程控放大器的设计

HEFEIUNIVERSITY程控放大器的设计系别电子信息与电气工程系专业电气信息类班级09级电气(4)班姓名李浩刘阳程超完成时间2011年3月14日摘要：本设计由三个模块电路构成：前即高共模抑制比仪器,8weiDAC0832衰减器，和单片机键盘显示处理模块。前级模拟放大部分具有高共模抑制比，高输入电阻，可调节放大倍数；DAC衰减器将模拟放大器的输出信号进行相应的衰减；键盘输入信号放大的倍数，并同时选取适当放大倍数，通过单片机整体控制，实现信号方大的功能。一：方案设计与论证1.放大电路可行方案：如图所示，线路前级为同相差动放大结构，要求量运放的性能万群相同，这样，线路除具有差模,，共模输入电阻大的特点外，量运放的共模增益，失调机其漂移长生的误差也相互抵消，因而不需要精密匹配电阻。后即的作用是抑制共模信号，将双端输出转变为单端放大输出，一室印发给接地负载的需要，后即的带你组精密则要求匹配。增益分配一般前级去高值。可改进为：因为其电路结构简单，易于定位和控制。但要调节增益必须手动调节变阻器，所以考虑将放大倍数设成固定值，以满足题目的需要。2．控制部分利用单片机，MCU最小系统可由51单片机或其他派生芯片构成。置数键可由0－9这10个数字级几个功能键组成，在软件的控制下，单片机开机后先将预置数输入，在送去显示的同时，送入DA然后等待键盘终端，并做相应的处理。二：系统总体设计方案1.总体设计思路根据题目的要求，我们认真取舍，充分利用了模拟和数字系统的有点，采用单片机控制放大器增大的方法，大大的提高了系统的精密度；采用仪器放大其输入，大大提高了放大器的质量。有篇运放构成的前几高共模输入的仪表差动放大器，对不同的差模输入信号电压进行不同的方大倍数，再经过后即的数控衰减器得到要求放大的倍数的输出信号。每种信号渡江在单片机的算法控制下得到最合理的前几放大和后即衰减，一是信号放大的质量最佳。下图为系统原理图：2.原理分析和说明（1）测量放大器的原理在工也自动空制的领域中，长需要对原理运放的多路信号进行测量，由于信号原理运放，两者点为不一致，不可避免的存在长线干扰和传输网阻带来的误差。为了抑制干扰运放采用差动输入方式。对测量电路的基本要求是1.高输入阻抗，以抑制信号源与传输网络不对称引起的误差。2.高共模抑制比，以抑制各种共模信号干扰引入的误差。3.高增益及宽的增益调节范围，以适应信号电源电平的宽范围。以上要求的电路组有以下几种经典的组合：同相串联式高阻测量放大器，同相并联式高阻测量放大器，高共模抑制测量放大器，抑制共模信号的最简单方法是在基本的同相并联电路之后，再接一级差动运算放大器，它不仅能隔断共模信号的传递，还能将双端变单短，适应接地负载的需要。它具有输入阻抗高、增益调节方便、漂移相互补偿、以及输出不包含共模信号等优点，代价是所用组件数目较多，共模抑制能力有所下降。为了提高整个电路的共模抑制能力，除了设法提高前置级和输出级的共模抑制比外，使整个电路的增益主要由前置级来承担，也是十分有利的，但只要会限制差动输入电压范围。一般应用中，差动预算放大器的主要问题是提到共模抑制比，所以往往会使输出级的增益取低值，前置级的增益取高值，把输入电压的工作范围放在第二位考虑。（2）控制原理设计本系统的控制由单片机完成，信号将在前级放大的基础上在经后级数控衰减器才得到最终放大倍数，因此其控制特色也主要体现在这两个方面。前级仪用放大器的放大倍数的适当选取是在单片机的算法控制下实现的，在用户预设的放大倍数有多种设定方式时，开关动作的原则是：选择最小的前级放大倍数和相应最小的后级衰减方式。这样的选择可以是放大器和衰减器引起的误差最小。例如，从键盘输入的放大倍数为9，虽然有三种阻值的模拟放大带电路可以选择，但只能根据输入电压的大致范围选择一种，并配合单片机的编程进行真确的电压放大。在衰减带你路中，由一片D/A构成的控制器在单片机的控制下对用户预设的放大倍数做出响应，DAC08328位口的输入则相当于对该网络的输出电阻进行编程，对于输入不同的数字量，得到不同的输入输出电压比。由于前级放大器已经对输入信号有一定的放大，在D/A中只要做相应的衰减即可满足题目要求。3.采用元器件的说明(1)单片机1.单片机的定义单片机是将CPU、RAM、ROM、（A/D）、T/C和多种接口电路集成在一个集成块上的集成电路2.单片机的特点1.ROM、RAM采用两个不同的地址指针，分别对ROM、RAM区进行寻址访问。2.芯片的引脚具有多种功能。3.具有多个SFR，外部接口SFR化，SFR的地址RAM化。4.有一个全双工串行接口，可狠方便地成RS-232/RS-485标准串行接口，实现外部设备的串行通信。5.具有独立操作的的位处理器、可位寻址的RAM、SFR、I/O口，因此单片机具有很强的位处理能力。6.单片机的特点是体积小、成本低、功能强、功耗小。3.单片机的引脚以及各引脚的功能4.单片机的功能简述停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAAT89S52是一种低功耗高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程，Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许存储器在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下功能：8K字节Flash，256字节RAM，32位定时器，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52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，CPUM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。(2)4*4键盘4.主要电路说明（1）模拟放大电路部分按照方案的对比论证，我们选择了反馈电阻可调的共模输入并联电路和一个放大倍数尾1或5的差模输入运放电路，实际图如下：（2）程控放大电路部分单片机最小系统由AT89S52系列单片机和一个4*4键盘构成，通过键盘输入键值的到设置的放大倍数，再将D/A的输出送入一个差分输入的运放电路，最终的到放大设置倍数的信号。三：软件程序部分程序流程图四：结论整个系统本着简单可靠的原则完成了本设计任务。可根据输入电压的范围选择1至100中适当的放大倍数进行放大，且输出电压不小于2V。测试后可以得出，该测量放大器的非线性误差小于0.5%。参考文献[1]电子技术基础(模拟部分),康华光,北京:高等教育出版社,2006.1[2]综合电子设计与实践,王振红/张常年,北京:清华大学出版社,2008.9