自動(dòng)增益控制放大器解析

1、吉首大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告書課 程 單片機(jī)課程設(shè)計(jì)課 題：自動(dòng)增益控制放大器姓 名：學(xué) 號(hào)：專 業(yè)：年 級(jí)：指導(dǎo)教師： 基地指導(dǎo)教師：2014年 11月、輸入一個(gè)電壓為、輸入一個(gè)電壓為、輸入一個(gè)電壓為 二、提高部分、輸入一個(gè)電壓為、輸入一個(gè)電壓為、輸入一個(gè)電壓為、項(xiàng)目介紹與設(shè)計(jì)目的（1）此為2014年湖南電子設(shè)計(jì)大賽 C題的設(shè)計(jì)報(bào)告，要求為:一、基礎(chǔ)部分0.01-0.03V的直流電壓（峰值），要求輸出電壓為10V（峰值）0.1V的直流電壓（峰值），要求輸出電壓為10V （峰值）10V的直流電壓（峰值），要求輸出電壓為10V（峰值）0.01-0.03V的交流電壓（峰值），要求輸出電壓

2、為10V（峰值）0.1V的交流電壓（峰值），要求輸出電壓為10V （峰值）10V的交流電壓（峰值），要求輸出電壓為10V（峰值）（2）目的在于培養(yǎng)我們的實(shí)踐創(chuàng)新意識(shí)與基本能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作的人文精神和理論聯(lián)系實(shí)際的學(xué)風(fēng); 有助于我們工程實(shí)踐素質(zhì)的培養(yǎng)、提高我們針對(duì)實(shí)際問題進(jìn)行電子設(shè)計(jì)制作的能力。二計(jì)方1.項(xiàng)目環(huán)境要求基于MSP43C單片機(jī)2.項(xiàng)目功能模塊1、放大電路：考慮到負(fù)載電阻為 10Q，輸出值要等于10V,所以電壓仍需放大，第 1部分為輸入緩沖和固定增益放大 模塊，運(yùn)放搭建電壓跟隨器作為輸入緩沖，同時(shí)提高輸入阻抗，固定增益放大部分將輸入的微弱信號(hào)放大到適合后級(jí)處理的電壓范圍，前級(jí)放大將小信號(hào)

3、放大 50倍。VCA810增益控制電路增益后達(dá)不到所需要求，所以在后又加了一個(gè)放大電路圖一為前級(jí)放大電路，圖二為后級(jí)放大電路3設(shè)計(jì)內(nèi)容一、總體設(shè)計(jì)思想。根據(jù)要求，總體電路可由三個(gè)電路構(gòu)成：1.前級(jí)放大電路；2.自動(dòng)增益電路；3.后級(jí)放大電路。前級(jí)放大自動(dòng)增益后級(jí)放大1、放大電路方案一：選擇運(yùn)放 LM324, LM324是四運(yùn)放集成電路，正負(fù)電源供電，無(wú)需外部偏置元件，但對(duì)高頻信號(hào) 的放大效果不好。方案二：選用運(yùn)放卩A74,是高增益單運(yùn)算放大器，也是正負(fù)電源供電，適應(yīng)電壓范圍廣，對(duì)高頻信號(hào)的放大效果較好。綜合兩個(gè)方案，選擇方案二2、增益控制部分方案一：采用場(chǎng)效應(yīng)管或三極管控制增益。主要利用場(chǎng)效應(yīng)

4、管的可變電阻區(qū)(或三極管等效為壓控電阻)實(shí)現(xiàn)增益控制，本方案由于采用大量分立元件，電路復(fù)雜，穩(wěn)定性差。方案二：根據(jù)題目對(duì)放大電路增益可控的要求，考慮直接選取可調(diào)增益的運(yùn)放實(shí)現(xiàn)(如運(yùn)放VCA810)。其特點(diǎn)是以dB為單位進(jìn)行調(diào)節(jié)，可調(diào)增益土40dB,可以用單片機(jī)方便地預(yù)置增益。方案三電路集成度高、條理較清晰、控制方便、易于數(shù)字化用單片機(jī)處理。所以本系統(tǒng)采用方案三。二、理論分析與計(jì)算前后級(jí)固定增益放大器為同相比例運(yùn)算電路，根據(jù)虛短與虛段的概念，可求出公式uo= (1+Rf/R )u1根據(jù)前后電壓放大倍數(shù)，及增益的計(jì)算公式，gain=20log (VOUT/VIN),可以算出前后放大的固定增益大約為

5、50db。由于VCA810的線性增益調(diào)節(jié)范圍為-4040 dB,如圖所示。但經(jīng)實(shí)際電路測(cè)試當(dāng)增益高于30 dB或者低于-30db時(shí)，電路容易出現(xiàn)自激振蕩，由于前后級(jí)固定增益大約為50db,加上VCA810的增益調(diào)節(jié)范圍后實(shí)際圖像不失真范圍可達(dá)到0-80db的增益，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)到所需要求。三、整體方案流程圖1、硬件電路流程圖輸入信號(hào)前級(jí)放大電路自動(dòng) 增益 電路是后級(jí) 放大 電路2、程序流程圖:3、算法：首先，通過(guò)ADC_C采樣輸入信號(hào)的峰值 Vpp_O,根據(jù)ADC_O的值確定DAC輸出值；然后同ADC_1采樣輸出 信號(hào)峰值Vpp_1,經(jīng)PID算法處理，反饋調(diào)節(jié) DAC俞出值，使輸出放大電壓穩(wěn)定。四、系

6、統(tǒng)測(cè)試及數(shù)據(jù)分析1、測(cè)試方法（1）用直流穩(wěn)壓源輸入要求幅值的信號(hào)（2 ）用示波器觀察輸出信號(hào)幅值，2、測(cè)試儀器（1）直流穩(wěn)壓源 030V/2A（2 ）函數(shù)信號(hào)發(fā)生器（3）雙蹤示波器三、總結(jié)和分析1、測(cè)試數(shù)據(jù)基礎(chǔ)部分直流信號(hào)幅值0.010.020.030.110輸出電壓9.5810.410.310.311.62、數(shù)據(jù)分析由表數(shù)據(jù)在0.03V以下范圍內(nèi)輸出電壓控制并不穩(wěn)定，但是誤差較小，在 0.1V與10V輸出時(shí)誤差較大，但較穩(wěn)定，且整體電路增益倍數(shù)已超過(guò)題目要求。3、結(jié)論3.1作品達(dá)到了題目所有基本和部分?jǐn)U展功能及指標(biāo)的要求：（1）完成了基本要求，但誤差較大（2 ）。 作品在高頻率中失真較嚴(yán)重，

7、在低頻率下波形較好，但是不太穩(wěn)定。（3）輸入電壓在 TFT屏上可以顯示，且精度高于穩(wěn)壓源電壓，便于數(shù)據(jù)記錄。3.2存在冋題及改進(jìn)措施： 冋題：對(duì)電路增益控制不太精確，且電壓過(guò)小時(shí)會(huì)出現(xiàn)失真。 措施：需要對(duì)軟件的程控分析的更加細(xì)致，冋時(shí)硬件進(jìn)行電路改進(jìn)減少誤差，使用更廉價(jià)的芯片或者運(yùn) 放達(dá)到所需要要求。部分設(shè)計(jì)代碼：void mai n()un sig ned int adNum5;float valueO,value1,V1;float V2=0.5,VG1,VG2,VG3,Vg1;uin t gai n,VG=0;Lcdl ni t();V1=0.52;while(1)Pcf8591Se n

8、dByte(3);/發(fā)送外部輸入電壓轉(zhuǎn)換命令adNum0= Pcf8591ReadByte()*2;將前一次轉(zhuǎn)換結(jié)果讀走value0=adNum0/2*0.01953; / 轉(zhuǎn)為電壓值/ value0=value0*100;adNum0=value0*100; /保留兩位小數(shù)LcdWriteCom(0x80+0x40);LcdWriteData('0'+adNum0%1000/100);LcdWriteData(T);LcdWriteData('0'+adNum0%100/10);LcdWriteData('0'+adNum0%10);LcdWr

9、iteData('V');adNum0=Pcf8591ReadByte()*2; /ADC讀取外部輸入電壓Pcf8591Se ndByte(2);/ 發(fā)送轉(zhuǎn)換命令adNum1=Pcf8591ReadByte()*2;value 仁adNum1/2*0.01953; / 轉(zhuǎn)為電壓值 adNum1=value1*100; / 保留兩位小數(shù) LcdWriteCom(0x80+0x46);LcdWriteData('0'+adNum1/1000); LcdWriteData('0'+adNum1%1000/100); LcdWriteData(T);Lc

10、dWriteData('0'+adNum1%100/10);LcdWriteData('0'+adNum1%10);LcdWriteData('V');key_sca n();if(num=O)if(value1>1.2)V仁 V1-0.05;if(value1<0.8)V1= V1+0.05;VG1=log(value1/value0)/log(10); if (num=1)VG1=0.01;VG2=VG1-0.43;VG3=VG2/2;V仁V2+VG3;if (num=2)VG 仁0.025;VG2=VG1-0.43;VG3=VG

11、2/2;V仁V2+VG3;if (num=3)VG1=0.1;VG2=VG1-0.43;VG3=VG2/2;V仁V2+VG3;if (num=4) VG1=0.25;VG2=VG1-0.43;VG3=VG2/2;V仁V2+VG3;if (num=5)if(value1>0.6)V仁 V1-0.05;if(value1<0.4)V1= V1+0.05;VG1=2*V1+0.43;if(VG1<0)Vg1=VG1*(-1);VG=1;elseVg1=VG1;VG=0 ;LcdWriteCom(0x80);LcdWriteData('g');LcdWriteData

12、('a');LcdWriteData('i');LcdWriteData(' n');LcdWriteData(':');/ LcdWriteCom(0x87);LcdWriteCom(0x86);gai n=20*Vg1*10;A仁 gai n/10%10;A2=ga in %10;A3=gai n/100;P1=ga in;LcdWriteData(tableVG);Lcd1602_Delay1ms(2);LcdWriteData(tableA3);Lcd1602_Delay1ms(2);LcdWriteData(tableA

13、1);Lcd1602_Delay1ms(2);LcdWriteData(T);LcdWriteData(tableA2); Lcd1602_Delay1ms(2);/-DA 輸出-/數(shù)模轉(zhuǎn)換adNum2=V1*107;Pcf8591DaCo nversio n(adNum2/2); DACvoid Pcf8591Se ndByte( un sig ned char cha nn el)I2cStart();l2cSe ndByte(WRITEADDR);/ 發(fā)送寫器件地址 l2cSe ndByte(0x40|cha nn el);/發(fā)送控制寄存器I2cStop();un sig ned char Pcf8591ReadByte()un sig ned char dat;I2cStart();I2cSe ndByte(READADDR);/ 發(fā)送讀器件地址 dat=l2cReadByte();讀取數(shù)據(jù)I2cStop(); /結(jié)束總線return dat;void Pcf8