n V c c 接口 1 圖 （ 1）電壓比較電路圖 (1)電路連接 檢波電路如圖 （ 2），電容器與電阻要接 地，二極管的另一端與電平轉(zhuǎn)換電路相連。檢波電路輸出端連接到兩個 UA741 的正端，基準電壓 Vmax 和 Vmin 分別接在兩個 UA741 的負端。 UA741再與二極管相連，接上 1 個接地的 1K 歐的電阻后輸出。 圖 （ 2）檢波電路圖 摘自科技創(chuàng)新 [2]課程講座 4 第 16頁 上海交通大學 電子信息與電氣工程學院 (2)電路原理 檢波電路只取輸入正弦交流電的峰值，即輸出的是直流電。這樣做的目的是使 UA741 的輸入電壓與基準電壓差距較大，從而在比較電壓的時候使 UA741 工作在非線性區(qū)。通過調(diào)節(jié)變阻器的阻值可以控制 Vmax 和 Vmin。 UA741 對輸入電壓和基準電壓進行比較，如果輸入電壓比基準電壓大，則輸出 5V,反之，則輸出 5V。通過二極管時，由于負向電壓無法通過， 5V 的電壓值不 變 ，而 5V 變?yōu)?V。 5V 和 0V 分別在單片機上表現(xiàn)為二進制的 1 和 0，兩條電路共有四種組合，分別為 00、 0 10 和 11。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。當為 00 時，說明輸入電壓較小，單片機會控制使增益倍數(shù)增大；當為 11時，說明輸入電壓較大，單片機會控制使增益倍數(shù)減??；當為 01 時， 無任何動作。 主要原件 UA741，可見基礎(chǔ)部分元件介紹。 第 17頁 上海交通大學 電子信息與電氣工程學院 4. 系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) 軟件總體結(jié)構(gòu)和功能 程序總體可以分為如下幾個部分： （ 1）程序頭文件的聲明； （ 2）常量定義； （ 3）變量定義； （ 4）功能函數(shù)的定義； （ 5）中斷函數(shù)的定義； （ 6）主函數(shù)的定義。 圖 程序架構(gòu)圖（來自課程講義） 具體對應于： （ 1） 鍵值處理模塊 : 獲取鍵值，選擇工作模式，針對相應鍵值改變增益等級 （ 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)。 重要的全局變量 1． 按鍵定義 ：單片機小系統(tǒng)中的四個按鍵分別使用了 P1口的四個引腳 sbit KEY1= P1^0。 sbit KEY2= P1^1。 sbit KEY3= P1^2。 sbit KEY4= P1^3。 整個系統(tǒng)中 KEY1 用來對增益功能進行選擇，即為可控增益或自動增益。 第 18頁 上海交通大學 電子信息與電氣工程學院 基礎(chǔ)部分中 KEY3 表示的是加一， KEY4 表示的是減一， KEY2 表示的是清零。 拓展部分中， KEY2 表示的是鎖定的切換。拓展部分中， KEY KEY4 實效。 2． 1s 軟件定時器計數(shù) unsigned char clock1s。 3． 1s 軟件定時器溢出標志 ，位變量 bit clock1s_flag。 4． 數(shù)碼管位驅(qū)動和指示燈驅(qū)動信號輸出緩存 定義了一個可位尋址的變量 unsigned char bdata output_sel。 sbit led_1 = output_sel^5。 sbit led_2 = output_sel^6。 sbit led_3 = output_sel^7。 sbit led_4 = output_sel^4。 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。 6． 測試用計數(shù)器 為測試外部存儲器（ U3 6264），特使用 xdata 類型 unsigned int xdata test_counter。 7． 測試用計數(shù)值十進制表示 為測試外部存儲器（ U3 6264），特使用 xdata 類型 unsigned char xdata digi[1400]。 float xdata a[30]。 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。主要用于： 1．每 5ms 驅(qū)動一次數(shù)碼管的顯示 2．提供 1s 軟定時，用于鍵盤掃描 第 19頁 上海交通大學 電子信息與電氣工程學院 開機 單片機初始化 中斷寄存器初始化 計時寄存器初始化 開計時器 , 開中斷 5m s 計時到 ,計時器溢出 ? Y 中斷服務子程序 根據(jù)