程序控制運算放大器設計

1、程序控制運算放大器i 摘要該論文主要包括了程序控制運算放大器的概述，系統(tǒng)硬件和軟件的設計與實現(xiàn)，軟件的調(diào)試過程，總結(jié)，致謝，參考文獻，程序清單，電路原理圖等。主要任務：制作一個增益可數(shù)字化控制的線性放大器電路，并通過單片機小系統(tǒng)控制它的直流信號增益值的改變。主要內(nèi)容：設計一個實現(xiàn)增益可變的放大器電路，通過改變4個開關的分合狀態(tài)，理論上可以形成4種不同增益方式。用模擬開關集成塊（如 cd4066）實現(xiàn)這一開關陣，就可方便地通過單片機小系統(tǒng)控制放大器的增益值的改變。運算放大器集成芯片使用lm741，單片微型計算機集成芯片使用atmel 公司的 at89c51或 at89c52 ， 寫出滿足要求的程

2、序，合理的調(diào)試各個軟件， 最終就能得出仿真結(jié)果即滿足設計要求。關鍵詞 ：運算放大器單片機集成芯片 程控增益程序控制運算放大器ii abstract this dissertation include an overview of program-controlled operational amplifier, system hardware and software design and implementation, software debugging, sum up, thanks, bibliography, checklist, circuit schematic diagram

3、and so on. main task: i intend to make a linear amplifier with gain control circuits, and control the dc signal gain value changes by a small system of single-chip microcomputer . main content: i want to design a variable gain amplifier circuit, and ,in theory,i can form 4 different gains by changin

4、g the state division of 4 switches. with integrated analog switch blocks (such as the cd4066) for this switch, i can conveniently control amplifier value changes by a small system of single-chip. operational amplifier integrated circuits use lm741. single-chip micro-computer chip chooses the atmel c

5、ompany s at89c51 or at89c52. writting the program of meetting the requirements, and reasonablely debugging the software, then we could ultimately concluded that simulation results that meet the design requirements. keywords : operational amplifier, microcontroller, integrated chip, program-controlle

6、d gain 程序控制運算放大器iii 目錄摘要. iabstract . ii目錄. iii前言. - 1 -1 程序控制運算放大器概述 . - 2 -1.1 放大器的種類及應用 . - 2 -1.2 程控放大器的應用及特點. - 2 -1.3 設計要求. - 3 -1.4 設計方案. - 3 -1.4.1 設計方案的選擇. - 3 -1.4.2 系統(tǒng)的設計原理和結(jié)構(gòu). - 3 -2 系統(tǒng)的硬件設計 . - 5 -2.1 單片機控制系統(tǒng) . - 5 -2.1.1 單片機的介紹 . - 5 -2.1.2 單片機控制功能的實現(xiàn) . - 7 -2.2 模擬開關集成塊cd4066. - 8 -2.2

7、.1 模擬開關 cd4066 的介紹. - 8 -2.2.2 cd4066工作狀況和技術(shù)要求. - 8 -2.2.3 模擬開關 cd4066 功能的實現(xiàn). - 9 -2.3 運算放大器lm741 . - 9 -2.3.1 運算放大器lm741 的介紹. - 9 -2.3.2 lm741 的技術(shù)要求和實現(xiàn)方式 . - 10 -2.4 數(shù)碼顯示管. - 11 -2.4.1 數(shù)碼管介紹. - 11 -2.4.2 主要參數(shù) . - 12 -3 系統(tǒng)的軟件設計 . - 13 -3.1 軟件總體說明 . - 13 -3.2 按鍵消除抖動模塊描述 . - 14 -3.3 數(shù)碼管顯示模塊. - 15 -3.4

8、 動態(tài)掃描模塊 . - 16 -4 軟件的調(diào)試 . - 17 -程序控制運算放大器iv 4.1 keil 軟件的調(diào)試. - 17 -4.2 proteus軟件的調(diào)試 . - 18 -4.2.1 proteus軟件的介紹. - 18 -4.2.2 proteus軟件的操作步驟. - 19 -4. 3 仿真結(jié)果 . - 20 -總結(jié). - 22 -致謝. - 23 -參考文獻 . - 23 -附件 1 程序清單. - 24 -附件 2 電路原理圖 . - 26 -程序控制運算放大器- 1 - 前言隨著半導體技術(shù)的飛速發(fā)展，以及移動通信， 網(wǎng)絡技術(shù)，多媒體技術(shù)在嵌入式系統(tǒng)設計中的應用，單片機從4位，

9、8位，16位到32位，其發(fā)展歷程一直受到廣大電子愛好者的極大關注。單片機功能越來越強大，價格卻不斷下降的優(yōu)勢無疑成為嵌入式系統(tǒng)方案設計的首選，同時單片機應用領域的擴大也使得更多人加入到基于單片機系統(tǒng)的開發(fā)行列中，推動著單片機技術(shù)的創(chuàng)新進步。 在工程上常采取改變放大器增益的方法對幅值大小不一的信號進行放大。在計算機數(shù)控系統(tǒng)中， 為實現(xiàn)不同幅度信號的放大，往往不希望甚至也不可能利用手動的方法來實現(xiàn)增益變換。利用程控放大器可以很好的解決上述問題。程控放大器也稱為可編程放大器， 是根據(jù)使用要求由程序控制改變增益的放大器，具有控制方便，線性度高，穩(wěn)定可靠等優(yōu)點。在多通道或多參數(shù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，多個通道

10、或多個參數(shù)共用一個測量放大器。就每個通道的數(shù)據(jù)采集而言， 還可實現(xiàn)自動控制增益或量程自動切換，因此程控增益放大器得到廣泛應用。程控一般有兩種方法，一個是模擬的，叫做自動增益控制（ agc），另外，還有先監(jiān)測輸出，然后調(diào)整程控增益放大器的增益， 前者簡單， 但人工介入較麻煩， 后者人工介入較簡單但成本高復雜。 “先監(jiān)測輸出，然后調(diào)整程控增益放大器的增益”是說通過編制程序去控制電路實現(xiàn)。本文分析了程控放大器的基本原理， 當改變按鈕閉合狀態(tài)時測量放大器的增益也相應地加以改變。這種變化通常是自動進行, 即不需要人為的改變電路連接 , 而是通過軟件控制放大器增益的改變。這樣可以實現(xiàn)儀器量程的自動切換。另

11、外, 通過改變增益的方法使系統(tǒng)功能增強。本次設計中我們應用at89c52單片機、lm741運算放大器、cd4066雙向模擬開關的概況及應用做的簡單程控放大器，通過軟件控制放大器增益的改變，采用這向項技術(shù)， 可以使測量系統(tǒng)有寬的適用范圍，提高系統(tǒng)的適應性，同時提高系統(tǒng)的測量精度。程序控制運算放大器- 2 - 1 程序控制運算放大器概述1.1 放大器的種類一、 a 類放大器：是指電流連續(xù)地流過所有輸出器件的一種放大器。這種放大器， 由于避免了器件開關所產(chǎn)生的非線性，只要偏置和動態(tài)范圍控制得當，僅從失真的角度來看， 可認為它是一種良好的線性放大器。二、b 類放大器：是指器件導通時間為50的一種工作類

12、別。這類放大器可以說是最為流行的一種放大器，也許目前所生產(chǎn)的放大器有99 是屬于這一類。三、ab 類放大器：實際上是 a 類和 b 類的結(jié)合，每個器件的導通時間在 50100之間，依賴于偏置電流的大小和輸出電平。該類放大器的偏置按 b 類設計，然后增加偏置電流，使放大器進入ab 類。ab 類放大器在輸出低于某一電平時，兩個輸出器件皆導通，其狀態(tài)工作于 a 類；當電平增高時，兩個器件將完全截止，而另一個器件將供給更多的電流。這樣在ab 類狀態(tài)開始時，失真將會突然上升，其線性劣于 a 類或 b 類。1.2 程控放大器的應用及特點程控放大器是一種放大倍數(shù)可以控制的放大器，縮寫符號pga。程控放大器在

13、實際當中有很多應用， 可以通過程序來自動調(diào)節(jié)放大器的放大倍數(shù)。例如，在一些比較高檔的電子測量儀器中可以根據(jù)輸入信號的大小自動調(diào)整量程的范圍，就是通過改變放大器的放大倍數(shù)來實現(xiàn)的。在多通道或多參數(shù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，多個通道或多個參數(shù)共用一個測量放大器。各通道或各參數(shù)送入測量放大器的信號大小并不相同，但都要放大至 a/ d 變換器輸入要求的標準電壓，因此各個通道要求測量放大器的增益就每個通道的數(shù)據(jù)采集而言，還可實現(xiàn)自動控制增益或量程自動切換，因此程控增益放大器得到廣泛應用。程控放大器使用方便、 性能好，故可在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、自動增益控制、動態(tài)范圍擴展、 遠程儀表測試等方面使用尤為適宜。在使用放大器程

14、序控制運算放大器- 3 - 的場合中，往往希望增益能夠調(diào)整，以使波形顯示更完美，數(shù)據(jù)采集更精確，而程控增益調(diào)整比手工調(diào)整更優(yōu)越。1.3 設計要求在給定的單片機小系統(tǒng)板上提供人機操作界面，使操作者能通過按鍵操作，來控制放大器的增益等級，相應的增益值在數(shù)碼管上顯示。具體指標如下：1） 通過按鍵操作能夠?qū)崿F(xiàn)1 倍、20 倍、30 倍、50 倍的放大；2） 輸出信號用示波器顯示出來并且無明顯失真；3） 將具體的放大倍數(shù)通過數(shù)碼管顯示出來。1.4 設計方案1.4.1設計方案的選擇方案一：集成程控增益放大器。它具有低漂移、低非線性、高共模抑制比和寬頻帶等優(yōu)點， 但其增益有限，只能實現(xiàn)特定的幾種增益切換。所

15、以我們不采用此方案。方案二：運放+模擬開關 +電阻網(wǎng)絡。這種方法利用模擬開關切換電阻反饋網(wǎng)絡，從而改變放大器電路的閉環(huán)增益。此種方法通用性強， 經(jīng)濟實惠，效果顯著。所以我們選用此方案。1.4.2系統(tǒng)的設計原理和結(jié)構(gòu)設計一個實現(xiàn)增益可變可控的放大器電路。通過手動改變開關的分合狀態(tài)，來控制單片機小系統(tǒng)i/o 端口的高低電平，從而來控制模擬開關的各引腳的通斷， 每對引腳分別與運放的四條支路串聯(lián)，而每對引腳之間則是兩兩并聯(lián)，即實現(xiàn)單片機小系統(tǒng)對增益實現(xiàn)模塊的控制功能，同時在數(shù)碼管上顯示相應的增益值。具體電路分析：將程序控制放大電路的程序?qū)懭雴纹瑱C中并實時的檢測電路的放大，通過p2口鍵盤掃描程序判斷是哪

16、個按鍵按下，并從p1口輸出相應的鍵值， 選通相應的模擬開關從而實現(xiàn)電路中對信號的放程序控制運算放大器- 4 - 大作用。本設計由四個模塊電路組成：單片機模塊、運算放大器模塊、模擬開關模塊和數(shù)碼顯示管模塊。程控放大器模塊圖如圖1.1所示：圖 1.1 程控放大器模塊圖相應的接口為：單片機p0口連接一個上拉電阻和數(shù)碼顯示管，p1口控制模擬開關， p2口的 p2.0p2.3分別連接四個按鍵開關，p2口的p2.6-p2.7 分別連接數(shù)碼管的 1、 2管腳， 信號發(fā)生器分別連接一個lm741的輸入端口和示波器的a 端口，另一個lm741的輸出端口連接示波器的 b端口。程序控制運算放大器- 5 - 2 系統(tǒng)

17、的硬件設計2.1 單片機控制系統(tǒng)2.1.1 單片機的介紹單 片 微 型 計 算 機 簡 稱 單 片 機 ， 是 典 型 的 嵌 入 式 微 控 制 器（microcontroller unit），常用英文字母的縮寫mcu 表示單片機，它最早是被用在工業(yè)控制領域。由于單片機在工業(yè)控制領域的廣泛應用，為使更多的業(yè)內(nèi)人士、 學生、愛好者，產(chǎn)品開發(fā)人員掌握單片機這門技術(shù)，于是產(chǎn)生單片機開發(fā)板。單片機由芯片內(nèi)僅有cpu 的專用處理器發(fā)展而來。最早的設計理念是通過將大量外圍設備和cpu 集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小， 更容易集成進復雜的而對體積要求嚴格的控制設備當中。 intel 的 z80 是最早

18、按照這種思想設計出的處理器。單片機芯片如圖 2.1 所示：單片機又稱單片微控制器， 它不是完成某一個邏輯功能的芯片，而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。相當于一個微型的計算機， 和計算機相比，單片機只缺少了i/o 設備。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學習、應用和開發(fā)提供了便利條件。 同時，學習使用單片機是了解計算機原理與結(jié)構(gòu)的最佳選圖 2.1 單片機芯片程序控制運算放大器- 6 - 擇。單片機是靠程序運行的， 并且程序可以修改。通過不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能， 尤其是一些獨特的功能， 這是別的器件需要費很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。本次

19、設計選用的是at89c52 ，它是一種低功耗、高性能cmos8位微控制器， 具有8k 在系統(tǒng)可編程flash存儲器。使用 atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(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用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。at89s52 具有以下標準功能： 8k 字節(jié) flash，256字節(jié) ram ，32位 i/o 口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個 16位定時器 / 計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)

20、構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。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 、定時器 / 計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，ram 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。單片機管腳說明： at89c52 引腳排列如圖 2.2 所示：圖 2.2 at89c52 引腳排列圖p0口8位漏極開路雙向i/o 口，每個引腳可驅(qū)動 8個 ttl 邏輯電平。當 p0口的管腳第一次寫 “1”時，被定義為高阻輸入。 p0口能夠用程序控制運算放大器- 7 - 于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它也

21、可以被定義為數(shù)據(jù)/ 地址的第八位。在filash 編程時， p0口作為源碼輸入口，當fiash 進行校驗時， p0口輸出原碼，此時 p0外部必須被拉高。p1口帶內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 i/o 口，p1 口緩沖器能夠接收輸出4個 ttl 邏輯電平。 p1口管腳輸入 “1”時，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，p1口被外部下拉為低電平時， 將輸出電流。 這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 flash 編程和校驗時， p1口將作為低八位地址接收。p2口帶內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 i/o 口，p2口緩沖器可接收，輸出4個 ttl 邏輯電平，p2口當用于外部程序存儲器或者16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，p2口輸

22、出地址高八位。在給出地址1時，它利用內(nèi)部上拉的優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，p2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。p2口在 flash 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。p3口帶內(nèi)部上拉電阻的雙向i/o 口，可接收輸出 4個 ttl 門電流。當 p3口寫入 “1”時，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用做輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， p3口將輸出電流這是由于上拉的緣故。在編程和校驗時， p3口可接收某些控制信號。由于本次設計未使用rst、ale/prog 等端口，故在此不多做介紹。2.1.2 單片機控制功能的實現(xiàn)在本次設計當中， p0口接數(shù)碼管，由于 p0口內(nèi)部沒有上拉電阻

23、所以需要先接一個上拉電阻，p1口控制虛擬開關的通斷，p2口的 p2.0p2.3分別連接四個按鍵開關， p2口的 p2.6-p2.7 分別連接數(shù)碼管的 1、2管腳。 將程序控制放大電路的程序?qū)懭雴纹瑱C中并實時的檢測電路的放大，手動按下按鍵，通過p2口鍵盤掃描程序判斷是哪個按鍵按下，并從 p1口輸出相應的鍵值，同時數(shù)碼管顯示出相應的放大倍數(shù)值，從而選通相應的模擬開關即實現(xiàn)對模擬開關的控制。程序控制運算放大器- 8 - 2.2 模擬開關集成塊cd4066 2.2.1模擬開關 cd4066 的介紹模擬開關 c d4066是一種四路電子開關集成電路，在電視機、影碟機、電話機、各種電子儀器儀表等上應用相當

24、廣泛。cd4066集成電路內(nèi)部主要由四路功能完全相同的電子開關組成，各組開關分別受其相應引腳輸入的電平控制，使電子開關接通或斷開。cd4066 主要用作模擬或數(shù)字信號的多路傳輸。引出端排列與cc4016一致，但具有比較低的導通阻抗。另外，導通阻抗在整個輸入信號范圍內(nèi)基本不變。cd4066由四個相互獨立的雙向開關組成，每個開關有一個控制信號， 開關中的p 和 n 器件在控制信號作用下同時開關。這種結(jié)構(gòu)消除了開關晶體管閥值電壓隨輸入信號的變化，因此在整個工作信號范圍內(nèi)導通阻抗比較低。與單通道開關相比， 具有輸入信號峰值電壓范圍等于電源電壓以及在輸入信號范圍內(nèi)導通阻抗比較穩(wěn)定等優(yōu)點。2.2.2 cd

25、4066 工作狀況和技術(shù)要求圖 2.3cd4066工作狀況表技術(shù)要求： (1) cd4066 的電源供電電壓范圍為315v，本項目為 5v；(2) 抗高頻噪聲能力為0.45 vdd (typ.)；(3) 工作溫度： -40+85 。程序控制運算放大器- 9 - 2.2.3模擬開關 cd4066 功能的實現(xiàn)本設計中， p1口控制模擬開關（ cd4066）的各引腳（共四對引腳）的通斷，每對引腳分別與運放的四條支路串聯(lián)，而每對引腳之間則是兩兩并聯(lián)。通過p1口來選通相應的模擬開關，從而實現(xiàn)改變相應電阻串并聯(lián)情況的功能。各接口定義如下：表 2-1各接口定義單片機控制信號輸出管腳模擬開關控制管腳p1.0

26、control a p1.1 control c p1.2 control d p1.3 control b 2.3 運算放大器 lm741 2.3.1運算放大器lm741 的介紹運算放大器 lm741 是模擬電路的最重要的模塊之一，是所有線性電路中最重要的基本單元電路， 是一種應用非常廣泛的通用型運算放大器。由于采用了有源負載， 所以只要兩級放大就可以達到很高的電壓增益和很寬的共模及差模輸入電壓范圍。它的引腳圖如下所示：圖 2.4lm741 放大器引腳圖程序控制運算放大器- 10 - lm741 運算放大器使用時需于7、4 腳位供應一對同等大小的正負電源電壓 +vdc 與-vdc，一旦于 2

27、、3 腳位即兩輸入端間有電壓差存在，壓差即會被放大于輸出端，唯op 放大器具有一特色，其輸出電壓值決不會大于正電源電壓 +vdc 或小于負電源電壓 -vdc，輸入電壓差經(jīng)放大后若大于外接電源電壓 +vdc 至- vdc 之范圍，其值會等于 +vdc 或-vdc，輸出電壓于達到 +vdc 或-vdc 后會呈現(xiàn)飽和現(xiàn)象。lm741 的特點 :（1）不需要處部頻率補償； （2）輸入有過壓保護；（3）輸出有過載保護；（4）無阻塞和振蕩現(xiàn)象。2.3.2 lm741 的技術(shù)要求和實現(xiàn)方式相關技術(shù)要求為：（1）工作溫度為： -2075； （2）電源電壓不能大于18v，本次給運放提供的電源電壓為 5v； （3

28、）輸入阻抗為 1m 。實現(xiàn)方式：選擇的電阻值分別：100k, 5k, 3.3k, 2k，根據(jù)反向比例放大器的增益計算公式：從而實現(xiàn)不同放大倍數(shù)的增益要求。連接方式如下圖所示：nknkfovrrv1圖 2.5 增益實現(xiàn)連接圖程序控制運算放大器- 11 - 2.4 數(shù)碼顯示管2.4.1 數(shù)碼管介紹數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元 （多一個小數(shù)點顯示） ；按能顯示多少個 “8”可分為1位、2位、 4位等等數(shù)碼管；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。 共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(com) 的數(shù)碼管，共陽

29、數(shù)碼管在應用時應將公共極 com 接到+5v，當某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應字段就點亮，當某一字段的陰極為高電平時，相應字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(com) 的數(shù)碼管，共陰數(shù)碼管在應用時應將公共極com 接到地線 gnd 上，當某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應字段就點亮， 當某一字段的陽極為低電平時，相應字段就不亮。本次設計選用共陰極數(shù)碼管。led 數(shù)碼管是由多個發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個筆劃，公共電極。led 數(shù)碼管常用段數(shù)一般為 7段有的另加一個小數(shù)點， 還有一種是類似于

30、3位“+1”型。位數(shù)有半位， 1，2，3，4，5，6，8，10位等等， led 數(shù)碼管根據(jù)led 的接法不同分為共陰和共陽兩類。led 數(shù)碼管廣泛用于儀表， 時鐘，車站，家電等場合。 選用時要注意產(chǎn)品尺寸顏色， 功耗，亮度，波長等。下面將介紹常用 led 數(shù)碼管內(nèi)部引腳圖片圖 2.6 10 引腳的 led 數(shù)碼管圖 2.7 led 數(shù)碼管引腳定義程序控制運算放大器- 12 - 2.4.2主要參數(shù)8字高度：8字上沿與下沿的距離。比外型高度小。通常用英寸來表示。范圍一般為 0.25-20英寸。長*寬*高：長數(shù)碼管正放時，水平方向的長度；寬數(shù)碼管正放時，垂直方向上的長度；高數(shù)碼管的厚度。時鐘點：四位

31、數(shù)碼管中，第二位 8與第三位 8字中間的二個點。 一般用于顯示時鐘中的秒。電流：靜態(tài)時，推薦使用10-15ma；動態(tài)時， 16/1動態(tài)掃描時，平均電流為 4-5ma，峰值電流 0-60ma。電壓：查引腳排布圖， 看一下每段的芯片數(shù)量是多少？當紅色與黃綠色時，使用 1.9v 乘以每段的芯片串聯(lián)的個數(shù)；當綠色/ 藍色時，使用3.1v 乘以每段的芯片串聯(lián)的個數(shù)。程序控制運算放大器- 13 - 3 系統(tǒng)的軟件設計3.1 軟件總體說明整個系統(tǒng)的軟件體系結(jié)構(gòu)：主程序main ( ) 首先進行各個模塊以及參數(shù)的初始化工作， 包括單片機系統(tǒng)初始化、 全局變量賦初值以及串行通信口工作初始化，然后進入while

32、循環(huán)語句，對按鍵進行掃描，判斷按鍵是否按下， 此處需要編譯一個延時程序來防止按鍵抖動，根據(jù)相應的按鍵對信號進行相應倍數(shù)的放大， 通過示波器顯示出波形并用數(shù)碼管顯示出放大倍數(shù)。軟件流程圖如下功能說明： 軟件實現(xiàn)單片機每隔 5ms掃描一下按鍵的狀態(tài)， 由當前的按鍵狀態(tài)配合防按鍵抖動機制實現(xiàn)在0.25s 間隔外的兩次按鍵的識別，而在 0.25秒間隔內(nèi)的若干次按鍵只以一次計算，解決抖動問題。當圖 3.1 軟件流程圖程序控制運算放大器- 14 - 程序檢測到按鈕按下并且是合法的（即不在抖動之列），就相應地改變放大電路 cd4066的開關狀態(tài)，實現(xiàn)控制電路增益。重要的位定義和全局變量：sbit key1=

33、p20：不進行放大；sbit key2=p21：放大 20倍；sbit key3=p22：放大 30倍；sbit key4=p23：放大 50倍sbit wei1=p26： 位定義sbit wei2=p27： 位定義sbit 類型均為：按下時為 0，彈起時為 1。unsigned int i：無符號整形變量i；code unsigned char smg=0 x3f,0 x06,0x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f： 共陰極 7 段數(shù)碼管段碼；void display(unsigned char value)：數(shù)碼管顯示函數(shù)；3.2 按鍵

34、消除抖動模塊描述clock1s_flag：按鍵空閑標志位，如果在某個時刻的前250毫秒內(nèi)沒有其他按鍵事件， 那么該時刻按鍵是空閑的， 再不按鍵的情況下默認為不進行放大處理，按鍵空閑標志位置1；否則置 0，按鍵被認為與前一次是同一次，作無效處理。本設計需要消除由于單片機檢測按鍵狀態(tài)時間間隔過短，使得在一次按鍵活動中系統(tǒng)誤以為是好幾次按鍵而發(fā)生增益和數(shù)碼管顯示的跳變現(xiàn)象。我們可以通過編譯一個延時程序來消除按鍵抖動的現(xiàn)象，程序如下：unsigned int i; void time () for(i=0;i0;t-) for(i=19;i0;i-); 程序控制運算放大器- 17 - 4 軟件的調(diào)試軟

35、件設計是本次設計的重要組成部分。在單片機應用系統(tǒng)中， 最常用的程序設計就是模塊化程序設計。模塊化設計具有結(jié)構(gòu)清晰， 功能明確，設計簡便，程序模塊可以共享，便于功能擴展及程序維護等特點。本次設計中需要用到的一些設計軟件，其中keil uvision 4 ，proteus 7 professional就是主要的兩種設計軟件。keil uvision4是目前廣泛使用的單片機開發(fā)軟件，它集成了源程序編輯和程序調(diào)試于一體，支持匯編、c、pl/m 語言等源程序編輯語言。 proteus 7 professional主要用來畫電路原理圖，并進行仿真。4.1 keil 軟件的調(diào)試keil 軟件是目前最流行開發(fā)

36、51 單片機的軟件設計之一，提供了c編輯器，宏匯編，連接器，庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案， 通過一個集成的開發(fā)環(huán)境將這些部分組合在一起。我們通過 keil 軟件編寫的匯編源程序或者c語言源程序需要變?yōu)榭蓤?zhí)行代碼的擴展名為hex 的二進制文件機器碼才能在cpu 等微處理器上執(zhí)行。keil 軟件具體操作步驟如下：第一步 , 雙擊 keil uvision4桌面快捷圖標， 進入軟件主界面，然后從工 程 菜 單 中 選 擇新 建 工 程 既 為我 們 的 目 標 。新建工程名要體現(xiàn)出本設計大致意義，可以是中文和英文；第二步 , 設置好后就將該工程保存到桌面程控運放文件夾中；第三

37、步， 在 keil 開發(fā)環(huán)境中要為我們的設計選擇一個單片機型號，選 atmel 公司的 at89c52 單片機；第四步，確立了工程項目之后就算建立了工程項目，為此添加程序。點擊文件中的新建文本文檔然后在保存在工程項目所在的文件夾中；第五步，保存了.c 文件后就要將其添加到工程中去，鼠標右擊source group 1在彈出的菜單中選擇增加文件到source group 1中；程序控制運算放大器- 18 - 第六步，右擊 target 1，在打開的對話框中選擇options for target，然后在彈出的對話框中選擇輸出ouput 選項卡，在選擇生成hex 文件選項前打勾按確定退出。 編寫好

38、源程序后通過編譯連接執(zhí)行后生成可執(zhí)行二進制代碼文件hex 文件，并確定無錯誤后將此文件燒入單片機中檢測程序是否符合本次設計的要求。 反復調(diào)試直到最后無錯誤無警告即可！4.2 proteus軟件的調(diào)試4.2.1 proteus軟件的介紹proteus是英國 labcenter electronics公司出版的 eda 工具軟件。它不僅具有其它 eda 工具軟件的仿真功能， 還能仿真單片機及外圍器件，是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。proteus 是世界上著名的eda 工具( 仿真軟件 ) ，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到pcb 設計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的

39、完整設計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、pcb 設計軟件和虛擬模型仿真 軟 件 三 合 一 的 設 計 平 臺 ， 其 處 理 器 模 型 支 持 8051、 hc11 、pic10/12/16/18/24/30/dspic33 、avr、arm 、8086和 msp430等，2010年又增加了 cortex 和 dsp 系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持iar、keil 和 mplab 等多種編譯器。proteus軟件的特點：（1）全部滿足我們提出的單片機軟件仿真系統(tǒng)的標準，并在同類產(chǎn)品中具有明顯的優(yōu)勢；（2）具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機及其外圍電路組

40、成的系統(tǒng)的仿真、 rs 一 232 動態(tài)仿真、 1c 調(diào)試器、 spi調(diào)試器、鍵盤和 lcd 系統(tǒng)仿真的功能；（3）目前支持的單片機類型有：68000系列、8051 系列、avr 系列、pic12 系列、pic16 系列、pic18 系列、 z80 系列、hc11 系列以及各種外圍芯片；（4）支持大量的存儲器和外圍芯片。總之該軟件是一款集單片機和 spice分析于一身的仿真軟件，功能極其強大，可仿真51、avr 、pic。程序控制運算放大器- 19 - 4.2.2 proteus軟件的操作步驟第一步，雙擊桌面proteus軟件的快捷圖標，進入軟件界面；第二步，查找設計所需的各個器件，點擊按鈕“

41、p”，會彈出一個窗口，在 keywords 中輸入各個器件的關鍵詞，然后在從右邊的列表中選擇本次設計所用的器件，點確定；如下圖所示：圖 4.1 選擇所需器件第三步，重復第二步直到所有器件都找齊為止；第四步，將各個器件按設計連接起來；第五步， 雙擊 at89c52， 在彈出的窗口中將用keil 軟件生成的 hex文件加載進去中；如下圖所示：圖 4.2 加載 hex文件程序控制運算放大器- 20 - 第六步，按下運行開關， 然后分別按下四個按鈕，通過示波器觀察波形的變化情況以及數(shù)碼管的顯示情況。4. 3 仿真結(jié)果1.按下第一個按鍵，得到放大一倍的仿真結(jié)果如下圖所示：圖 4.3 放大一倍的仿真結(jié)果2

42、.按下第二個按鍵，得到放大20 倍的仿真結(jié)果如下圖所示：圖 4.4 放大 20 倍的仿真結(jié)果程序控制運算放大器- 21 - 3.按下第三個按鍵，得到放大30 倍的仿真結(jié)果如下圖所示：圖 4.5 放大 30 倍的仿真結(jié)果4.按下第四個按鍵，得到放大50 倍的仿真結(jié)果如下圖所示：圖 4.6 放大 50 倍的仿真結(jié)果程序控制運算放大器- 22 - 總結(jié)本論文首先對程序控制運算放大器進行了一個概述，介紹了它的種類、應用和特點，簡述了設計的要求并提出了符合要求的總體設計方案以及最終能夠?qū)崿F(xiàn)的功能。然后論文分別從硬件和軟件兩個方面對程序控制運算放大器的設計進行了詳細的分析和說明， 分別列出了硬件和軟件的開

43、發(fā)工具，最后詳細地介紹了軟件的調(diào)試過程?？偟膩碚f，此次畢業(yè)實習及畢業(yè)設計完成了任務書規(guī)定的各項要求，在學習c 語言、單片機等內(nèi)容的基礎上，進一步學習并實踐了程序的編譯和調(diào)試、 keil 和 proteus軟件的使用等多種實用技術(shù)，成功設計出一個功能符合要求的程序控制運算放大器。既學習了不少新的知識和技術(shù)，也親身體驗了軟件設計和開發(fā)的過程，個人覺得收獲頗豐。當然，這次設計的程序控制運算放大器還只是一個初級產(chǎn)品，還可以從以下幾方面進一步完善：1)通過改變增加開關的個數(shù)并且控制它們的分合狀態(tài)，來調(diào)整電阻的并聯(lián)和串聯(lián)的情況，理論上可以形成更多種不同的增益方式。2)調(diào)節(jié)精度，可以實現(xiàn)增益的逐級放大。3)

44、可以增加數(shù)碼管的個數(shù)，來顯示更詳細更準確地放大倍數(shù)（包括小數(shù)點的顯示）；4)可以增加低通、高通、帶通、帶阻等濾波器來得到滿足設計要求的信號頻率。最后敬請各位專家、 老師和同學對論文和今后的研究工作提出寶貴的指導意見和建議。程序控制運算放大器- 23 - 致謝參考文獻1 童試白，華成英 . 模擬電子技術(shù)基礎（第四版）m . 北京：高等教育出版社， 2009.2 閻 石.數(shù)字電子技術(shù)基礎（第五版）m . 北京：高等教育出版社，2009.3 姜志海，黃玉清，劉連鑫 . 單片機原理及應用（第二版） m. 北京：電子工業(yè)出版社， 2010.4 臧春華，邵杰，魏小龍 . 綜合電子系統(tǒng)設計與實踐m. 北京：北京航空航天大學出版社，北京理工大學出版社，