【文章內容簡介】 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假設取為 8 千歐。 模擬開關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 雙向模擬開關和運算放大器（ UA741）。具體介紹如下： CD4066 雙向模擬開關： 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，在本次設計中 DDV 接＋ 5V， ssV 接 — 5V。當控制 CONTROL 為高電平時，開關處于導通狀態(tài)，導通電阻約為 270? ；當控制 CONTROL 為低電平時，開關斷開。 運算 放大 器 UA741： 圖 (2) UA741 管腳圖 如圖 5 所示，在本次設計中 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上增加了電平轉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，輸入的正弦信號經過二極管之后就被濾去了負值部分。正的信號經過一個 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換。電平轉換的電路如圖 （ 3）所示。電平轉換電路的功能是將輸入范圍在 0~5V 的信號轉換為 5~+5V，用于把來自單片機 0V 低電平信號轉換為 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 的關系得到輸出電壓 。 電平轉換模塊 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 接口定義 電平轉換模塊共有兩個接口： 輸入端：接單片機。 輸出端：接基礎部分。 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 內部結構見圖 （ 2） 圖 （ 2） LM324 內部結構（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） 外圍電路設計 圖 （ 4）電平轉換外圍電路 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)的軟件結構 軟件總體結構和功能 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)碼管驅動模塊 : 對增益等級譯碼，驅動數(shù)碼管顯示譯碼結果 （ 3） 增益譯碼模塊 : 將增益等級轉化為 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)碼管位驅動和指示燈驅動信號輸出緩存 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)