基于單片機的寬帶放大器設計

1、北京理工大學珠海學院2010屆本科生畢業(yè)設計1寬帶放大器簡介1.1什么是寬帶放大器工作頻率上限與下限之比甚大于1的放大電路。習慣上也常把相對頻帶寬度大于2030的放大器列入此類。這類電路主要用于對視頻信號、脈沖信號或射頻信號的放大。用于電視圖像信號放大的視頻放大器是一種典型的基帶型寬帶放大器，所放大的信號的頻率范圍可以從幾赫或幾十赫的低頻直到幾兆赫或幾十兆赫的高頻。這類放大器通常以電阻器為放大器的負載，以電容器作級間耦合。為了擴展帶寬，除了使其增益較低以外，通常還需要采用高頻和低頻補償措施，以使放大器的增益-頻率特性曲線的平坦部分向兩端延展?？梢詺w入寬帶放大器的還有用于時分多路通信、示波器、數(shù)

2、字電路等方面的基帶放大器或脈沖放大器（帶寬從幾赫到幾十或幾百兆赫），用于測量儀器的直流放大器（帶寬從直流到幾千赫或更高），以及音響設備中的高保真度音頻放大器（帶寬從幾十赫到幾十千赫）等。用于射頻信號放大的寬帶放大器（大多屬于帶通型），如雷達或通信接收機中的中頻放大器，其中心頻率為幾十兆赫或幾百兆赫，通帶寬度可達中心頻率的百分之幾十。1.1.2放大器的分類將其分為甲、乙、丙三類工作狀態(tài)。甲類放大器電流的流通角為360o，適用于小信號低功率放大。乙類放大器電流的流通角約等于 180o；丙類放大器電流的流通角則小于180o。乙類和丙類都適用于大功率工作丙類工作狀態(tài)的輸出功率和效率是三種工作狀態(tài)中最高

3、者。高頻功率放大器大多工作于丙類。但丙類放大器的電流波形失真太大，因而不能用于低頻功率放大，只能用于采用調諧回路作為負載的諧振功率放大。由于調諧回路具有濾波能力，回路電流與電壓仍然極近于正弦波形，失真很小。集成運算放大器主要類別下面對不同特性的集成運算放大器進行介紹。 1.通用型集成運算放大器通用型集成運算放大器是指它的技術參數(shù)比較適中，可滿足大多數(shù)情況下的使用要求。通用型集成運算放大器又分為型、型和型，其中型屬低增益運算放大器，型屬中增益運算放大器，型為高增益運算放大器。型和型基本上是早期的產品，其輸入失調電壓在2mV左右，開環(huán)增益一般大于80dB。2.高精度集成運算放大器高精度集成運算放大

4、器是指那些失調電壓小，溫度漂移非常小，以及增益、共模抑制比非常高的運算放大器。這類運算放大器的噪聲也比較小。其中單片高精度集成運算放大器的失調電壓可小到幾微伏，溫度漂移小到幾十微伏每攝氏度。3.高速型集成運算放大器高速型集成運算放大器的輸出電壓轉換速率很大，有的可達23kV/S。 4.高輸入阻抗集成運算放大器高輸入阻抗集成運算放大器的輸入阻抗十分大，輸入電流非常小。這類運算放大器的輸入級往往采用MOS管。5.低功耗集成運算放大器低功耗集成運算放大器工作時的電流非常小，電源電壓也很低，整個運算放大器的功耗僅為幾十微瓦。這類集成運算放大器多用于便攜式電子產品中。6.寬頻帶集成運算放大器寬頻帶集成運

5、算放大器的頻帶很寬，其單位增益帶寬可達千兆赫以上，往往用于寬頻帶放大電路中。 7.高壓型集成運算放大器一般集成運算放大器的供電電壓在15V以下，而高壓型集成運算放大器的供電電壓可達數(shù)十伏。8.功率型集成運算放大器功率型集成運算放大器的輸出級，可向負載提供比較大的功率輸出。1.2課題設計要求1.帶寬 3dB通頻帶為10kHz6MHz，可以擴展。 2.增益 （1）最小值為10dB，基本指標為40dB，最大值60dB。 （2） 可步進調節(jié)，在1058dB范圍內，步進間隔為6dB；要求更高時，步進間隔為2dB。（3）可預置增益值，并顯示。（4）預置增益值與實測增益值的誤差要求：在步進間隔為6dB時，誤

6、差小于2dB；在步進間隔為2dB時誤差小于1dB。（5）帶內增益平坦度要求：在增益為40dB時，在20kHz5MHz范圍內，增益起伏小于1dB。（6）自動增益控制要求：在4.5VV05.5V范圍內，AGC范圍20dB，即輸入信號的ViH/ViL大于12.2倍。 3.最大輸入電壓幅度（有效值） （1）基本要求3V；（2）擴展要求6.5V；（3）數(shù)字顯示正弦電壓有效值。 4.噪聲性能 在AV=58dB時，輸出噪聲峰峰值不大于0.5V。 5.輸入阻抗1k；負載電阻為600；單端輸入、單端輸出。 6.進一步提高各項技術指標，擴展功能。 對題意要求作了如上整理后，在作總體方案設計時，至少有三點思路易于明

7、確： （1）器件選擇必須選擇寬帶、低噪、增益可程控放大的器件，且這類器件必須從新型的高速寬帶運算放大器中去尋找；分立元件很難奏效。 （2）硬件系統(tǒng)；根據(jù)最大輸出電壓幅度和最大增益要求，系統(tǒng)可分為3級、2級或1級（滿足基本要求）來實現(xiàn)，每級的增益分配都不會太大，易于實現(xiàn)。 （3）增益指標這一項，內容較復雜，但主要都是依靠編程技術來完成。3.課題的意義 隨著社會生產力的發(fā)展，人們迫切地要求能夠遠距離隨時隨地迅速而準確地傳送多媒體信息。于是，無線通信技術得到了迅猛的發(fā)展，技術也越來越成熟。而寬帶放大器是上述通信系統(tǒng)和其它電子系統(tǒng)必不可少的一部分。由此可知，寬帶放大器在通信系統(tǒng)中起到非常重要的作用，于

8、是人們也對它的要求也越來越高。1.3總體方案設計方案一：選用結電容小，fT 高的晶體管，采用多種補償法，多級放大加深度負反饋，以及組合各種組態(tài)的放大電路形式，可以組成優(yōu)質的寬帶放大器，而且成本較低。但若要全部采用晶體管實現(xiàn)題目要求，有一定困難，首先高頻晶體管配對困難，不易購買；其次，理論計算往往與實際電路有一定差距，工作點不容易調整；而且，晶體管參數(shù)易受環(huán)境影響，影響系統(tǒng)總體性能。另外，晶體管電路增益調節(jié)較為復雜，不易實現(xiàn)題目要求的增益可調。方案二：使用專用的集成寬帶放大器。如TITHS6022、NE592等集成電路。通過外接少數(shù)的元件就可以滿足本題目要求，甚至遠超過題目要求的帶寬和增益的指標

9、，但這種放大器難以購買，價格較貴，靈活性不夠，不易滿足題目擴展功能要求。方案三：市面上有多種型號、各具特色的寬頻帶集成運算放大器。這些集成運算放大器有的通頻帶寬，有足夠的增益，有的可以輸出較高電壓，使用方便，有的甚至可以實現(xiàn)增益可調及AGC的功能?？傮w上硬件的實現(xiàn)和調試較為簡單，所以，我們決定采用多個集成運放級連實現(xiàn)本題目。圖21系統(tǒng)方框圖如2芯片介紹AD603運放性能介紹 由上可見，完成本題的關鍵在于選擇好寬帶、低噪、增益可控制的放大器件。，如選擇AD603、UA733等， AD603的有關技術性能。 3.AD603的特性 圖1為AD603的引腳圖，表1為其引腳功能，圖2為AD603原理框圖

10、，圖3為其最大增益與Rx之間的關系。這些圖表對了解AD603的電氣性能非常有用。 圖2-2 AD603引腳圖4.電氣性能 （1）增益特性 固定增益上限Av(0) ：與5、7腳之間的外接電阻Rx有關，Rx=0（5、7腳短接），Av(0)max=30dB。Rx=6.44k，Av(0)max=50dB。所以，固定增益的上限為（3050）dB。 增益衰減范圍：由內部R-2R精密梯形網絡實現(xiàn)，R=100，每節(jié)衰減6dB，共有7節(jié)，總的衰減能力約40dB。可見運放的增益在其上限之下，有40dB的可調范圍。 增益控制調節(jié)方法：1、2腳都是其控制電壓Vg的接入端，由Vg控制內部衰減網絡的無級變化，從而實現(xiàn)40

11、dB范圍內任一步進間隔的增益調節(jié)；Vg是1、2腳之間的電位差，范圍是-0.5V,0.5V，超出該范圍時，Vg的作用與區(qū)間端電壓相同；在Vg控制下，放大器的對數(shù)增益（以分貝表示）與Vg成線性關系（Vg的單位為V）：Av(Vg)=40Vg+(Gmax-20)(dB)。 圖2-3 AD603內部結構 圖2-4 AD603性能例如：當Rx=0，Gmax=30dB,Vg-0.5V，0.5V時,AV(Vg)范圍為:-1030dB。當調節(jié)范圍超過40dB時,需用級聯(lián)方式解決。 另外，控制端1、2腳之間輸入電阻達50M，對Vg接入電路不會產生影響；在內部，1、2腳與信號輸入端3、4腳之間無電的聯(lián)系。因此，Vg

12、調節(jié)增益是獨立進行的。 （2）帶寬 當Gmax=30dB時，BW0.7=90MHz；當Gmax=50dB時，BW0.7=9MHz，即單位增益帶寬接近3GHz；帶內增益起伏小于0.5dB；大信號電壓轉換速率：275V/s。 （3）低噪聲性能 1.3nV/Hz。故即使在100MHz頻帶里，噪聲峰-峰值也僅0.13V左右。 （4）輸入電阻 100。這是由其R-2R網絡決定的。因此為提高輸入阻抗，可采用寬帶運放跟隨器作輸入級。 （5）極限參數(shù)及應用范圍 表2為AD603極限參數(shù)及應用范圍。 5使用注意事項 （1） 輸入信號必須直接接在3、4腳上，否則影響精度。（2） 參考電壓必須非常穩(wěn)定。（3） 信號

13、輸入端宜加保護電路，以防過壓輸入。（4） 容易自激。電源和地之間加去耦電容，各級電源之間加電感線圈隔離。（5） 對容性負載敏感，易造成自激，當用同軸電纜連接輸出時，宜加緩沖器隔離。（6） 前后級易產生電磁耦合，必要時需用銅屏蔽盒隔離。（7）級聯(lián)運用時，因為Ri2=100，為防止后級輸入過流，應采取保護措施。（8）在5腳上加接4.7F電容接地，可適當提升高頻分量，改善幅頻特性。 2 理論分析及各模塊設計比較2.1增益分配本系統(tǒng)以可變增益增益放大器AD603為核心，其它各單元電路都是根據(jù)AD603及題目要求設計。題目要求最大增益要大于40dB，最大輸出電壓有效值大于等于3V，而中間級采用的可編程增

14、益放大器AD603對輸入電壓和輸出電壓均有限制，所以，必須合理分配三級放大器的放大倍數(shù)。AD603的最大輸出電壓有效值約為1.2V，假如要實現(xiàn)發(fā)揮部分的最大輸出電壓有效值大于等于6V的要求，即輸出電壓峰峰值 2×6×16.9 V， （2-1）為得到最大輸出電壓,則后級放大至少要有5倍。發(fā)現(xiàn)，AD603在輸出電壓過大時，波形會有失真。為了實現(xiàn)輸出不失真，同時盡量擴大輸出電壓，把AD603最大輸出電壓的峰峰值為定為2V左右，則放大倍數(shù) A 8.45 18.54 (dB) （2-2）故后級需要放大8.5倍，即18.6 dB。另外，AD603的輸入電壓峰峰值為1.4 V，所以前級放

15、大不宜過大，以免輸入大信號時會燒壞芯片?？紤]到AD603輸入電壓范圍，所以讓前級放大3.5倍。2.2 前級放大器根據(jù)上述AD603芯片的特點，可將前端放大器簡要設計如圖3-1-1所示。 前端跟隨器選用OPA642，其截止頻率達400MHz，跟隨線性度好；輸入電壓允許值與AD603相同。這樣，使系統(tǒng)輸入阻抗遠大于1k的要求。 為了滿足題目要求輸入阻抗大于1k，選取R1 = 2K，Rf =7K，則放大倍數(shù)A 3.5圖21 前級放大器圖2-2 opA6422.3 增益控制電路AD603的簡化原理框圖如圖 2-3-1所示，它由無源輸入衰減器、增益控制界面和固定增益放大器三部分組成。圖中加在梯型網絡輸入

16、端（VINP）的信號經衰減后，由固定增益放大器輸出，衰減量是由加在增益控制接口的電壓決定。增益的調整與其自身電壓值無關，而僅與其差值VG有關，由于控制電壓GPOS/GNEG端的輸入電阻高達50M，因而輸入電流很小，致使片內控制電路對提供增益控制電壓的外電路影響減小。而且，如果AD603的增益用dB表示，則與控制電壓成線性關系，以上特點很適合構成本題要求的放大器。圖23 AD603原理框圖中的“滑動臂”從左到右是可以連接移動的。當VOUT和FDBK兩管腳的連接不同時，其放大器的增益范圍也不一樣，帶寬在9MHz 90MHz之間為加大中間級的放大倍數(shù)及增益調節(jié)范圍，使用兩片AD603級聯(lián)作為中間級放

17、大。如果將AD603的5腳和7腳相連，單級AD603增益調整范圍為，1030 dB，帶寬為90MHz，兩級AD603級聯(lián)，使得增益可調范圍擴大到20 dB60 dB?？蓾M足題目要求的10dB58dB的增益調節(jié)。圖2-4 級聯(lián)AD603電路圖兩級AD603采用5V，5V電源供電，兩級的控制端GNEG都接地，另一控制端GPOS接D/A輸出，從而精確地控制AD603的增益。AD603的增益與控制電壓成線性關系，其增益控制端輸入電壓范圍為500mv500mv，增益調節(jié)范圍為40dB，當步進1dB時,控制端電壓需增大 VG25mv (2-3) 由于兩級AD603由同一電壓控制，所以，步進1dB的控制電壓

18、變化幅度為25mv/2=12.5mv。由于AD603的控制電壓需要比較精確的電壓值。使用12位的D/A轉換器AD667，其內部自帶10V基準電壓，其輸出電壓精度為0.00244V=2.44mv，可滿足指標要求。另外，通過A/D采樣輸出信號，由單片機計算后，再去調整D/A輸出電壓，就可實現(xiàn)AGC功能，擴大通頻帶。2.4輸出級電路設計后級輸出電路采用輸入阻抗較高的同相放大形式，前面分析過，為得到最大輸出電壓,后級放大倍數(shù)至少為 A 8.45 18.54 (dB) (2-4)則同相放大電路的增益Af = = 8.45 故 7.45 實際應用時，選取 Rf = 8.2K，R1 = 1 K。圖25 后級

19、放大電路實測時，發(fā)現(xiàn)此電路帶動600歐負載有些不夠，在頻率較高時輸出電壓峰峰值有較大下降，頻率增高后，由于壓擺率Sr限制，在高頻大信號輸入情況下，使得輸出電壓下降，故輸出電流下降，導致帶負載能力下降。為此，采取擴大輸出電流方式輸出來驅動負載。給運放擴流輸出有多種方式，最常用的為三極管射隨輸出，但會稍微降低輸出電壓幅度，對發(fā)揮部分中提高輸出幅度有影響。為此在運放輸出端加入兩個并聯(lián)的高速電流緩沖器來驅動負載，如圖3-5-2 。使用的電流緩沖器BUF634在負載為100歐姆時最大輸出電流250mA，其單位增益帶寬可在30M180M變化，由于本題對功率要求不高，使用BUF634完全可以滿足題目要求的指

20、標。2.5 放大部分方案一:直接采用高帶寬的放大器和電阻網絡,其增益調節(jié)可以通過調節(jié)反饋電阻來控制,其基本電路框圖如圖一所示.但是它的增益預先設定,調整困難,且增益與放大倍數(shù)成非線性變化,實現(xiàn)步進6dB誤差較大,精確度不高.故沒有選用. 圖4-1方案二:采用可編程控制放大器的思想,將輸入的交流信號作為高速D/A的基準電壓, 在其后加上寬帶放大器,可以實現(xiàn)增益的自由選擇,但是這種方案對放大器的要求較高, 且需要高帶寬的運算放大器.若D/A的轉換位數(shù)為N位,就必須要求能實現(xiàn)2N倍放大的運算放大器.方框圖見圖二. 圖2-6方案三:使用控制電壓與增益成線性關系的可編程增益放大器AD603,用控制電壓和

21、增益成線性關系的可變增益放大器來實現(xiàn)增益控制.用電壓控制增益,便于單片機控制,同時可以減少噪聲和干擾.綜上所述,選用方案三,采用電壓控制可變增益放大器AD603作為增益控制.AD603是一款低噪聲,精密控制的可變增益放大器,溫度穩(wěn)定性好,最大增益誤差為0.5dB,滿足題目要求的精度,其增益與控制電壓成線性關系,因此,可以很方便的用D/A轉換器輸出電壓來控制放大器的增益.2.6 測量有效值部分 方案一 利用高速ADC對電壓進行采樣，將一周期內的數(shù)據(jù)輸入單片機并計算其均方根值，即可得出電壓有效值： 此方案具有抗干擾能力強、設計靈活、精度高等優(yōu)點，但調試困難，高頻時采樣難且計算量大，增加了軟件難度。

22、 方案二 對信號進行精密整流并積分，得到正弦電壓的平均值，再進行ADC采樣，利用平均值和有效值之間的簡單換算關系，計算出有效值顯示。只用了簡單的整流濾波電路和單片機就可以完成交流信號有效值的測量。但此方法對非正弦波的測量會引起較大的誤差。 方案三 采用集成真有效值變換芯片，直接輸出被測信號的真有效值。這樣可以實現(xiàn)對任意波形的有效值測量。 綜上所述，采用方案三，變換芯片選用AD637。AD637是真有效值變換芯片，它可測量的信號有效值可高達7V，精度優(yōu)于0.5，且外圍元件少，頻帶寬，對于一個有效值為1V的信號，它的3dB帶寬為8MHz,并且可以對輸入信號的電平以dB形式指示，該方案硬件、軟件簡單

23、，精度也很高，但不適用于高于8MHz的信號。 此方案硬件易實現(xiàn)，并且8MHz以下時候測得的有效值的精度可以保證，在題目要求的通頻帶10kHz6MHz內精度較高。8MHz以上輸出信號可采用高頻峰值檢測的方法來測量，但是由于時間關系，高于8MHz的信號未能測量顯示。 （2-6） 2.7 輸入緩沖和增益控制部分 為輸入緩沖和增益控制電路，由于AD603的輸入電阻只有100，要滿足輸入電阻大于2.4k的要求，必須加入輸入緩沖部分用以提高輸入阻抗；另外前級電路對整個電路的噪聲影響非常大，必須盡量減少噪聲。故采用高速低噪聲電壓反饋型運放OPA642作前級跟隨，同時在輸入端加上二極管過壓保護。 輸入部分先用

24、電阻分壓衰減，再由低噪聲高速運放OPA642放大，整體上還是一個跟隨器，二極管可以保護輸入到OPA642的電壓峰峰值不超過其極限（2V）。其輸入阻抗大于2.4k。OPA642的增益帶寬積為400MHz，這里放大3.4倍，100MHz以上的信號被衰減。輸入輸出端口P1、P2由同軸電纜連接，以防自激。級間耦合采用電解電容并聯(lián)高頻瓷片電容的方法，兼顧高頻和低頻信號。 圖2-7增益控制部分裝在屏蔽盒中，盒內采用多點接地和就近接地的方法避免自激，部分電容電阻采用貼片封裝，使得輸入級連線盡可能短。該部分采用AD603典型接法中通頻帶最寬的一種，通頻帶為90MHz，增益為10+30dB，輸入控制電壓U的范圍

25、為0.50.5V。圖6為AD603接成90MHz帶寬的典型方法。 增益和控制電壓的關系為：AG(dB)=40×U+10，一級的控制范圍只有40dB，使用兩級串聯(lián)，增益為AG(dB)=40×U1+40×U2+20，增益范圍是20+60dB，滿足題目要求。 由于兩級放大電路幅頻響應曲線相同，所以當兩級AD603串聯(lián)后，帶寬會有所下降，串聯(lián)前各級帶寬為90MHz左右，兩級放大電路串聯(lián)后總的3dB帶寬對應著單級放大電路1.5dB帶寬，根據(jù)幅頻響應曲線可得出級聯(lián)后的總帶寬為60MH2.8.功率放大部分及峰值檢波電路 參考音頻放大器中驅動級電路，考慮到負載電阻為600，輸出有

26、效值大于6V，而AD603輸出最大有效值在2V左右，故選用兩級三極管進行直流耦合和發(fā)射結直流負反饋來構建末級功率放大，第一級進行電壓放大，整個功放電路的電壓增益在這一級，第二級進行電壓合成和電流放大，將第一級輸出的雙端信號變成單端信號，同時提高帶負載的能力，如果需要更大的驅動能力則需要在后級增加三極管跟隨器，實際上加上跟隨器后通頻帶急劇下降，原因是跟隨器的結電容被等效放大，當輸入信號頻率很高時，輸出級直流電流很大而輸出信號很小。使用2級放大已足以滿足要求。選用NSC的2N3904和2N3906三極管（特征頻率fT250300MHz）可達到25MHz的帶寬。整個電路沒有使用頻率補償，可對DC到2

27、0MHz的信號進行線性放大，在20MHz以下增益非常平穩(wěn)，為穩(wěn)定直流特性。我們將反饋回路用電容串聯(lián)接地，加大直流負反饋，但這會使低頻響應變差，實際上這樣做只是把通頻帶的低頻下限頻率從DC提高到1kHz，但電路的穩(wěn)定性提高了很多。 本電路放大倍數(shù)為：AG1R10/R9 ，整個功放電路電壓放大約10倍。通過調節(jié)R10來調節(jié)增益，根據(jù)電源電壓調節(jié)R7可調節(jié)工作點。 2 峰值檢波電路為了測量并顯示輸出信號的有效值,須加入峰值檢波電路,最簡單值檢波電路僅僅由一個二級管和一個電容就可組成,但是為了提高精確度,在實驗中采用了由運放所構成的峰值檢波電路,其電路圖如下圖所示.圖中,A1組成一線性半波整流電路,A

28、2組成一加法電路,兩者構成一線性全波整流電路,后端接上一電容后就實現(xiàn)了峰值檢波的目的.此電路穩(wěn)定性較好,達到了峰值檢波的要求.圖2-82.9 Protel dxp概述電路設計自動化（EDA），是指將電路設計中各種工作交由計算機來協(xié)助完成，.如電路圖（schematic）的繪制，印制電路板（pcb）文件的制作，電路仿真（simulation）等設計工作。隨著電子工業(yè)的發(fā)展，大規(guī)模集成電路的使用使得電路板走線愈加靜謐和復雜，從而促進了電子線路cad軟件的產生。Protel則是眾多軟件中突出的代表，它操作簡單，易學易用，而且功能強大。Protel自1985年由altium公司開發(fā)至今，已經有多個版本

29、。1 protel dxp的特點 （1）通過設計文檔包的方式，將原理圖編輯，電路仿真，pcb設計及打印這些功能有機的結合在一起，提供了一個集成開發(fā)的環(huán)境（2）提供了混合電路仿真功能，對能否正確驗證原理圖電路中某些功能模塊提供了方便。（3）提供了豐富的原理圖庫和pcb封裝庫，并且為設計新的器件提供了封裝向導程序，從而簡化了封裝設計過程。（4）提供了層次原理圖設計方法，支持“自上而下”的設計思想，使大型電路設計的工作開發(fā)成為可能（5）提供老讓強大的差錯功能。原理圖中的erc工具和pcb的drc工具能幫助設計者更快的查出和改正錯誤。（6）全面兼容的fpga設計功能，這也是以前版本所沒有的。2.原理圖

30、編輯系統(tǒng)1 支持多通道設計隨著電路的日益復雜，電路設計的方法也日益層次化，完全相同的子模塊可以多次重復輸入，不必一一布線布局。設計者先在一個項目中單獨繪制并處理好每個子電路，然后將他們連接起來，protel的原理圖編輯環(huán)境提供了多通道設計需要的全部功能。2 豐富靈活的編輯功能自動布線功能：在設計原理圖時，有一些專門的自動化特性來加速電器、件的連接，電氣柵格特性提供了所有電器件的自動連接功能。一旦光標進入電氣柵格的范圍，它會自動連接到最近的電氣“熱點”上，這種功能，使得連接線路的工作變的非常容易 便捷的選擇功能：設計者可以選擇全體，也可以選擇某個單項或是某一個區(qū)域，可以對選擇中的對象執(zhí)行移動，旋

31、轉，也可以執(zhí)行復制，黏貼等功能。3 強大的自動化設計功能在protel原理圖編輯環(huán)境中，不但可以設計原理圖，還可以看到原理圖的連接信息，由連接檢查器來檢查設計，有強大的錯誤提示功能，提示原理圖中的錯誤信息。4.強大的庫管理功能 用戶可以打開任意的數(shù)目庫文件，而且不用離開原來的編輯環(huán)境就能直接訪問需要的庫文件，通過網絡，還能訪問多用戶庫。5.電路信號仿真模塊 傳統(tǒng)的pcb板的設計依次經過電路設計，版圖設計，pcb制作等工序，而pcb的性能只能通過一系列儀器測試電路板原型來評定。如果設計的pcb板不能滿足性能要求，上訴的過程就需要經過多次的重復，尤其是有些問題往往很難將其量化，因此就不可避免的要重

32、復設計過程。6信號完整性分析 Protel中包含了一套完整高效的仿真器，能分析pcb的設計參數(shù)，如果pcb中任何一個設計要求有問題，都可以進行信號的完整性分析，以確定問題所在。 3.PCB編輯系統(tǒng)(1).32位的EDA系統(tǒng) Pcb可以支持32層的電路板設計，板層最大可以到2540mm*2540mm。 可以任意角度旋轉 同時支持水滴焊盤和異型焊盤。(2).方便的編輯環(huán)境 交互式全局編輯，方便的快捷鍵設計，支持多次撤銷和重復做功能。 支持本地編輯和網絡編輯 能同時顯示引腳和連接在引腳上的網絡號。 手工布線時可以去除回路。(3).強大的自動化功能 基于人工智能的自動化布線功能，以實現(xiàn)pcb版面的優(yōu)化

33、設計。 高級自動化布線器采用了拆線重試的迷宮式算法，可以同時處理所有層的布線工作。能做到過孔數(shù)目最少，網絡按指定的優(yōu)先順序布線。 在線式設計規(guī)則檢查。編輯時，系統(tǒng)能自動提示設計中不合理的地方，方便用戶及時更正。(4)方便的庫管理功能用戶可以打開任意數(shù)目的庫文件，而且不用離開原來編輯環(huán)境就能直接訪問需要的庫文件通過網絡，還能訪問多用戶庫。(5).完備的輸出系統(tǒng) 支持windows平臺上的所有的外部設備 能生成NC和pick&place文件。2.10 電路布局及抗干擾設計： 由于放大器頻帶很寬，且級數(shù)較多，整個系統(tǒng)容易自激，必須采用有效措施抑制自激發(fā)生，因此電路布局對整個系統(tǒng)性能起著至關重

34、要的作用。由于時間關系，采用通用板進行焊接。焊接時使信號沿同一方向傳輸，信號線盡量不交叉，保證所有連線做到“橫平豎直”；數(shù)字信號和模擬信號地分別接地，防止模擬信號被數(shù)字信號干擾；加粗地線，在每級放大器的周圍鋪一圈地，使得信號串擾被最大限度抑制掉。 每一級運放的電源都從自制電源板直接引入，并加上去耦電容及扼流圈，以減小電源紋波對信號的干擾。 系統(tǒng)總的增益為080dB，前級輸入緩沖和增益控制部分增益最大可達60dB，因此抗干擾措施必須要做得很好才能避免自激和減少噪聲。我們采用下述方法減少干擾，避免自激： （1）將輸入部分和增益控制部分裝在屏蔽盒中，避免級間干擾和高頻自激； （2） 電源隔離，各級供

35、電采用電感隔離，輸入級和功率輸出級采用隔離供電，各部分電源通過電感隔離，輸入級電源靠近屏蔽盒就近接上1000F電解電容，盒內接高頻瓷片電容，通過這種方法可避免低頻自激； （3） 所有信號耦合用電解電容兩端并接高頻瓷片電容以避免高頻增益下降； （4） 構建閉路環(huán)。在輸入級，將整個運放用較粗的地線包圍，可吸收高頻信號減少噪聲。在增益控制部分和后級功率放大部分也都采用了此方法。在功率級，此法可以有效地避免高頻輻射； （5） 數(shù)模隔離。數(shù)字部分和模擬部分之間除了電源隔離之外，還將各控制信號用電感隔離； （6） 使用同軸電纜，輸入級和輸出級使用BNC接頭，輸入級和功率級之間用同軸電纜連接。 實踐證明,電

36、路的抗干擾措施比較好，在1kHz20MHz的通頻帶范圍和080dB增益范圍內都沒有自激。 本系統(tǒng)單片機控制部分采用反饋控制方式，通過輸出電壓采樣來控制電壓增益。3軟件部分3.1 51單片機的基本結構1主要組成部分（1） cpu系統(tǒng)：8位cpu，含布爾處理器，時鐘電路，（2） 存儲器系統(tǒng)：4k字節(jié)的程序存儲器，128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器，特殊功能存儲器sfr（3） I/O口和其它功能單元：4個并行I/O口，2個16位定時/計數(shù)器，1個全雙工異步串行口，中斷系統(tǒng)。引腳介紹（1） 電源及時鐘引腳Vcc：電源接入引腳；Vss：接地引腳；XTAL1：晶體振蕩器接入的一個引腳；XTAL2：晶體振蕩器接入的另一

37、個引腳；（2） 控制線引腳RST/Vpd：復位信號引腳/備用電源輸入引腳；ALE/PROG:地址鎖存充許信號輸出引腳/編程脈沖輸入引腳；/EA/Vpp：內外存儲器選擇引腳/片內EPROM編程電壓輸入引腳/PSEN：外部程序存儲器選通信號輸入引腳（3） 并行I/O引腳P0.0P0.7：一般I/O口引腳或數(shù)據(jù)/低位地址總線復用引腳；P1.0P1.7：一般I/O口引腳；P2.0P2.7：一般I/O口引腳或高位地址總線引腳；P3.0P3.7：一般I/O口引腳或第二功能引腳；2 AT89C52 AT89C52是低功耗,高性能的CMOS8位單片機，片上帶有8k flash 存儲器，且充許在系統(tǒng)改寫或用編輯

38、器編程。另外，at89c52的指令系統(tǒng)和引腳80c52完全兼容。所以，at89c52單片機應用極為廣泛。 D/A,A/D轉換器是計算機控制系統(tǒng)中常用的芯片，它們可以把數(shù)字信號轉換成模擬信號輸出到外部設備，或把模擬信號轉換成數(shù)字信號輸入到計算機。 D/A轉換器主要由基準電壓,模擬電子開關,電阻解碼網絡和運算放大器組成。從分辨率來說，有8位,10位,12位,16位之分。位數(shù)越多，分辨率越高。DAC0832是一種8位的D/A轉換器，輸出為電流型，如果需要轉換結果為電壓，則需外接電流-電壓轉換電路。 DAC0832有三種工作方式，改變Ile,/WR1,/WR2./XFER的連接方式，可使DAC0832

39、工作于單緩沖器.雙緩沖器及直通方式。 A/D轉換器的種類有逐次逼近式.雙積分式.計數(shù)比較式等。3.2 keil軟件的介紹Keil C 編譯器常見警告與錯誤信息的解決方法1. Warning 280:i:unreferenced local variable說明局部變量i 在函數(shù)中未作任何的存取操作解決方法消除函數(shù)中i 變量的宣告2 Warning 206:Music3:missing function-prototype說明Music3( )函數(shù)未作宣告或未作外部宣告所以無法給其他函數(shù)調用解決方法將敘述void Music3(void)寫在程序的最前端作宣告如果是其他文件的函數(shù)則要寫成exte

40、rn void Music3(void),即作外部宣告3 Compling :C:8051MANN.CError:318:cant open file beep.h說明在編譯C:8051MANN.C 程序過程中由于main.c 用了指令#include “beep.h”,但卻找不到所致解決方法編寫一個beep.h 的包含檔并存入到c:8051 的工作目錄中4 Compling:C:8051LED.CError 237:LedOn:function already has a body說明LedOn( )函數(shù)名稱重復定義即有兩個以上一樣的函數(shù)名稱解決方法修正其中的一個函數(shù)名稱使得函數(shù)名稱都是獨立

41、的5 *WARNING 16:UNCALLED SEGMENT,IGNORED FOR OVERLAY PROCESSSEGMENT: ?PR?_DELAYX1MS?DELAY說明DelayX1ms( )函數(shù)未被其它函數(shù)調用也會占用程序記憶體空間解決方法去掉DelayX1ms( )函數(shù)或利用條件編譯#if .#endif,可保留該函數(shù)并不編譯6 *WARNING 6 :XDATA SPACE MEMORY OVERLAPFROM : 0025HTO: 0025H說明外部資料ROM 的0025H 重復定義地址解決方法外部資料ROM 的定義如下Pdata unsigned char XFR_ADC

42、 _at_0x25 其中XFR_ADC 變量的名稱為0x25,請檢查是否有其它的變量名稱也是定義在0x25 處并修正它7 WARNING 206:DelayX1ms: missing function-prototypeC:8051INPUT.CError 267 :DelayX1ms :requires ANSI-style prototype C:8051INPUT.C說明程序中有調用DelayX1ms 函數(shù)但該函數(shù)沒定義即未編寫程序內容或函數(shù)已定義但未作宣告解決方法編寫DelayX1ms 的內容編寫完后也要作宣告或作外部宣告可在delay.h的包含檔宣告成外部以便其它函數(shù)調用8 *WAR

43、NING 1:UNRESOLVED EXTERNAL SYMBOLSYMBOL:MUSIC3MODULE:C:8051MUSIC.OBJ(MUSIC)*WARNING 2:REFERENCE MADE TO UNRESOLVED EXTERNALSYMBOL:MUSIC3MODULE:C:8051MUSIC.OBJ(MUSIC)ADDRESS:0018H說明程序中有調用MUSIC 函數(shù)但未將該函數(shù)的含擴檔C 加入到工程檔Prj 作編譯和連接解決方法設MUSIC3 函數(shù)在MUSIC C 里將MUSIC C 添加到工程文件中去9 *ERROR 107:ADDESS SPACE OVERFLOWSP

44、ACE: DATASEGMENT: _DATA_GOUP_LENGTH: 0018H*ERROR 118: REFERENCE MADE TO ERRONEOUS EXTERNALSYMBOL: VOLUMEMODULE: C:8051OSDM.OBJ (OSDM)ADDRESS: 4036H說明data 存儲空間的地址范圍為00x7f,當公用變量數(shù)目和函數(shù)里的局部變量如果存儲模式設為SMALL 則局部變量先使用工作寄存器R2R7 作暫存當存儲器不夠用時則會以data 型別的空間作暫存的個數(shù)超過0x7f 時就會出現(xiàn)地址不夠的現(xiàn)象解決方法將以data 型別定義的公共變量修改為idata 型別的定

45、義3.3 單片機總體設計單片機系統(tǒng)采用AT89C52為核心，時鐘信號采用12MHz晶體，擴展了32k的外部數(shù)據(jù)存儲器，采樣FLASH ROM 28C256作為外部數(shù)據(jù)存儲器，可以保存預置增益值。采用可編程鍵盤專用接口芯片8279擴展鍵盤；顯示部分采用128×64的點陣液晶顯示器，A/D轉換器用AD1674，D/A轉換器用AD667。看門狗MAX813單片機系統(tǒng)方框圖：128×64液晶顯示屏外部數(shù)據(jù)存儲器89C52A/D轉換器AD1674D/A轉換器AD6678×2 鍵盤 圖3-1 總體方框圖鍵盤控制模塊：用8279控制8×2鍵盤，鍵盤掃描方式采用編碼方式

46、，由于8279能夠自動消除按鍵抖動，以及可以使用中斷方式處理按鍵。所以，使用8279可以代替單片機完成鍵盤的許多接口操作，從而大大的減輕了單片機的負擔，使單片機可以騰出更多資源。液晶顯示模塊：本系統(tǒng)采用信利的MSC-G12864DYSY-5W作為顯示器，該液晶屏是128×64的點陣液晶顯示屏，可通過控制字實現(xiàn)指令和數(shù)據(jù)的寫入，但顯示數(shù)據(jù)占用的存儲器空間太大，因此，系統(tǒng)上加了一個512k的Flash Rom（29F040），將國標漢字點陣信息存放在Flash Rom中，顯示漢字時，只需給出內碼，由內碼算出該漢字點陣存放的地址，讀取后送顯。漢字的內碼有兩個字節(jié)（X，Y），X，Y為16進制

47、數(shù)，由內碼算漢字點陣在字庫中存放位置的公式為： offset10H×（X0A1H）×5EH（Y0A1H） (5-1)由于29F040的地址線超過16根，我們用單片機和CPLD配合控制它，單片機每次從字庫中讀出一個漢字的點陣信息共32個字節(jié)，所以由單片機給出高位地址，CPLD給出低五位地址，將字庫中的點陣信息讀入單片機。D/A轉換器采用AD667，AD667是12位的D/A轉換器，由它輸出控制電壓給AD603的控制端GPOS，精確控制AD603的增益，達到增益控制的目的。A/D轉換器使用AD1674，AD1674是12位的A/D轉換器，其管腳與AD574兼容，并帶采樣保持。用

48、于采樣輸出信號，送由單片機計算并顯示輸出正弦電壓有效值及峰峰值，并與D/A配合實現(xiàn)AGC功能。圖3-2 程序流程圖軟件設計：由于本系統(tǒng)中單片機只起控制增益和顯示的作用，所以軟件設計比較簡單。啟動后進入增益控制界面，可以通過按鍵調節(jié)增益，步進1dB，還可以切換顯示輸出正弦電壓有效值和峰峰值，以及切換到AGC功能。3.4測試數(shù)據(jù)：（1） 輸入電阻：測試方法：在信號源與輸入端串一個2k的電阻（圖3-1-1），測量輸入端的電壓值，比信號源顯示的電壓小一半，可知，系統(tǒng)的輸入電阻為2k，滿足題目要求的輸入阻抗1k圖3-3 輸入阻抗測量幅頻特性 測試方法：一般寬帶放大器測試有兩種方法，即“穩(wěn)態(tài)法”與“暫態(tài)法

49、”。根據(jù)題目要求的測試參數(shù)，我們選用“穩(wěn)態(tài)法”測量。“穩(wěn)態(tài)法”是以正弦波作為輸入信號，在頻域內研究放大器的特性。根據(jù)要求采用點頻法。3.5結論從指標來看,各方面的指標基本達到了要求,但由于模擬板調試困難,用來測量輸出電壓有效值的峰值檢波電路沒有調試成功,致使后面的有效值顯示和自動控制增益部分沒有達到要求.但總體來看還是很成功的,得到了較高的增益和較小的噪聲. 參考文獻：1 李華:MCS-51系列單片機實用接口技術M. 航天航空大學出版社,1999。2 張肅文,陸兆文:高頻電子電路M,高等教育出版社.1993.第三版。3 康光華,陳大欽:電子技術基礎（模擬部分）M，高等教育出版社.1999.6.

50、第四版。4 陳汝全: 電子技術常用器件手冊M,機械工業(yè)出版社,1994。5 魯兵,楊楚民: 基于單片機系統(tǒng)的顯示接口M,機械與電子出版社,1992。6 孫函芳,徐愛卿:MCS-51系列單片機原理及應用M,北京航天航空大學,1996。7 何立民: MCS-51系列單片機應用系統(tǒng)設計,系統(tǒng)配置與接口技術M, 北京航天航空大學,1995。8 陳書開,潭漢松: 單片計算機的硬件軟件及設計M, 中南工業(yè)大學出版社,1994。9 王瑩瑩，汪東:protel dxp 電路設計實例教程M,清華大學出版社，2008。10 李全利，遲榮強:單片機原理及接口技術M,高等教育出版社，2004。一 總體圖二 程序#in

51、clude<reg51.h>#include<absacc.h>#define COM8279 XBYTE 0x2fff #define DAT8279 XBYTE 0x2ffe #define COM8155 XBYTE 0x1f00 #define PA8155 XBYTE 0x1f01 #define PB8155 XBYTE 0x1f02 #define PC8155 XBYTE 0x1f03 #define AD0809 XBYTE 0x7fff #define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar code HELLO6=0x00,0x3f,0x38