【正文】 34. 圖 34 線性增益放大器實(shí)現(xiàn)圖（參考 07 級彭秋宇等的設(shè)計(jì)報(bào)告） 液晶顯示電路模塊 描述 功能描述 1. 接收單片機(jī)發(fā)出的指令與數(shù)據(jù)并反饋忙信息 2. 開機(jī)滾動(dòng)畫面顯示 “ Wele to use this amplifer!” 3. 分兩行顯示增益等級值 （如增益等級值為 時(shí)顯示 Amplify scale: a= ) 接口定義 本模塊用兩個(gè) IDC10 插座 與單片機(jī)小系統(tǒng) 連接。由反相比例器的原理可以推知，放大倍數(shù)為：ｎ = Rf/Rl 要使最小的倍數(shù)為 ，則 ｎ 的最小值必須為 ，也就是說 Rl的最大值要使 Rf 的 10 倍。若用此網(wǎng)絡(luò)代替 R，則可以通過控制開關(guān)的開合來調(diào)節(jié)電阻的大小，而開關(guān)的開合可以用數(shù)字信號表示，這就和控制信號是數(shù)字信號相符，從而能滿足設(shè)計(jì)要求。其原理如圖 33： 圖 33：權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò) 如果用 di = 0 ,表示第 i個(gè)電阻接地，則可知該電阻網(wǎng)絡(luò)的等效電阻為： Rl ＝ R [1/(d0 20+ d121 + d222+ d323)] ∴ Rl ＝ R (d023 + d122 + d221 + d320) 在式中， d0 、 d1 、 d2 、 d3 都是數(shù)字量，而它們改變的是模擬量 Rl。因此在這里我們要提供一個(gè)四線制的接口來接收控制信號，而且電路還必須滿足一個(gè)特點(diǎn)，電路中的參數(shù)要能被數(shù)字量改變，也就是要有數(shù)模轉(zhuǎn)換的功能。因?yàn)檫@部分電路最后必須有和控制信號相對應(yīng)的接口。 節(jié)點(diǎn) N 的電流方程為： iR = if (Ui － Un) / R = (Un－ Uo) / Rf iiiiv 由于 N 點(diǎn)接地，所以 Un = 0，整理即得： Uo = － Rf Ui / R 有了反相比例放大器電路，解決了最基本的問題，就是能將信號按某一比例放大。從發(fā)下來元件中有運(yùn)放這一點(diǎn)，我們想到了反相比例器電路。 第 11頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 電路設(shè)計(jì) 放大電路模塊 放大電路的完成 怎樣將數(shù)字控制信號的控制作用真正加至需要被放大的信號上，這是放大電路單元的核心，也是整個(gè)硬件部分的核 心。 電路設(shè)計(jì) CD4066 CD4066 的定義 The CD4066BC is a quad bilateral switch intended for the transmission or multiplexing of analog or digital signals. It is pinforpin patible with CD4016BC, but has a much lower “ON” resistance, and “ON” resistance is relatively constant over the inputsignal range. CD4066 的指標(biāo) Wide supply voltage range 3V to 15V High noise immunity VDD (typ.) Wide range of digital and ? VPEAK analog switching “ON” resistance for 15V operation 80??Matched “ON” resistance ?RON ??5??(typ.) over 15V signal input “ON” resistance flat over peaktopeak signal range High “ON”/“OFF” 65 dB (typ.) output voltage ratio fis ??10 kHz, RL ??10 k??Control Line Biasing: Switch On (Logic 1), VC ??VDD Switch Off (Logic 0), VC ??VSS (摘自 CD4066 Datasheet) 輸入 CD4066的數(shù)字信號是由單片機(jī)控制的，單片機(jī)發(fā)出信號的控制端由四個(gè)接口組成，每個(gè)接口分別控制一個(gè)開關(guān)。按鍵按下后，通過輸入信號讀取與轉(zhuǎn)換后，改變輸出的數(shù)字信號，同時(shí)在數(shù)碼管上顯示。 技術(shù)要求 選擇阻值準(zhǔn)確的電阻，放大輸入電壓，使增益誤差控制在 3%以內(nèi)，且誤差越小越好。 第 9頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 接口定義 圖 31 CD4066 引腳圖 [3] 圖 32 LM741 引腳圖 [4] 1） 與單片機(jī)接口： p3^５ ,p3^4,p3^3,p3^2，為單片機(jī)控制增益倍數(shù)單元向放大電路單元輸出的接口。 1） CD4066 數(shù)字開關(guān)：控制 10K， 20K， 40K， 80K電阻的輸入。 增益的線性放大器 模塊 描述 功能描述 由 CD4066 數(shù)字開關(guān)， LM741 運(yùn)算放大電路控制 [2]，線性發(fā)達(dá)輸入電壓。 技術(shù)要求 由程序控制，準(zhǔn)確無誤地輸出對整個(gè)系統(tǒng)的控制信號。 KEY3P1^2。 2）按鍵 KEY1P1^0。 P1 口中有十個(gè)接口，其中中間兩個(gè)沒有用到 。 輸入 /輸出設(shè)備 ：用于 串行口、并行輸出口 等。 RAM：用于 數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 。 第 8頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 3. 系統(tǒng)的硬件結(jié) 構(gòu) 硬件總體結(jié)構(gòu) 單片機(jī)模塊 描述 功能描述 作為整個(gè)系統(tǒng)的核心控制部分，其各部分具有以下功能。在輸出波形狀態(tài)下通過單片機(jī)小系統(tǒng)上自帶的七段數(shù)碼管顯示當(dāng)前輸出波形的對應(yīng)頻率及幅度檔數(shù)，中間用冒號分隔。輸出幅度的調(diào)整是通過，控制運(yùn)放電路輸入端電阻值完成，調(diào)整頻率是通過控制單片機(jī)相關(guān)中斷程序的中斷周期來完成?？梢酝ㄟ^導(dǎo)線外 接來將輸出信號分別導(dǎo)向揚(yáng)聲器（音樂播放狀態(tài)）及示波器（函數(shù)發(fā)生器狀態(tài)）。 拓展部分 液晶顯示：通過基礎(chǔ)部分完成的單片機(jī)的數(shù)字信號輸出，控制液晶屏顯示放大倍數(shù)，可與基礎(chǔ)部分并行使用。 增益控制：通過鍵盤按鍵的鍵入調(diào)節(jié)放大的倍數(shù)。超過此范圍的數(shù)將被視為非法并將不予讀入數(shù)據(jù)。最小為 0，最大為 。 鍵盤與顯示：用按鍵 1 和按鍵 2 控制增益的倍數(shù)。 總體結(jié)構(gòu)圖如圖 25。 第 6頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 圖 24 生成數(shù)學(xué)波形原理圖（參考科創(chuàng)二講義） 音樂播放功能部分，單片機(jī)小系統(tǒng)一方面輸出不同頻率的高頻方波信號，通過分壓電路之后再進(jìn)入運(yùn)放電路最終經(jīng)由揚(yáng)聲器形成不同音高的聲音，另一方面，單片機(jī)系統(tǒng)同時(shí)向數(shù)字開關(guān)CD4066 輸出控制信號，調(diào)整運(yùn)放電路的輸入電阻，從而控制放大倍率，最終體現(xiàn)為聲音的強(qiáng)弱。 8 0 C 5 1放 大 器 開關(guān)分 壓 電 路液 晶 電 路模 塊 圖 23 液晶顯示結(jié)構(gòu)圖 函數(shù)信號發(fā)生器暨音樂播放器設(shè)計(jì)原理：在函數(shù)發(fā)生器功能部分，單片機(jī)小系統(tǒng)通過電控制信號控制兩片數(shù)字開關(guān)芯片 CD4066，不斷調(diào)整輸出信號的幅度，運(yùn)算放大電路的輸出信號通過兩路開 關(guān)送至示波器，連續(xù)地看來在示波器上形成了光滑的波形輸出。單片機(jī)通過 8255 擴(kuò)展出 PBＩ／Ｏ端，并使用 P3^4， P3^2， P3^3 控制液晶模塊，顯示放大倍數(shù)，此部分可與基礎(chǔ)部分并行使用。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)可由圖 21 表示。 增益控制的設(shè)計(jì)原理： 由單片機(jī)控制增益的變化，信號源的輸入信號是 1V 直流電壓源 Vi，如圖 22 中所示，由80C51 或 basys 輸出控制信號控制數(shù)字開關(guān) CD4066，控制 4 個(gè)開關(guān)的通斷，形成運(yùn)放電路的輸入電阻的十六種不同組態(tài)，從而使運(yùn)放電路的增益分別達(dá)到 ,?? 倍。數(shù)字音樂播放部分通過可按鍵二選擇所播放音樂的種類，可播放《喀秋莎》與《塞北的雪》兩首歌曲，并通過單片機(jī)按鍵三，四分十檔控制音量。通過十六檔調(diào)頻，完成 的頻率調(diào)整；通過十檔調(diào)幅，完成 05V 的幅度輸出。 第 4頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 液晶顯示定義的 ASCII 字符，通過按鍵可改變輸出電壓的顯示，并且可以和基礎(chǔ)部分并行使用。通過 單片機(jī)上的按鍵輸入，控制信號增益倍數(shù)（電壓反向放大 ~ 倍），在輸出端測量放大后的信號，誤差均小于 3%，并且能夠在數(shù)碼管上顯示增益倍數(shù)。設(shè)計(jì)音樂播放電路，要求能夠通過揚(yáng)聲器播放音樂。 80C51 控制的函數(shù)信號發(fā)生器暨電 子音樂合成與播放要求設(shè)計(jì)一種電路，可輸出正弦、三角、鋸齒、矩形（方波）等數(shù)學(xué)函數(shù)波形，要求波形盡量光滑，并提供人機(jī)界面，使操作者可以進(jìn)行各種設(shè)計(jì)者自定義的可視交互式操作。 具體指標(biāo)如下： (1)最低增益小于 倍；最高增益大于 倍； (2)放大器的增益至少包括 15 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值等級：從 倍至 ，以 為間隔共 15 種； (3)各等級的實(shí)際增益值與標(biāo)準(zhǔn)值比較，誤差應(yīng)小于 3%，且越精確越好。 運(yùn)放：運(yùn)算放大器 數(shù)碼管：七段數(shù)碼顯示管 第 2頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 I/O：輸入輸出設(shè)備 第 3頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 2. 系統(tǒng)總體說明 課題任務(wù)規(guī)定的設(shè)計(jì)要求 基本部分 設(shè)計(jì)制作一個(gè)增益可鍵控的線性放大器電路，并通過單片機(jī)小系統(tǒng)控制其直流增益等級的變化。 P1^ P1^2 分別稱為按鍵按鍵 按鍵 3。用上升沿或下降沿觸發(fā)的形式消除這種抖動(dòng)的方法，成為消抖。 D/A轉(zhuǎn)換： 數(shù)模轉(zhuǎn)換，既將一個(gè)數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成一個(gè) 模擬信號。 開環(huán)：輸出對輸入不產(chǎn)生反饋?zhàn)饔玫墓ぷ鞣绞健? 電子音樂播放器：通過調(diào)節(jié)蜂鳴器路端電壓頻率和有效值來發(fā)出特定音頻音量的音樂的器件。 輸入輸出口：單片機(jī)輸出線的一些特定的可用于電平信號輸入輸出的接口，本報(bào)告中主要指 P1與 P3 的某些端口。 七段顯示數(shù)碼管 :abcdefg 七段，通過給某些段加上驅(qū)動(dòng)電壓或電流來使這些段發(fā)光，形成各種需要的字符顯示。 名詞定義 單片機(jī)小系統(tǒng)：包括 CPU（進(jìn)行運(yùn)算、控制）、 RAM（數(shù)據(jù)存儲(chǔ)）、 ROM（程序存儲(chǔ)）、輸入 /輸出設(shè)備（串行口、并行輸出口等） 的一塊集成電路。撰寫本文檔為了系統(tǒng)地展示本次科技創(chuàng)新的第 101 小組的設(shè)計(jì)過程，并鍛煉本小組成員撰寫科技報(bào)告的基 本能力。 function generator。 關(guān)鍵詞： 單片機(jī)；增益；液晶顯示；函數(shù)信號發(fā)生器； basys_FPGA ABSTRACT This design report includes three modules by the 80C51 the controlled gain zoom device, the function signal generator with the mucis player, and the LCD ,the design report also includes two modules by the basys the controlled gain zoom device and the function signal generator with the mucis player. We describe their main function, system block diagram, system hardware,software of design and implementation method, system of technology index, debugging analysis,detailed operation for the users, extended research in the some parts of the system, experience experience, problem debugging and real photos and so on. KEYWORDS Singlechip gain。 技術(shù)文件 完成時(shí)間： 2020522 工程實(shí)踐 與科技創(chuàng)新 [2A] 設(shè)計(jì)報(bào)告 （ 2020 春季） 項(xiàng)目名稱：增益可程序控制的放大器電路 設(shè)計(jì)小組編號： 1 01 設(shè)計(jì)小組名單：張翼 (組長 )、馬凱雄、趙煜 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 地 址：東川路 800 號 郵 編： 202040 姓名 班級 學(xué)號 具體負(fù)責(zé)的工作 聯(lián)系方式 張翼 F0903001 5090309143 音樂播放和函數(shù)發(fā)生器的拓展部分，及實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫 15216711943 馬凱雄 F0903