【文章內容簡介】 ），Goi分別為三種不同模式的增益常量：GO1=10dB，GO2=10~30dB（由REXT決定，當REXT=，GO2=20dB），GO3=30dB。當VG500mV或VG+500mV時，增益（dB）與控制電壓VG之間不滿足線性關系，當VG=526mV時，Gmin(dB)=；VG=+526mV時，Gmax（dB）=GF。圖43 AD603增益與控制電壓曲線根據本課題要求，選用AD603的模式一將VOUT與FDBK短路，~+ dB。，這樣通過單片機控制DA給GPOS管腳一個可變電壓，電壓范圍在0~1V，~+。這樣AD603的增益與VG成線性關系，方便控制。設計電路如圖44所示。圖44 程控放大器AD603電路 控制電壓產生電路由于要產生精確地控制的電壓，通過比較選用MAX539作為本課題的DA芯片。MAX539是一種采用 5V單電源供電的低功耗電壓輸出型 12位串行數模轉換器。它具有接口簡單、轉換時間短、功耗低、體積小等特點。MAX539采用自校正結構，其偏置電壓、增益和線性度等參數在出廠前均已微調，因此無需其它外接元件與外部調整。MAX539的內部電路圖如圖45所示。由圖可知，MAX539內部采用倒置的R 2R梯形網絡和單電源的 CMOS運算放大器將12位數字量轉換成模擬電壓。MAX539采用的這種“倒置”R 2R梯形網絡布。局可使 DACs輸出電壓和基準電壓同極性。MAX539的輸出緩沖放大器是單位增益穩(wěn)定的BICMOS運算放大器，輸出緩沖放大器的輸出具有短路電流保護功能，能驅動2kΩ和100pF的負載。在MAX539的應用中，基準電壓必須為正，而且基準電壓值不能大于VDD 2V(如果 VDD為5V，基準電壓不能大于3V)。故基準電壓決定了 DAC全碼時轉換輸出電壓的大小。DAC的輸入電阻取決于待轉換的數字量的大小，當待轉換的數字量為 555H時，輸入電阻為40kΩ，當為000H時，輸入電阻為 ∞，基準電壓輸入端的輸入電容的大小也依賴于待轉換的數字量。推薦使用的基準電壓源為 MAXIM公司的MAX873A。由于MAX539的最高串行時鐘頻率為 14MHz ，數字量的轉換時間約為1. 14μs (877kHz)， DAC的12位建立時間為 25μs，因此全碼轉換的頻率只能限制在40kHz。圖45 MAX539內部電路圖MAX539采用單極性輸出，輸出電壓范圍為0V～2VREFI N， VREFI N不能大于 VDD 2V，當輸入為FFFH時 ，輸出電壓為 (2VREFI N4095) / 4096 ，當輸入為 001H時 ，輸出電壓為(2VREFI N1) / 4096。其輸入數字量和輸出電壓的關系如表41所示。表41 MAX539輸入數字量和輸入電壓值的關系輸入數字量輸出電壓值1111 1111 1111+2(VREFIN)*4095/40961000 0000 0001+2(VREFIN)*2049/40961000 0000 0000+2(VREFIN)*2048/4096=+VREFIN0111 1111 1111+2(VREFIN)*2047/40960000 0000 0001+2(VREFIN)*1/40960000 0000 00000而控制電壓由MAX539產生，在MAX539的基準電壓腳接2V電壓這樣在0~1V之間便有1024個檔位，實現60/1024= dB的步進，完全滿足設計中的要求。MAX539產生控制電壓電路如圖46所示。圖46 MAX539產生控制電壓電路 濾波電路設計設計要求放大器的帶寬在5MHz、10MHz 兩點可預置并顯示。而且要求通帶內平坦，帶內增益起伏控制在1 dB以內。經過比較，選擇二階有源巴特沃斯濾波器作為本課題濾波器，經典濾波電路如圖47所示。圖47 二階有源巴特沃斯濾波器該電路將截止頻率和電路的Q點分別由電路參數決定。避免了一般濾波電路中兩個參數互相影響，造成電路設計的困難。該電路的參數關系為：R=R1=R2，C=C1=C2。電路的截止頻率f=1/2πRC ，電路的增益K=31/Q=1+R4/R3。其中Q為電路的等效品質因數。Q點決定電路幅頻特性曲線的穩(wěn)定度。查表可知點Q=，電路幅頻特性曲線最穩(wěn)定。設計要求截止頻率為10MHz和5MHz。經過計算選用R3=，R4= kW。而當系統(tǒng)的截止頻率為5MHz時R=R1=R2=， C=C1=C2=15pF。當截止頻率為5MHz時R=R1=R2=1kW， C=C1=C2=15pF。通過單片機給信號控制一組繼電器來實現系統(tǒng)的的帶寬的變化，電路設計如圖48所示。圖48帶寬可變?yōu)V波電路 末級功率放大電路設計要求末級功率電路最大輸出電壓正弦波有效值Vo≥10V，負載電阻（50177。2）W，在通頻帶內的起伏控制在1 dB以內，且最高頻率能達到10MHz。OPA603作為超寬帶低噪聲電流型運放，內部原理圖如圖49所示。圖49 OPA603內部原理圖能在177。 ~18V電壓下供電正常工作，在增益為1 ~10倍時 帶寬為100 MHz，電壓擺率為1000V/uV，最高輸出電壓有效值為12V，最大電流為150mA。設計要求能帶動50W的負載，并且最大輸出電壓正弦波有效值≥10V，這就要求最大電流為300 mA。如果用單片的OPA603達不到設計要求，所以根據BURRBROWN公司應用手冊中介紹，使用寬帶高壓運放OPA603和高速緩沖器和BUF634配合，加入適當的反饋，即可可以提供電壓增益和電流放大，從而達到題設的要求。BUF634是超寬帶高壓高速緩沖器，內部原理圖如圖410所示。圖410 BUF634內部原理圖其最高輸出電流能達到250 mA，電壓擺率為2000V/uV，在寬帶模式下最大帶寬能達到180 MHz，在177。 ~18V電壓下供電正常工作。而且有八腳貼片式和便于散熱的五腳立式，由于五腳立式便于裝散熱器，所以最終選用五腳立式裝，而且選擇寬帶模式即V腳和BW腳相聯。最終選用一片OPA603和2片BUF634搭配從而能較好滿足題設的要求，最終設計電路如圖411所示圖中OPA642提供16 dB的電壓增益，通過和BUF634的搭配，提供至少300mA的電流輸出。圖411 末級功率放大圖 液晶接口電路本課題顯示裝置采用128*64的點陣式液晶顯示屏。該液晶12864點陣液晶顯示模塊就是由128*64個液晶顯示點組成的一個128列*64行的陣列。每個顯示點對應一位二進制數，1表示亮，0表示滅。存儲這些點陣信息的RAM稱為顯示數據存儲器。要顯示某個圖形或漢字就是將相應的點陣信息寫入到相應的存儲單元中。圖形或漢字的點陣信息當然由自己設計，問題的關鍵就是顯示點在液晶屏上的位置（行和列）與其在存儲器中的地址之間的關系。 由于多數液晶顯示模塊的驅動電路是由一片行驅動器和兩片列驅動器構成，所以12864液晶屏實際上是由左右兩塊獨立的64*64液晶屏拼接而成，每半屏有一個512*8 bits顯示數據RAM。左右半屏驅動電路及存儲器分別由片選信號CS1和CS2選擇。通過向指定顯示位置對應的DDRAM中寫數據來顯示字符。該液晶采用8位數據口，2組電源和地控制，5位命令控制端口和3位液晶屏亮度控制接口共20個接口端。其中5位命令控制端口和8位數據口與單片的數據端口相連。液晶接口連接圖如圖412所示，通過調節(jié)滑動電位器R1可以調節(jié)液晶屏的亮度，從而選擇適宜的亮度來進行顯示。同時液晶采用+5V供電，接地為模擬地，要和數字地分開不然會對液晶顯示產生一定干擾。圖412 液晶接口電路 鍵盤接口電路系統(tǒng)為方便輸入輸出，才用4*4的陣列式鍵盤作為本課題的輸入設置端口。4*4的鍵盤有4個行向接口和4個列向接口共計8為接口，如果直接接入單片機步進可能由于模擬電流過大而損壞單片機的引腳而且還會占用單片機的接口資源?？紤]上述因素決定采用成熟的鍵盤接口芯片，經過查找最終選用鍵盤接口管理芯片ZLG7290作為鍵盤和單片機中間級，大大節(jié)省了單片機接口資源。ZLG7290是一種I2C接口鍵盤及LED驅動管理器件，提供數據譯碼和循環(huán)、移位、段尋址等控制。能夠直接驅動 8位共陰數碼管（或 64 只獨立的 LED） ，同時還可以掃描管理多達 64 只按鍵。其中有 8 只按鍵還可以作為功能鍵使用，就像電腦鍵盤上的 Ctrl、Shift、Alt 鍵一樣。另外 ZLG7290B 內部還設置有連擊計數器，能夠使某鍵按下后不松手而連續(xù)有效。采用I2C總線方式，與微控制器的接口僅需兩根信號線。ZLG7290的從地址為70H，器件內部通過I2C總線訪問的寄存器地址范圍為00H~17H，任一寄存器都可按字節(jié)直接讀寫，并支持自動增址功能和地址翻轉功能。ZLG7290內部原理圖如圖413所示圖413 ZLG7290內部原理圖其中SegH ~ SegA為鍵盤接口，Dig0 ~ Dig7驅動LED接口。SCL為其與微機的時鐘接口而SDA為其與微機的數據接口。INT為其中斷標志輸出接口，當有按鍵式改接口將輸出負電平。ZLG7290的I2C接口傳輸速率可達32kbit/s 容易與處理器接口并提供鍵盤中斷信號 提高主處理器時間效率。但是，如果采用硬件I2C總線，則通信波特率可以更高，因為硬件I2C的總線競爭和同步邏輯，是軟件無法模擬的。ZLG7290的I2C總線通信接口主要由3個引腳構成：SDA、SCL和INT，引腳接口如圖414所示。圖414 ZLG7290I C接口引腳分布簡圖在圖415中，U17就是ZLG7290。為了使電源更加穩(wěn)定，一般要在Vcc到GND之間接入47～470uF的電解電容C30。P11和P10與單片機MSP430F169的接口，按照 I2C總線協議的要求，信號線SCL和SDA上必須要分別加上上拉電阻，其典型值是10KΩ。晶振通常取值8MHz，調節(jié)電容C3和C4 通常取值在 10pF左右。復位信號是低電平有效，一般只需外接簡單的 RC復位電路，也可以通過直接拉低 RST 引腳的方法進行復位。，不然會給單片機帶來不穩(wěn)定因素。圖中的J1～J8為鍵盤接口。圖415 鍵盤管理芯片ZLG7290電路圖 穩(wěn)壓電源電路由于設計要求自制穩(wěn)壓電源，從220V交流電要得到177。5V和177。15V直流電壓，作為系統(tǒng)的供電電壓。由于系統(tǒng)的的輸入信號是小信號，所以電源中的低頻諧波和高頻分量要盡量去除，否則會對電路產生很嚴重的干擾，甚至會導致整個電路的波形失真。例如本課題信號有效值在10mV，如果電源的紋波有1 mV，在增益為60dB時即放大1000倍，會造成1V的失調電壓，從而導致信號的失真。直流穩(wěn)壓的電路圖如圖416所示，交流電220V經過變壓器后分出兩路電壓，兩路電壓經過單相橋式整流電路后，再經過電容濾波后初步整出所需的電壓。在經過三端集成穩(wěn)壓器(7805，7905，7815，7915)整出穩(wěn)定177。5V和177。15V直流電壓。注意給數字器件和模擬器件的供電的電源要分開給出。在數字電源端口和模擬電源端口之間經過電感隔離后，還經過電容隔離，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定。同時數字地端口和模擬地端口也用電感隔離。為了保護電源由于輸出電流過高而被燒壞，在變壓器和整流電路的中間加上規(guī)格為3A的保險絲。同時由于接觸到了220V的交流電壓，220V注意要標準的電源線同時將電源220V部分用絕緣材料做成的外殼包好，防止安全的事故的發(fā)生。圖416 系統(tǒng)供電穩(wěn)壓電源電路第5章 系統(tǒng)的軟件設計 系統(tǒng)總體軟件設計本課題采用MSP430F169作為系統(tǒng)微處理器，系統(tǒng)軟件功能框圖如圖51所示。圖51 系統(tǒng)軟件總體功能框圖系統(tǒng)軟件要完成增益和帶寬的設定和顯示功能，同時還要控制DA給出設定的電壓值和帶寬選擇信號。單片機先根據鍵盤的按鍵判斷是選擇是設定增益還是帶寬鍵，然后根據輸入的數字顯示在液晶顯示屏上，同時確定設定值后給出相應的控制信號，軟件流程圖如圖52所示。