通用組可控放大器

1、 可控放大器設計報告組員姓名： 何林、曾聰杰、黃佳駿 專業(yè)班級： 微電子科學與工程 組別 ： 通用組 2015 年 8 月 3 日 目錄摘要- 3第一章 設計原理與論證1.測量放大部分-4（1）前置放大電路的設計-4（2）程控增益放大部分-52.濾波部分-63.程控濾波部分-94.電路仿真結(jié)果- 95.軟件流程- -10第二章 參數(shù)測試分析1.放大器測試-102.程控濾波器測試-113.測試結(jié)果及其分析-11附錄（總程序）-12摘要： 本設計以單片機STC90C516為核心，由放大電路、濾波電路、顯示模塊和矩陣按鍵模塊組成。通過燒寫程序控制單片機I/O口，繼而控制數(shù)字電位器X9C103的電阻變

2、化，從而實現(xiàn)高低通濾波電路截止頻率的步進和變化。放大器部分采用DAC8032芯片，通過A/D轉(zhuǎn)換實現(xiàn)放大器倍數(shù)以5db的倍數(shù)步進增加。本系統(tǒng)還具有參數(shù)設置和顯示功能，可通過按鍵設置輸入信號的電壓增益和輸出信號的截止頻率，并用LCD1602液晶屏顯示。 關(guān)鍵詞: 單片機STC90C516 數(shù)字電位器X9C103 高通濾波 低通濾波 D/A轉(zhuǎn)換芯片DAC0832、液晶屏LCD1602要求：1、基本要求 （1）放大器輸入正弦信號電壓振幅為20mV，電壓增益為45dB，通頻帶為100Hz20kHz，放大器輸出電壓無明顯失真。 （2）濾波器可設置為低通濾波器，其-3dB截止頻率fc在1kHz10kHz范

3、圍內(nèi)可調(diào)，調(diào)節(jié)的頻率步進為1KHz，2fc處放大器與濾波器的總電壓增益不大于30dB,RL=1kW。 （3）濾波器可設置為高通濾波器，其-3dB截止頻率fc在1kHz10kHz范圍內(nèi)可調(diào)，調(diào)節(jié)的頻率步進為0.5kHz，0.5fc處放大器與濾波器的總電壓增益不大于30dB, RL=1kW。 （4）截止頻率的誤差不大于10%。 （5）有設置參數(shù)顯示功能。 2、發(fā)揮部分 （1）放大器電壓增益為55dB，輸入正弦信號電壓振幅為20mV，增益10dB步進可調(diào)，通頻帶為100Hz50kHz。 （2）制作一個帶通濾波器，中心頻率25kHz，通頻帶5kHz，在20kHz和30kHz頻率處，要求放大器與帶通濾波

4、器的總電壓增益不大于45dB。 （3）上述帶通濾波器中心頻率可設置，設置范圍15kHz35kHz，步進為2kHz。 （4）電壓增益、截止頻率誤差均不大于5%。 （5）其他。 第一章 設計原理與論證 1、 測量放大部分（1）前置放大電路的設計 方案一：本次設計選擇此方案，采用NE5532運算放大器，NE5532是高性能低噪聲雙運算放大器（雙運放）集成電路。與很多標準運放相似，但它具有更好的噪聲性能，優(yōu)良的輸出驅(qū)動能力及相當高的小信號帶寬，電源電壓范圍大等特點。因此很適合應用在高品質(zhì)和專業(yè)音響設備、儀器、控制電路及電話通道放大器。用作音頻放大時音色溫暖，保真度高，在上世紀九十年代初的音響界被發(fā)燒友

5、們譽為“運放之皇”，至今仍是很多音響發(fā)燒友手中必備的運放之一。為了達到45db的要求，采用兩個運放級聯(lián)，第一級放大10倍，第二級放大17倍左右：電路圖如下所示： 方案二： 用LM324放大器，其電源電流很小且與電源電壓無關(guān)，輸入偏流電阻是溫度補償?shù)?，也不需外接頻率補償，可做到輸出電平與數(shù)字電路兼容，但其帶寬參數(shù)無法滿足本設計要求故不采用。 （2）程控增益放大部分 方案一：運放+模擬開關(guān)+電阻網(wǎng)絡。如圖1這種方法利用模擬開關(guān)切換電阻反饋網(wǎng)絡，從而改變放大電路的閉環(huán)增益。由于增益步進較多，此種方法需要許多電阻網(wǎng)絡，接線不方便，因此不采用此方案。 圖1方案二：采用D/A轉(zhuǎn)換模塊芯片DAC0832，通

6、過單片機控制I/O口的高低電平變化，控制DAC0832輸出電壓的變化，在通過一個后級放大實現(xiàn)步進。本設計采用方案二，電路如下圖所示：2、 濾波部分 在工業(yè)業(yè)自動化的許多領域都要使用濾波器。一般有源濾波器均由運算放大器和RC元件或LC元件組成 ，本方案采用元算放大器和RC元件組成。本實驗采用方案一。方案一：使用RC網(wǎng)絡， RC電路可以做到體積小和廉價，采用二階巴特沃茲有源濾波器。圖2 （1）、二階低通濾波電路原理圖如圖2所示。輸入電壓Ui經(jīng)過兩級RC低通電路后，再接到集成運放的同相輸入端。因此，在高頻段，對數(shù)幅頻特性將以-40dB十倍頻的速度下降，使濾波特性比較接近于理想情況。電路中第一級的電容

7、不接地而改接到輸出端，這種接法相當于在二階有源濾波電路中引了一個反饋，其目的是為了使輸出電壓在高頻段迅速下降，但在接近于通帶截止頻率的范圍內(nèi)又不致下降太多，從而有得改善濾波特性。設C1=C2=C,R1=R2=R,則其中心頻率為， （1）令截止頻率等于中心頻率，通過改變R和C，就可以改變截止頻率。參數(shù)及其計算公式：二階有源低通濾波器傳輸函數(shù)：Au=（） =1+為通帶放大倍數(shù)， 為品質(zhì)因數(shù)。 當取時，根據(jù)設計要求電壓增益為-3dB，則有 （）由式（3）解得,又由得。因此根據(jù)式 =1+選擇R3=39K,Rf=22.85K(因沒有22.85K的電阻，因此采用20K的電阻，電路的截止頻率可能稍有偏差）。

8、 當時,將此關(guān)系帶入公式3，則有：=24.6dB所以總增益為:，滿足設計要求中在處放大器與濾波器的總電壓增益不大于30dB。R2圖3 二階高通濾波電路（2）：二階高通濾波電路如圖3所示。二階高通電路同樣與低通電路一樣，也引入了正負反饋，提高了電路的濾波特性。而且其也是通過改變電路中R和C的阻值來改變電路的截止頻率。參數(shù)及其計算公式： .取R1=R2=R，C1=C2=C，則有。 .二階有源高通濾波器傳輸函數(shù)的通式：Au=（4） 其中 =1+為通帶放大倍數(shù)，為品質(zhì)因數(shù)。 當取時，根據(jù)設計要求電壓增益為-3dB，則有（5）同于低通二階濾波解得有, 。因此選擇R3=39K,Rf=22.85K當時,將其

9、帶入公式5解得電壓增益為24.6dB，所以總增益為:，滿足設計要求中在處放大器與濾波器的總電壓增益不大于30dB。其中的電容我們在高通濾波器選擇15nf的電容，在低通濾波器選擇22nf的電容。 方案二：使用MAX262可編程開關(guān)電容通用濾波器,它是美國MAXIM公司開發(fā)的一種通用有源濾波器，可用微處理器編程控制，方便的構(gòu)成各種低通、帶通、高通、陷波和全通配置，而且不需要外部元件，可靠性高，對使用環(huán)境的要求不高。但由于其成本較高，故本實驗不采用此方案。3、 程控濾波部分 通過單片機控制數(shù)字電位器的變化，從而改變?yōu)V波電路的截止頻率的變化和步進。數(shù)字電位器X9C103的管腳圖如下圖所示；其中的1腳、

10、2腳、7腳是控制輸出電阻變化的端口，5腳和6腳是輸出電阻的接入口、4、 電路仿真結(jié)果低通濾波器仿真結(jié)果：高通濾波器仿真結(jié)果：5、 軟件流程圖 第二章 參數(shù)測試分析1、前級放大電路電壓增益Avf=Vo/Vi=45.2db，可以根據(jù)電位器來調(diào)節(jié)放大倍數(shù)的大小。 2、濾波電路的測量從濾波器的輸入端輸入不同頻率的正弦波，用雙蹤示波器分別觀察高低通的輸出信號，測量它的振幅，記錄于表二、表三、表四、表五、表六，并計算它的增益。 表二 低通濾波電路性能測量fc(KHz)低通濾波器輸入信號振幅A0（v）低通濾波輸出信號幅度A1（v）T2(該截止頻率處的增益T1=原增益倍數(shù)=5.8/3.525=1.64=4.3

11、(dB)T2/T133.5254.121.171.640.71353.5254.081.151.640.70173.5254.161.181.640.71993.5254.21.191.640.725 表三 高通濾波電路性能測量fc(KHz)高通濾波器輸入信號振幅A0（v）高通濾波輸出信號幅度A1（v）T2(該截止頻率處的增益T1=原增益倍數(shù)=5.56/3.525=1.58T2/T143.5253.921.111.580.70363.5253.821.081.580.683123.5253.801.091.580.689203.5253.961.121.580.708表四 2fc處放大器與低通

12、濾波電路的總增益測量（放大器增益為45dB）fc(KHz)放大器輸入信號振幅A0（mv）低通濾波輸出信號幅度A1（v）總增益 （dB ）1201.5237.612201.6038.063201.6038.065201.5237.61表五 0.5fc處放大器與高通濾波電路的總增益測量（放大器增益為45dB）fc(KHz)放大器輸入信號振幅A0（mv）高通濾波輸出信號幅度A1（v）總增益 （dB ）3201.2435.845201.4426.226.5201.2837.158.5201.2435.84表六 截止頻率的測量（放大器增益為20dB）截止頻率設值fc(KHz)低通截止頻率測量值fc1(K

13、Hz)低通截止頻率誤差（%）截止頻率設定值fc(KHz)高通截止頻率測量值fc2(KHz)高通濾波截止頻率誤差（%）32.91344.133.2565.862.366.213.577.324.57.57.72.688.2439.59.83.16測試結(jié)果及其分析： 由以上表可知，設計的截止頻率基本能滿足%5的設計要求，但是還存在一定的誤差。低通濾波器和高通濾波器在2fc處和0.5fc處的增益均不滿足小于30dB的要求，這是由于二階濾波器只有-12dB，而三階則有-18dB，四階則有-24dB,高通濾波的效果要比低通濾波的效果好。電路的誤差主要是由于濾波電容本身存在很大的誤差，且還會漂移，使得實際

14、測量值魚理論計算值相差較大。附錄：程控濾波主程序：/voidxianshihup()unsignedchari;unsignedcharj;unsignedcharxianshi118=45dBhigh1khz;unsignedcharxianshi1518=45dBhigh1.5khz;unsignedcharxianshi218=45dBhigh2khz;unsignedcharxianshi2518=45dBhigh2.5khz;unsignedcharxianshi318=45dBhigh3khz;unsignedcharxianshi3518=45dBhigh3.5khz;unsig

15、nedcharxianshi418=45dBhigh4khz;unsignedcharxianshi4518=45dBhigh4.5khz;unsignedcharxianshi518=45dBhigh5khz;unsignedcharxianshi5518=45dBhigh5.5khz;unsignedcharxianshi618=45dBhigh6khz;unsignedcharxianshi6518=45dBhigh6.5khz;unsignedcharxianshi718=45dBhigh7khz;unsignedcharxianshi7518=45dBhigh7.5khz;unsig

16、nedcharxianshi818=45dBhigh8khz;unsignedcharxianshi8518=45dBhigh8.5khz;unsignedcharxianshi918=45dBhigh9khz;unsignedcharxianshi9518=45dBhigh9.5khz;unsignedcharxianshi1018=45dBhigh10khz;b+;switch(b)case(1):LcdWriteCom(0x01);for(j=0;j18;j+)LcdWriteData(xianshi1j);break;case(2):LcdWriteCom(0x01);for(j=0;

17、j18;j+)LcdWriteData(xianshi15j); UDH=0;CSH=0;for(i=0;i30;i+)INCH=1;Delay10ms(1);INCH=0;Delay10ms(1);CSH=1;break;case(3):LcdWriteCom(0x01);for(j=0;j18;j+)LcdWriteData(xianshi2j); UDH=0;CSH=0;for(i=0;i18;i+)INCH=1;Delay10ms(1);INCH=0;Delay10ms(1);CSH=1;break;case(4):LcdWriteCom(0x01);for(j=0;j18;j+)Lc

18、dWriteData(xianshi25j); UDH=0;CSH=0;for(i=0;i9;i+)INCH=1;Delay10ms(1);INCH=0;Delay10ms(1);CSH=1;break;case(5):LcdWriteCom(0x01);for(j=0;j18;j+)LcdWriteData(xianshi3j); UDH=0;CSH=0;for(i=0;i5;i+)INCH=1;Delay10ms(1);INCH=0;Delay10ms(1);CSH=1;break;case(6):LcdWriteCom(0x01);for(j=0;j18;j+)LcdWriteData(

19、xianshi35j); UDH=0;CSH=0;for(i=0;i3;i+)INCH=1;Delay10ms(1);INCH=0;Delay10ms(1);CSH=1;break;case(7):LcdWriteCom(0x01);for(j=0;j18;j+)LcdWriteData(xianshi4j); UDH=0;CSH=0;for(i=0;i3;i+)INCH=1;Delay10ms(1);INCH=0;Delay10ms(1);CSH=1;break;case(8):LcdWriteCom(0x01);for(j=0;j18;j+)LcdWriteData(xianshi45j)

20、; UDH=0;CSH=0;for(i=0;i2;i+)INCH=1;Delay10ms(1);INCH=0;Delay10ms(1);CSH=1;break;case(9):LcdWriteCom(0x01);for(j=0;j18;j+)LcdWriteData(xianshi5j); UDH=0;CSH=0;for(i=0;i1;i+)INCH=1;Delay10ms(1);INCH=0;Delay10ms(1);CSH=1;break;case(10):LcdWriteCom(0x01);for(j=0;j18;j+)LcdWriteData(xianshi55j); UDH=0;CS

21、H=0;for(i=0;i1;i+)INCH=1;Delay10ms(1);INCH=0;Delay10ms(1);CSH=1;break;case(11):LcdWriteCom(0x01);for(j=0;j18;j+)LcdWriteData(xianshi6j); UDH=0;CSH=0;for(i=0;i1;i+)INCH=1;Delay10ms(1);INCH=0;Delay10ms(1);CSH=1;break;case(12):LcdWriteCom(0x01);for(j=0;j18;j+)LcdWriteData(xianshi65j); UDH=0;CSH=0;for(i

22、=0;i1;i+)INCH=1;Delay10ms(1);INCH=0;Delay10ms(1);CSH=1;break;case(13):LcdWriteCom(0x01);for(j=0;j18;j+)LcdWriteData(xianshi7j); break;case(14):LcdWriteCom(0x01);for(j=0;j18;j+)LcdWriteData(xianshi75j); break;case(15):LcdWriteCom(0x01);for(j=0;j18;j+)LcdWriteData(xianshi8j); UDH=0;CSH=0;for(i=0;i1;i+

23、)INCH=1;Delay10ms(1);INCH=0;Delay10ms(1);CSH=1;break;case(16):LcdWriteCom(0x01);for(j=0;j18;j+)LcdWriteData(xianshi85j); UDH=0;CSH=0;for(i=0;i1;i+)INCH=1;Delay10ms(1);INCH=0;Delay10ms(1);CSH=1;break;case(17):LcdWriteCom(0x01);for(j=0;j18;j+)LcdWriteData(xianshi9j); break;case(18):LcdWriteCom(0x01);f

24、or(j=0;j18;j+)LcdWriteData(xianshi95j); break;case(19):LcdWriteCom(0x01);for(j=0;j18;j+)LcdWriteData(xianshi10j); UDH=0;CSH=0;for(i=0;i1;i+)INCH=1;Delay10ms(1);INCH=0;Delay10ms(1);CSH=1;break;case(20):b=19;break;2015/8/323:17:18/voidxianshihdown()unsignedchari;unsignedcharj;unsignedcharxianshi118=45

25、dBhigh1khz;unsignedcharxianshi1518=45dBhigh1.5khz;unsignedcharxianshi218=45dBhigh2khz;unsignedcharxianshi2518=45dBhigh2.5khz;unsignedcharxianshi318=45dBhigh3khz;unsignedcharxianshi3518=45dBhigh3.5khz;unsignedcharxianshi418=45dBhigh4khz;unsignedcharxianshi4518=45dBhigh4.5khz;unsignedcharxianshi518=45

26、dBhigh5khz;unsignedcharxianshi5518=45dBhigh5.5khz;unsignedcharxianshi618=45dBhigh6khz;unsignedcharxianshi6518=45dBhigh6.5khz;unsignedcharxianshi718=45dBhigh7khz;unsignedcharxianshi7518=45dBhigh7.5khz;unsignedcharxianshi818=45dBhigh8khz;unsignedcharxianshi8518=45dBhigh8.5khz;unsignedcharxianshi918=45

27、dBhigh9khz;unsignedcharxianshi9518=45dBhigh9.5khz;unsignedcharxianshi1018=45dBhigh10khz;if(b!=0)b-;switch(b)case(0):LcdWriteCom(0x01);for(j=0;j18;j+)LcdWriteData(xianshi1j); UDH=1;CSH=0;for(i=0;i45;i+)INCH=1;Delay10ms(1);INCH=0;Delay10ms(1);CSH=1;break;case(1):LcdWriteCom(0x01);for(j=0;j18;j+)LcdWri

28、teData(xianshi15j); UDH=1;CSH=0;for(i=0;i17;i+)INCH=1;Delay10ms(1);INCH=0;Delay10ms(1);CSH=1;break;case(2):LcdWriteCom(0x01);for(j=0;j18;j+)LcdWriteData(xianshi2j); UDH=1;CSH=0;for(i=0;i8;i+)INCH=1;Delay10ms(1);INCH=0;Delay10ms(1);CSH=1;break;case(3):LcdWriteCom(0x01);for(j=0;j18;j+)LcdWriteData(xia

29、nshi25j); UDH=1;CSH=0;for(i=0;i5;i+)INCH=1;Delay10ms(1);INCH=0;Delay10ms(1);CSH=1;break;case(4):LcdWriteCom(0x01);for(j=0;j18;j+)LcdWriteData(xianshi3j); UDH=1;CSH=0;for(i=0;i4;i+)INCH=1;Delay10ms(1);INCH=0;Delay10ms(1);CSH=1;break;case(5):LcdWriteCom(0x01);for(j=0;j18;j+)LcdWriteData(xianshi35j); U

30、DH=1;CSH=0;for(i=0;i2;i+)INCH=1;Delay10ms(1);INCH=0;Delay10ms(1);CSH=1;break;case(6):LcdWriteCom(0x01);for(j=0;j18;j+)LcdWriteData(xianshi4j); UDH=1;CSH=0;for(i=0;i2;i+)INCH=1;Delay10ms(1);INCH=0;Delay10ms(1);CSH=1;break;case(7):LcdWriteCom(0x01);for(j=0;j18;j+)LcdWriteData(xianshi45j); UDH=1;CSH=0;for(i=0;i1;i+)INCH=1;Delay10ms(1);INCH=0;Delay10ms(1);CSH=1;break;case(8):LcdWriteCom(0x01);for(j=0;j18;j+)LcdWriteData(xianshi5j); UDH=1;CSH=0;for(i=0;i2;i+)INCH=1;Delay10ms(1);INCH