長江師范學(xué)院第二屆電子設(shè)計(jì)大賽作品設(shè)計(jì)報(bào)告模板

1、 電子競賽作品設(shè)計(jì)報(bào)告作品名稱： 專業(yè)年級： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 電子信息工程學(xué)院III摘 要 隨著信息化時(shí)代的到來，對于高頻寬帶放大器的要求越來越高。本設(shè)計(jì)采用STC89c52為控制核心，兩片可控增益放大器VCA822為主放大器，后級AD8009為構(gòu)成了放大主電路，實(shí)現(xiàn)了寬帶可控增益的射頻放大器。VCA822對前級輸入信號進(jìn)行程控放大，后級AD8009射隨輸出以達(dá)到功率要求，并且進(jìn)行了阻抗變換。單片機(jī)和按鍵，顯示模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)控增益，人機(jī)界面好。為降低紋波干擾，提高信噪比，設(shè)計(jì)了高精度低紋波線性電源給放大電路和單片機(jī)供電。整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定性強(qiáng)，干擾能力強(qiáng)。本系統(tǒng)制作簡單，經(jīng)測試能達(dá)到題

2、目要求。關(guān)鍵詞：高頻寬帶放大器、單片機(jī)、STC89C52、OP820、AD8009、VCA822AbstractWith the arrival of the information age, the high-frequency broadband amplifiers have become increasingly demanding. This design uses STC89c52 as the control center, two controllable gain amplifier VCA822 main amplifier, after the class AD8009

3、as constituting an enlarged main circuit to achieve a controllable gain broadband RF amplifiers. VCA822 on pre-programmed input signal amplification, after AD8009 emitter follower output stage to achieve the power requirements, and conducted a impedance transformation. SCM and buttons, the display m

4、odule digitally controlled gain, man-machine interface. To reduce the ripple interference and improve signal to noise ratio, the design of high precision and low ripple linear power supply to the amplifier circuit and the microcontroller. The entire system stability, interference ability. This syste

5、m making simple, have been tested to meet the subject requirements.Keywords: High bandwidth amplifier, microcontroller, STC89C52, AD8009, VCA822目 錄1系統(tǒng)方案11.1 可控增益方案的論證與選擇11.2 電源系統(tǒng)的論證與選擇11.3 控制系統(tǒng)的論證與選擇12系統(tǒng)理論分析與計(jì)算22.1 可控增益放大倍數(shù)的分析22.1.1 VCA82222.2 固定增益放大倍數(shù)的計(jì)算22.2.1 AD800923電路與程序設(shè)計(jì)33.1電路的設(shè)計(jì)33.1.1系統(tǒng)總體框圖33

6、.1.2 前級放大子系統(tǒng)框圖與電路原理圖43.1.3 可控增益子系統(tǒng)框圖與電路原理圖53.1.4后級放大子系統(tǒng)框圖與電路原理圖53.1.5控制系統(tǒng)框圖與電路原理圖63.1.6電源73.2程序的設(shè)計(jì)73.2.1程序功能描述與設(shè)計(jì)思路73.2.2程序流程圖84測試方案與測試結(jié)果84.1測試方案84.2 測試條件與儀器84.3 測試結(jié)果及分析94.3.1測試結(jié)果(數(shù)據(jù))94.3.2測試分析與結(jié)論95總結(jié)心得96參考文獻(xiàn)9附錄1：電路原理圖10附錄2：源程序12射頻寬帶放大器1系統(tǒng)方案本系統(tǒng)主要由可控增益模塊、電源模塊、單片機(jī)模塊組成，下面分別論證這幾個(gè)模塊的選擇。1.1可控增益部分的論證與選擇方案一

7、：由晶體管和運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)，為了滿足增益大于60db要求，可以采用多級放大電路實(shí)現(xiàn)。此方案需要大量采用分立元件，系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜，調(diào)試?yán)щy，尤其是增益的定量調(diào)節(jié)很難。此外，猶豫采用分立元件以及多級放大，穩(wěn)定性差，容易自激震蕩。方案二：使用多級運(yùn)算放大器+電位器實(shí)現(xiàn)。選擇高帶寬高增益的運(yùn)算放大器如AD8009，AD820等級聯(lián)使用，再通過電位器手動(dòng)調(diào)節(jié)其增益，實(shí)現(xiàn)可控增益。方案優(yōu)點(diǎn)在于可選器件較多，帶寬，放大倍數(shù)容易滿足，缺點(diǎn)是無法實(shí)現(xiàn)程控，而且由于電位器引入的噪聲非常容易自激，穩(wěn)定性較差。方案三：采用前后級固定增益，中間兩級程控增益的方式。前級對小信號做初步處理放大，并進(jìn)行阻抗變換，中間兩級用工作

8、帶寬大于130M的程控放大器VCA822進(jìn)行放大或者衰減，后級再用一級固定做增益，最后再接一級射隨放大，實(shí)現(xiàn)阻抗變換，提高了帶載能力。此方案中，每一級的增益都不大，保證了工作帶寬，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，但是程控增益不好調(diào)節(jié)。綜合以上三種方案，選擇方案三。1.2 電源模塊的論證與選擇方案：為了滿足小信號放大，使輸出波形不失真，該電源對紋波要求較高，并且為了給放大器供正負(fù)電壓，我們采用LM317和LM337芯片降壓到正負(fù)12伏，然后通過LT1117系列降壓到正負(fù)5伏，此方案能很好的滿足我們對電源低紋波的要求。跟其它常用穩(wěn)壓電源的不同顯而易見，優(yōu)勢正是在此，所以我們選擇此方案。1.3 控制系統(tǒng)的論證與選擇方

9、案：本題只需要提供一個(gè)控制信號給程控放大器，對運(yùn)算要求不高，我們使用了成熟的stc89c52這款單片機(jī)，來提供控制和顯示。2系統(tǒng)理論分析與計(jì)算2.1 可控增益放大的分析 2.1.1 VCA822增益放大計(jì)算 用VCA822做的增益放大器，我們采用它的典型電路，根據(jù)它的計(jì)算公式來控制增益，以下為它的相關(guān)資料。2.2 固定放大增益分析2.2.1為了符合題目要求的寬帶，我們采用AD8009來做固定增益模塊。根據(jù)它的標(biāo)準(zhǔn)電路來搭建符合我們要求的電路，使它放大相應(yīng)的倍數(shù)。3電路與程序設(shè)計(jì)3.1電路的設(shè)計(jì)3.1.1系統(tǒng)總體框圖系統(tǒng)總體框圖如圖所示，信號輸入 后級放大前級放大程控放大信號輸出DA轉(zhuǎn)換單片機(jī)顯

10、示按鍵 輸入信號通過前級固定增益放大，將信號放大兩倍送給程控增益級，單片機(jī)經(jīng)過計(jì)算，通過DA提供控制電壓，控制VCA822的增益，使得系統(tǒng)放大倍數(shù)可控。后級先經(jīng)過AD8009固定十倍增益，再跟隨輸出，提高輸出功率，又達(dá)到了阻抗匹配的目的。同時(shí)，由單片機(jī)控制液晶，顯示出放大的倍數(shù)。 系統(tǒng)總體框圖3.1.2 前級子系統(tǒng)電路原理圖1、前級子系統(tǒng)電路前級由AD8009搭成同向放大器，放大倍數(shù)兩倍，目的在于進(jìn)行阻抗匹配，提高信噪比。AD8009是一款超高速電流反饋型放大器，壓擺率達(dá)到驚人的5,500 V/µs，上升時(shí)間僅為545 ps，因而非常適合用作脈沖放大器。高壓擺率可降低壓擺率限幅效應(yīng)，

11、使大信號帶寬達(dá)到440 MHz，從而滿足高分辨率視頻圖形系統(tǒng)的需要。信號質(zhì)量在整個(gè)寬帶寬范圍內(nèi)均保持較高水平，最差情況下的失真為-40 dBc（250 MHz、G = +10、1 V峰峰值）。放大倍數(shù)A=(R28/R20)+1=510/510+1=2 AD8009子系統(tǒng)電路3.1.3可控增益子電路原理圖1、可控增益子系統(tǒng)電路VCA822是具有DB線性可變增益控制放大器，工作帶寬可達(dá)150MHz和1700v/us壓擺率；可利用外置電阻器在0db至40db的范圍內(nèi)設(shè)置最大增益；根據(jù)本題要求，要實(shí)現(xiàn)60DB的增益，必修多級級聯(lián)使用，本設(shè)計(jì)只要求可控增益級能實(shí)現(xiàn)40DB即可，故搭兩級。VG是控制電源輸

12、入端，其控制電壓范圍為-1v1v。當(dāng)G+=1V時(shí)，電壓放大倍數(shù)最大。公式為G=2*（Rf/Rg）*(VG+1)/2在Rf與Rg都確定的情況下其增益只取決于控制電壓VG。3.1.4后級子電路原理圖為了滿足增益要求，我們使用AD8009在后級設(shè)計(jì)了一個(gè)同向放大器，固定放大十倍，并且在最后設(shè)計(jì)了一個(gè)跟隨器以提高帶載能力并實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。原理圖如下 后級子系統(tǒng)電路3.1.5控制系統(tǒng)本題只需要提供一個(gè)控制信號給程控放大器，對運(yùn)算要求不高，我們使用了成熟的stc89c52這款單片機(jī)外加TLV5618DA轉(zhuǎn)換器。TLV5618是一款12位雙輸出DA轉(zhuǎn)換器，本設(shè)計(jì)需要對兩個(gè)VCA822進(jìn)行控制，選次款DA正好合

13、適。為了是DA能輸出正負(fù)電壓，我們使用LM358設(shè)計(jì)了一個(gè)減法器，DA和LM358原理圖如下單片機(jī)控制DA輸出的電壓經(jīng)過減法運(yùn)算，使其輸出在-11v，滿足控制要求。51單片機(jī)，按鍵，液晶原理圖如下3.1.6電源電源由變壓部分、濾波部分、穩(wěn)壓部分組成。為整個(gè)系統(tǒng)提供5V或者12V電壓，確保電路的正常穩(wěn)定工作。這部分電路比較簡單，都采用三端穩(wěn)壓管實(shí)現(xiàn)，故不作詳述。3.2程序的設(shè)計(jì)3.2.1程序功能描述與設(shè)計(jì)思路1、程序功能描述根據(jù)題目要求軟件部分主要實(shí)現(xiàn)鍵盤的設(shè)置和顯示。1）鍵盤實(shí)現(xiàn)功能：設(shè)置增益倍數(shù)。2）顯示部分：顯示幅度值和增益倍數(shù)。2、程序設(shè)計(jì)思路通過單片機(jī)控制增益，同時(shí)將輸出波形的幅度值顯

14、示在液晶屏上，通過按鍵來控制增益3.2.2程序流程圖1、主程序流程圖系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)開始1 系統(tǒng)總框圖 初始化按鍵掃描DA控制放大器顯示結(jié)束4測試方案與測試結(jié)果4.1測試方案1、硬件測試每級分開，單獨(dú)測試，然后級聯(lián)測試，測試是否達(dá)到要求。2、軟件仿真測試液晶屏是否顯示，按鍵是否能夠控制增益3、硬件軟件聯(lián)調(diào)全部連接起來后，通過按鍵來控制增益，顯示輸出幅度，并用儀器檢測，看是否顯示準(zhǔn)確4.2 測試條件與儀器測試條件：檢查多次，仿真電路和硬件電路必須與系統(tǒng)原理圖完全相同，并且檢查無誤，硬件電路保證無虛焊。測試儀器：高精度的數(shù)字毫伏表，模擬示波器，數(shù)字示波器，數(shù)字萬用表，指針式萬用表。4.3 測試結(jié)果及分

15、析4.3.1測試結(jié)果(數(shù)據(jù))VINOUT增益頻率1mvpp0.123vpp123倍10MHZ1mvpp0.224vpp224倍10MHZ1mvpp0.566vpp566倍10MHZ1mvpp1.031vpp1031倍10MHZ1mvpp1.001vpp1001倍50MHZ1mvpp0.991vpp991倍100MHZ1mvpp0.651vpp651倍80MHZ4.3.2測試分析與結(jié)論根據(jù)上述測試數(shù)據(jù)，該射頻寬帶放大器可以在0到60DB增益范圍內(nèi)可調(diào)，并且輸出波形不失真，寬帶可以達(dá)到基礎(chǔ)部分要求，輸出波形幅度也滿足，由此可以得出以下結(jié)論：1、最大增益60DB，并且可調(diào)。2、寬帶030MHZ，只能

16、滿足基本部分要求。3、輸出波形不失真，最大可以達(dá)到1vpp輸出值，完全滿足綜上所述，本設(shè)計(jì)總體來說可以達(dá)到大部分設(shè)計(jì)要求。5 、總結(jié)與心得 通過此次四天三夜的比賽，我們看到了自身的不足，特別是在畫電路圖等基礎(chǔ)部分上還要努力。對于問題的發(fā)現(xiàn)和分析這種能力我們還需要提高，在今后的學(xué)習(xí)過程中得加強(qiáng)這方面。我們還明白了團(tuán)隊(duì)合作的重要性，任何事只有協(xié)調(diào)好團(tuán)隊(duì)才能贏得雙贏，獲得最大的成就。6、參考文獻(xiàn)1. 全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽組委會. 全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽獲獎(jiǎng)作品選編（19941995） 2. 全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽組委會. 全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽獲獎(jiǎng)

17、作品選編（2001）M.北京：北京理工大學(xué)出版社，2003年第1版. 3. 全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽組委會. 全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽獲獎(jiǎng)作品選編（1999）M.北京：北京理工大學(xué)出版社，2000年第1版. 4. 高吉祥，黃智偉，陳和.高頻電子線路M. 北京：電子工業(yè)出版社，2003年第1版 5. 黃智偉.無線數(shù)字收發(fā)電路設(shè)計(jì)M. 北京：電子工業(yè)出版社，2003年第1版 6. 黃智偉.電子電路計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)M. 北京：電子工業(yè)出版社，2004年第1版 7. 黃

18、智偉.射頻集成電路原理與應(yīng)用M. 北京：電子工業(yè)出版社，2004年第1版17附錄1：電路原理圖附錄2：源程序#include <intrins.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned char#define Channal_A 1 /通道A#define Channal_B 2 /通道B#define Channal_AB 3 /通道A&B/*一下為函數(shù)聲明修*static void DA_conver(uint Dignum);extern void Write_A_B(uint Data_A,uint

19、 Data_B,uchar Channal,bit Model);/*修改硬件時(shí)要修改的部分*sbit TLV5618DIN = P35; /數(shù)據(jù)輸入端sbit TLV5618SCLK = P36; /時(shí)鐘信號sbit TLV5618CS = P37; /片選輸入端，低電平有效/*鍵盤*/ sbit key1=P20;sbit key2=P21;sbit key3=P22;sbit key4=P23;/*lcd1602*/sbit lcd_rs=P32; sbit lcd_rw=P31; sbit lcd_e=P30; /*全局變量*/ unsigned int DA1,DA2; uchar

20、TAB="0123456789"/= / 函數(shù)名稱 ：void DA_conver(uint Dignum)/ 函數(shù)功能 ：進(jìn)行DA轉(zhuǎn)換 / 入口參數(shù) ：Dignum:根據(jù)說明設(shè)置轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù).頭四位為特殊位用于選擇轉(zhuǎn)化方式,/ 以及用于通道選擇.請自行設(shè)置.后12位為需要轉(zhuǎn)換的值/ 出口參數(shù) ：無/=void delay(uint k)uint i,j;for(i=0;i<k;i+) for(j=0;j<121;j+);/*定時(shí)器設(shè)置*/ void Init_timer0() TMOD |=0x01; EA=1; ET0=1; TR0=1; void write_

21、com(unsigned char com)lcd_rs=0;P1=com;delay(1);lcd_e=1;delay(1);lcd_e=0;void write_date(unsigned char date)lcd_rs=1;P1=date;delay(1);lcd_e=1;delay(1);lcd_e=0;void lcdinit() /初始化函數(shù) lcd_rw=0;lcd_e=0;write_com(0x38);write_com(0x0c);/開顯示，顯光標(biāo)，bu閃光標(biāo)write_com(0x06);/指針自動(dòng)加一write_com(0x01);/清 /*按鍵掃描*/ unsign

22、ed char key() unsigned char key_value=0;if(key1=0) key_value=1;if(key2=0) key_value=2; if(key3=0) key_value=3; if(key4=0) key_value=4;return key_value;void DA_conver(uint Dignum)uint Dig=0;uchar i=0;TLV5618SCLK=1;TLV5618CS=0; /片選有效for(i=0;i<16;i+) /寫入16為Bit的控制位和數(shù)據(jù) Dig=Dignum&0x8000; if(Dig) T

23、LV5618DIN=1; else TLV5618DIN=0; TLV5618SCLK=0; _nop_(); Dignum<<=1; TLV5618SCLK=1; _nop_();TLV5618SCLK=1;TLV5618CS=1; /片選無效/= / 函數(shù)名稱 ：void Write_A_B(uint Data_A,uint Data_B,uchar Channal,bit Model)/ 函數(shù)功能 ：模式、通道選擇并進(jìn)行DA轉(zhuǎn)換 / 入口參數(shù) ：Data_A：A通道轉(zhuǎn)換的電壓值/ Data_B：B通道轉(zhuǎn)換的電壓值/ Channal：通道選擇，其值為Channal_A，Chan

24、nal_B,或Channal_AB/ Model：速度控制位 0：slow mode 1：fast mode/ 出口參數(shù) ：無/ 說明： Data_A，Data_B的范圍為：00x0fff/ 本程序如果只需要一個(gè)通道時(shí)，另外一個(gè)通道的值可任意，但是不能缺省/=void Write_A_B(uint Data_A,uint Data_B,uchar Channal,bit Model)uint Temp;if(Model) Temp=0x4000;else Temp=0x0000;switch(Channal) case Channal_A: /A通道 DA_conver(Temp|0x8000|(0x0fff&Data_A); break; case Channal_B: /B通道 DA_conver(Temp|0x0000|(0x0fff&Data_B); break; case Channal_AB: DA_conver(Temp|0x1000|(0x0fff&Data_B); /A&B通道 DA_conver(Temp|0x8000|(0x0fff&Data_A); break; default: break;/= / 函數(shù)