程控增益直流放大器的设计报告

1程控增益直流放大器的设计报告学校：武汉东湖学院院系：电子信息工程学院队员：目录1、摘要..............................................................................................2、系统任务与要求..................................................................2.1、设计任务...................................................................2.2、设计要求.......................................................................2.3、设计发挥......................................................................3、系统的设计方案.......................................................................3.1、系统框图设计.....................................................3.2、STC89C52单片机模块........................................3.3、数模转换模块........................................3.4、信号采集模块......................................................3.5、直流放大模块..................................................3.6、显示模块.......................................................4、系统的调试..................................................4.1、系统调试仪器仪表................................24.2、系统的误差分析.........................................5、系统的软件设计......................................6、结论......................................................7、元件清单.............................................8、参考文献.........................................1、摘要：系统以STC89C52单片机最小系统为核心，用AD603作为差分放大器，以单片机控制DAC0832转换器和NE5532输出一线性变化的控制电压，在控制电压的控制下，信号通过AD603实现可编程放大，并能实现步进，差分放大后的信号通过OP07实现后级放大，用单片机把控制电压变化的数字信号转换成放大增益并由1602液晶屏显示。用ADC0804芯片采集输出电压转换成数字信号并送至单片机，单片机将信号转换成输出电压值并由1602液晶屏显示。系统采用AD603实现级后放大，减小共模信号的影响，提高信号放大的可性。关键词：STC89C52；AD603；程控增益；2、设计任务与要求；2.1、设计任务：设计并制作一个增益可程控的放大器，结3构框图如下:2.2、设计要求：（1）增益（A）范围：1~100；输入电阻不小于100kΩ；引入滤波环节，带宽限制在0~5Hz，对频率为50Hz的信号衰减应大于40dB。（2）输出电压uo的峰峰值不小于2V；当A=100，输入uI=0V时，输出直流偏移量mV，噪声电压峰峰值不大于20mV。（3）增益可通过键盘设定，按1、2、5规律选择；利用液晶显示设定的增益和输出电压值，显示分辨率优于0.1%。（4）在设定的各种增益值下，实际增益（As）与设定增益(Ag)的相对误差（以测得的最大值评定成绩）。（5）自制满足要求的直流电源。2.3、设计发挥：（1）实现自动调零功能：使当A=100，uI=0V时，输出直流偏移量mV；4（2）实现增益的自动校准：使在设定的各种增益值下，实际增益与设定增益的相对误差。（3）完成输入电压（通过输出电压和设定增益计算得到）的采集、存储。采样速率10~100ps可调，分辨率不低于10位，存储时间不少于5分钟，且掉电后数据不丢失。（4）实现按时段查询功能，即输入日期和时间后，调出相应数据并绘制变化曲线。（5）其他创新。3、系统的设计方案；3.1、系统的框图设计：53.2、STC89C52单片机模块：STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。具有以下标准功能：8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线的定时器，内置4KBEEPROM，MAX810复位电路，3个16位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。另外STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz，6T/12T可选。3.3、数模转换模块：数模转换是采用DAC0832集成芯片的，DAC0832是8分辨率的D/A转换集成芯片。与微处理器完全兼容。这个DA芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到广泛的应用。D/A转换器由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路6及转换控制电路构成。3.4、信号采集模块：集成A/D转换器品种繁多，选用时应综合考虑各种因素选取集成芯片。一般逐次比较型A/D转换器用的比较多，ADC0804就是这类单片集成A/D转换器。ADC0804是一款8位、单通道、低价格A/D转换器，主要特点是：模数转换时间大约100us；方便TTL或CMOS标准接口；可以满足差分电压输入；具有参考电压输入端；内含时钟发生器；单电源工作时（0～5）V输入电压范围是0～5V；不需要调零等等。ADC0804是一款早期的AD转换器，因其价格低廉而在要求不高的场合得到广泛应用。3.5、直流放大模块：和中频(IF)自动增益控制(AGC)系统。它提供精确的引脚可选增益，90MHz带宽时增益范围为-11dB至+31dB，9MHz带宽时增益范围为+9dB至7+51dB。用一个外部电阻便可获得任何中间增益范围。折合到输入的噪声谱密度仅为1.3nV/√Hz，采用推荐的±5V电源时功耗为125mW。两片AD603级联时，总增益的控制范围为84.28db,在级联应用时，有两种增益控制连接方式，分别为顺序控制方式和并联控制方式。很多信号采集系统中，信号变化的幅度都比较大AD603是一款低噪声、电压控制型放大器，用于射频(RF)，那么放大以后的信号幅值有可能超过A/D转换的量程，所以必须根据信号的变化相应调整放大器的增益。在自动化程度要求较高的系统中，希望能够在程序中用软件控制放大器的增益，或者放大器本身能自动将增益调整到适当的范围。AD603正是这样一种具有程控增益调整功能的芯片。它是美国ADI公司的专利产品，是一个低噪、90MHz带宽增益可调的集成运放，如增益用分贝表示，则增益与控制电压成线性关系，压摆率为275V/μs。管脚间的连接方式决定了可编程的增益范围，增益在-11～+30dB时的带宽为90Mhz，增益在+9～+41dB时具有9MHz带宽，改变管脚间的连接电阻，可使增益处在上述范围内。该集成电路可应用于射频自动增益放大器、视频增益控制、A/D转换量程扩展和信测量系统。83.6、显示模块：1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形（用自定义CGRAM，显示效果也不好）。1602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。4、系统的调试；94.1、调试仪器仪表：仪器名称型号数量信号发生器DP1308A1数字万用表DT9205A1双踪示波器DS1052D14.2、系统的误差分析：105、系统的软件设计：116、结论：(1)可以输出最大为±10V的电压。(2)可以实现步进，通过按键调节差模电压放大倍数AVD。（3）可以有LCD实时显示差模电压放大倍数。（4）可以测量并显示输出电压Vo电压值。本设计基本制作完成了题目基本部分的要求和发挥部分的大部分要求。目前，在温度检测、力学实验、桥式电路中经常要用到程控增益直流放大器，有时要求应具有良好的稳定性，而且精度较高。该设计完全符合了这些要求，如果再经过结构优化，将具有良好的市场前景。通过本次电子设计大赛的学习，对51单片机的应用有了基本的了解，并对DAC0832、ADC0804、AD603等一系列芯片的功能和特点有了一定的了解，并能够较熟练的应用，这对我们来说是一个质的提高。在本次设计大赛的过程中，我们的团队精神体现了重要的作用。127、元件清单：STC89C52芯片一片NE5532芯片一片OP07芯片一片UA741芯片一片DAC0832芯片一片ADC0804芯片一片AD603芯片一片1602液晶显示屏一个电阻、电容若干8、参考文献：【1】全国大学生电子设计竟赛基本技能指导宁武等编【2】全国大学生电子设计竞赛试题精解选陈永真等编【3】模拟电子技术基础杨素行等编13