課程設(shè)計(jì)論文基于AD603的程控放大器

1、 本科課程設(shè)計(jì) 題 目 ： 寬帶程控放大器 姓 名 盧少林 學(xué) 號(hào) 2008130330 院 （系） 物理與信息科學(xué)學(xué)院電子系 專業(yè)、年級(jí) 電子信息科學(xué)與技術(shù) 2008級(jí) 指導(dǎo)教師 朱晉 二一一年十月概要本設(shè)計(jì)是采用ad603可控增益放大器芯片設(shè)計(jì)的一款高增益，高寬帶直流放大器，采用兩級(jí)級(jí)聯(lián)放大電路了，提高了放大增益，擴(kuò)展了通頻帶寬，而且具有良好的抗噪聲系數(shù)，采用at89s52芯片控制數(shù)模轉(zhuǎn)換(dac0832芯片)進(jìn)行程控放大控制，在020mhz頻帶內(nèi)，放大倍數(shù)在0-40db之間進(jìn)行調(diào)節(jié)，增益起伏為1db。系統(tǒng)具有鍵盤輸入預(yù)置，增益可調(diào)和液晶顯示，具有很強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用能力。關(guān)鍵詞：ad603,a

2、t89s52,dac0832，寬帶直流放大器，程控放大器，高增益放大器 系統(tǒng)方案框圖信號(hào)輸入電路峰值檢波電路信號(hào)輸出電路衰減電路1602液晶顯示鍵盤控制功率放大電路ad603程控放大電路dac0832模數(shù)轉(zhuǎn)換at89s52電源設(shè)計(jì)原理： 本設(shè)計(jì)采用模塊化組合而成，共有十個(gè)模塊，各模塊的分析如下所示，采用模塊分析的原因是便于檢測(cè)，容易對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)與研究。小信號(hào)（10mhz，50mv）從函數(shù)發(fā)生器進(jìn)入信號(hào)輸入，經(jīng)衰減50倍后被送入ad603進(jìn)行放大處理，然后送入ad811功率放大外加20歐姆的負(fù)載電阻，ad603的放大倍數(shù)由單片機(jī)at89s52芯片經(jīng)過d/a模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，控制電壓轉(zhuǎn)換模塊

3、控制，放大倍數(shù)有鍵盤輸入，并在1602液晶上顯示出來，函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出的信號(hào)和系統(tǒng)輸出信號(hào)分別通過峰值檢波電路，將信號(hào)的峰值讀入單片機(jī)中，并在1602液晶上顯示出來，以便于驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的正確性。信號(hào)輸入衰減電路由于函數(shù)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的小信號(hào)經(jīng)過信號(hào)線輸出到電路輸入端的過程中，由于環(huán)境干擾可能導(dǎo)致干擾信號(hào)的幅度較輸入信號(hào)的幅度還大，從而導(dǎo)致程控放大器不能正常工作，因此本實(shí)驗(yàn)增加了高寬帶的衰減電路，衰減幅度是50倍，使函數(shù)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生較大的信號(hào)，經(jīng)過衰減電路進(jìn)入系統(tǒng)中，能夠有效的減小干擾而使程控放大器正常工作。本實(shí)驗(yàn)采用opa642芯片作為衰減電路的核心，opa642具有高寬帶，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)

4、，能夠很好保證電路的性能指標(biāo)。ad603程控放大模塊ad603是美國(guó)ad公司繼ad600后推出的寬頻帶、低噪聲、低畸變、高增益精度的壓控vga芯片。可用于rf/if系統(tǒng)中的agc電路、視頻增益控制、a/d范圍擴(kuò)展和信號(hào)測(cè)量等系統(tǒng)中。 以下是ad603芯片引腳功能圖ad603的三種模式模式一：將vout與fdbk短路，即為寬頻帶模式（90mhz寬頻帶），ad603的增益設(shè)置為-11.07db+31.07db. 模式二：vout與fdbk之間外接一個(gè)電阻rext，fdbk與comn端之間接一個(gè)5.6uf的電容頻率補(bǔ)償。根據(jù)放大器的增益關(guān)系式，選取合適的rext，可獲得所需要的模式一與模式三之間的增

5、益值。當(dāng)rext=2.15千歐時(shí)，增益范圍為-1+41db。 模式三：vout與fdbk之間開路，fdbk對(duì)comn連接一個(gè)18uf的電容用于擴(kuò)展頻率響應(yīng)，該模式為高增益模式，其增益范圍為+8.92+51.07db，帶寬為9mhz.本設(shè)計(jì)采用模式二 增益g(db)與控制電壓vg之間的關(guān)系為：gdb）=40vg+goi（i=1,2,3），其中vg=vgpos-vgneg（單位為伏特），goi分別為三種不同模式的增益常量：go1=10db，go2=1030db（由rext決定，當(dāng)rext=2.15千歐時(shí)，go2=20db），go3=30db。本試驗(yàn)采用模式二，即控制電壓控制在-0.5v+0.5v之

6、間，就能保證放大器放大倍數(shù)在0db40db之間連續(xù)可調(diào)，根據(jù)程序設(shè)計(jì)，可以保證放大倍數(shù)最小步進(jìn)為0.1db。上圖為基于ad603的可控放大器的原理圖ad811功率放大模塊功率放大電路采用了opa690射級(jí)跟隨器與ad811射頻功放芯片構(gòu)成，opa690是高寬帶的功率放大器，其組成的射級(jí)跟隨器能有效的將后級(jí)電路與前級(jí)電路進(jìn)行隔離，且具有500mhz的帶寬，足以放大本實(shí)驗(yàn)所要求的范圍（020mhz帶寬），ad811是應(yīng)用與視頻處理上的視頻功率放大器，在放大倍數(shù)為1的情況下，能保持140mhz的帶寬，能驅(qū)動(dòng)150歐姆的負(fù)載電阻起到良好的功率放大作用。cpu-at89s52控制模塊本實(shí)驗(yàn)采用的cpu是

7、51系列單片機(jī)中的at89s52芯片，at89s52 是一種低功耗、高性能cmos8位微控制器，具有 8k 在系統(tǒng)可編程的flash 存儲(chǔ)器。使用atmel 公司高密度非意失性技術(shù)制造，與工業(yè)80c51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于 常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位cpu 和在系統(tǒng) 可編程flash，使得at89s52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提 供高靈活、超有效的解決方案。 at89s52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)flash，256字節(jié)ram， 32 位i/o 口線，看門狗定時(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16 位 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中

8、斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口， 片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，at89s52 可降至0hz 靜態(tài)邏 輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，cpu 停止工作，允許ram、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工 作。掉電保護(hù)方式下，ram內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)， 單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。at89s52最小系統(tǒng)模塊原理圖at89s52控制模塊利用外部12mhz的晶振讓單片機(jī)內(nèi)部工作，晶振旁邊所接的兩個(gè)小電容是為將晶振的一些雜波進(jìn)行一個(gè)過濾，即起著一個(gè)濾波器的作用，能夠更好的提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，其中31腳ea接高電平（+5v）模式,即使用at89s52芯片內(nèi)部的rom，因?yàn)楸驹囼?yàn)不需

9、要使用外部存儲(chǔ)器，這樣接線便于連接與易于實(shí)現(xiàn)，復(fù)位電路采用按鍵即復(fù)位的形式，如上圖所示，當(dāng)9腳為高電平的瞬間，單片機(jī)復(fù)位，即單片機(jī)重新開始工作，原來存儲(chǔ)在單片機(jī)中的內(nèi)容會(huì)消失，復(fù)位電路下面采用的電阻是起著一個(gè)保護(hù)的作用，能夠控制電流值而不讓單片機(jī)損壞。上圖所示的最小系統(tǒng)電路是單片機(jī)電路中比較成熟的一個(gè)電路，具有穩(wěn)定性好。d/a轉(zhuǎn)換模塊d/a轉(zhuǎn)換采用的是dac0832芯片進(jìn)行d/a轉(zhuǎn)換，dac0832輸出的信號(hào)是電流信號(hào)，因此抗干擾能力很強(qiáng)，精度較高，輸出電路采用兩級(jí)op07構(gòu)成的后級(jí)電路，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為05v的電壓信號(hào)，第一級(jí)op07采用的是反向放大器，將數(shù)字信號(hào)值轉(zhuǎn)化為-5v0v的電壓信號(hào)

10、，第二級(jí)op07電路也采用反向放大電路，將-5v0v電壓值轉(zhuǎn)化為05v電壓值，以便于后級(jí)電路的使用。dac0832市場(chǎng)上比較常見且較便宜的8位d/a轉(zhuǎn)換芯片，便于集成化與工業(yè)生產(chǎn)使用。d/a轉(zhuǎn)換模塊原理圖控制電壓轉(zhuǎn)換模塊電壓轉(zhuǎn)換模塊是將dac0832輸出的0+5v電壓，轉(zhuǎn)換為能夠控制ad603的-0.5v+0.5v電壓，主要通過tl431穩(wěn)壓電路產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的+2.5v電壓，與dac0832產(chǎn)生的05v電壓一起通過op07構(gòu)成的差動(dòng)放大器使減法器輸出電壓為-0.5v+0.5v，然后將輸出的電壓通過ua741構(gòu)成的電壓跟隨器，防止ad603對(duì)電壓轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行干擾，而使實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)誤差。使電路恰好

11、可以對(duì)ad603進(jìn)行控制，使其放大倍數(shù)恰好可以在040db持續(xù)可調(diào)，最小分辨率為0.1db。峰值檢波電路模塊峰值檢波電路利用二極管單向?qū)ㄐ裕c電容充電性和與電子串聯(lián)構(gòu)成的放電電路，即可將input處的波形峰值檢測(cè)出來，本實(shí)驗(yàn)采用的二極管峰值檢波電路所使用的二極管為高頻二級(jí)管（因所檢測(cè)信號(hào)的頻率最高達(dá)到20mhz因此不能用一般的普通二極管作為檢波），通過檢波電路檢測(cè)出波形的峰值，通過adc0832模數(shù)轉(zhuǎn)換再通過at89s52對(duì)信號(hào)峰值進(jìn)行處理，然后在1602液晶上顯示出來。峰值檢波電路模塊原理圖lcd1602液晶顯示模塊1602字符型液晶是16引腳線的lcd，能夠同時(shí)顯示16*02即32字符（

12、16列2行），1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符包括：阿拉伯?dāng)?shù)字，英文大小寫，常用符號(hào)等，每個(gè)符號(hào)有一個(gè)固定的代碼，代碼采用ascii碼編碼，在本試驗(yàn)中直接編程即可，1602液晶是通過先選擇所要顯示字符的位置，然后再將所要顯示的字符代碼寫入以完成一個(gè)字符的顯示。本實(shí)驗(yàn)1602液晶第一行顯示放大倍數(shù)，第二行分別顯示輸入信號(hào)的峰值與輸出信號(hào)的峰值。 1602液晶顯示模塊原理圖矩陣鍵盤放大倍數(shù)輸入模塊4*4矩陣鍵盤采用下圖所示的連接線路，采用行列管理形式，采用單片掃描形式來判斷那個(gè)鍵被按下，鍵盤采用一個(gè)第一行的四個(gè)鍵，分別標(biāo)號(hào)為1，2，3號(hào)鍵，1號(hào)鍵按

13、下表示放大倍數(shù)（db）十位加一，2號(hào)鍵按下表示放大倍數(shù)（db）各位加一，三號(hào)鍵按下表示放大倍數(shù)（db）小數(shù)位加一，鍵盤掃描中采用松手檢測(cè)技術(shù)使鍵盤的靈敏度較高具有一定的實(shí)際使用價(jià)值。 矩陣鍵盤模塊原理圖線性穩(wěn)壓電源模塊本實(shí)驗(yàn)所使用到的電源為+5v,-5v,+12v,-12v的電壓，因?yàn)椴捎玫碾娫幢容^多，市場(chǎng)上所提供的電源很難驅(qū)動(dòng)，因此本實(shí)驗(yàn)采用7805，7812，7905，7912自己設(shè)計(jì)構(gòu)成的線性穩(wěn)壓電源，能夠提供足夠的電壓與電流來保證本試驗(yàn)的進(jìn)行。經(jīng)過試驗(yàn)的驗(yàn)證本電壓穩(wěn)定性好，在小信號(hào)020mhz的帶寬中能保證試驗(yàn)的效果，而不會(huì)因?yàn)殡娫炊鴰敫蓴_而使輸出信號(hào)波形發(fā)生變化。本電源先通過變壓器

14、將220v的交流電降壓為15v的交流電，然后通過整流二極管進(jìn)行整流，隨后通過電容濾波器與穩(wěn)壓器（7805，7812，7905，7912）最后輸出電壓還要通過多級(jí)濾波電路（原理圖上只畫了一個(gè)），以保證輸出的直流電壓穩(wěn)定而不含有高頻分量，以免對(duì)試驗(yàn)產(chǎn)生干擾。 線性穩(wěn)壓電源模塊原理圖試驗(yàn)結(jié)果： 本實(shí)驗(yàn)實(shí)際輸入小信號(hào)為50mv,020mhz,鍵盤控制放大倍數(shù)為040.0db，最小0.1db可調(diào)，放大倍數(shù)為40.0db時(shí)，輸入信號(hào)頻率為15mhz，通過峰值檢波電路，輸出信號(hào)為120mv,輸入信號(hào)檢測(cè)為58mv,用示波器測(cè)量的輸入信號(hào)為55mv，輸出信號(hào)為114mv，因?yàn)樽灾品逯禉z波電路有一定的誤差，但是

15、基本上符合試驗(yàn)要求。自制線性穩(wěn)壓電源通過示波器進(jìn)行測(cè)量時(shí)，+5，-5，+12，-12四檔電壓時(shí)紋波大約為100mv，穩(wěn)定性良好，保證了實(shí)驗(yàn)的正常運(yùn)行?？傮w來說本試驗(yàn)結(jié)果達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。參考文獻(xiàn)： 電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分 第五版）閻石 高等教育出版社 電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分 第五版）康華光 高等教育出版社 集成電路原理與應(yīng)用（第二版） 譚博學(xué)，苗匯靜 電子工業(yè)出版社 單片機(jī)應(yīng)用實(shí)踐教程 鄭阿奇 電子工業(yè)出版社 c語言程序設(shè)計(jì) 譚浩強(qiáng) 清華大學(xué)出版社單片機(jī)原理及應(yīng)用 楊恢先 黃灰先 國(guó)防科技大學(xué)出版社單片機(jī)c語言應(yīng)用100例 王東峰編著 電子工業(yè)大學(xué)出版社元件清單at89s52單片機(jī) 1片adc

16、0832 2片dac0832 1片opa642功放 2片opa690功放 1片ad811視頻功放芯片 1片電阻,電容，發(fā)光二極管 整流二極管 若干按鈕開關(guān) 若干1602液晶 1片op07功放 3片ua741功放 1片 導(dǎo)線 若干萬能板 2塊 變壓器（220v20v） 1個(gè)7805，7905，7812，7912 各1個(gè)tl431 穩(wěn)壓二極管 1個(gè)上圖為基于ad603的可控放大器的實(shí)物圖附錄：系統(tǒng)全部程序#include<reg52.h>#include<intrins.h>sbit rs=p20;sbit rw=p21;sbit e=p22;sbit busy=p07;s

17、bit ds=p23;sbit sh=p24;sbit st=p25;unsigned char a="sheji dasai"unsigned char num;void delayms(unsigned char m)unsigned char i,j;for(i=0;i<100;i+) for(j<=m;j>0;j-);bit bussy(void)bit result;rs=0; rw=1; e=1; _nop_(); _nop_(); result=busy; e=0; return result;void write_com(unsigned

18、char x)while(bussy()=1);rs=0;rw=0;e=0;_nop_();p0=x;_nop_();_nop_();e=1;_nop_();e=0;void write_date(unsigned char y)while(bussy()=1);rs=1;rw=0;e=0;p0=y;_nop_();_nop_();e=1;_nop_();e=0;void inint_1602() write_com(0x38);write_com(0x0c);write_com(0x06);void display()unsigned char i;write_com(0x80);for(i

19、=0;i<11;i+)write_date(ai);delayms(10);void juzhen()p1=0xfe;while(p1!=0xfe)delayms(10);while(p1!=0xfe)switch(p1)case 0xee: num=1; break;case 0xde: num=2; break; case 0xbe: num=3; break; case 0x7e: num=4; break;while(p1!=0xfe);p1=0xfd;while(p1!=0xfd)delayms(10);while(p1!=0xfd)switch(p1)case 0xed: n

20、um=5; break;case 0xdd: num=6; break; case 0xbd: num=7; break; case 0x7d: num=8; break;while(p1!=0xfd);p1=0xfb;while(p1!=0xfb)delayms(10);while(p1!=0xfb)switch(p1)case 0xeb: num=9; break;case 0xdb: num=10; break; case 0xbb: num=11; break; case 0x7b: num=12; break;while(p1!=0xfb);p1=0xf7; while(p1!=0x

21、f7)delayms(10);while(p1!=0xf7)switch(p1)case 0xe7: num=13; break;case 0xd7: num=14; break; case 0xb7: num=15; break; case 0x77: num=16; break;while(p1!=0xf7); void delay()unsigned char i,j;for(i=0;i<100;i+)for(j=0;j<100;j+); void onebyte(unsigned char n)unsigned char i;for(i=0;i<8;i+)sh=0;ds=n&0x80;n<<=1;sh=1;void out() st=0; st=1; st=0;void dac_0832(unsigned char date)onebyte(date);out