基于單片機(jī)的可編程放大器硬件設(shè)計_圖文

1、!Q!絲Q:韭SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION基于單片機(jī)的可編程放大器硬件設(shè)計工程技術(shù)島盟飛(西南交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 成都 611756摘要:本系統(tǒng)通過STC單片機(jī)對DA置數(shù),再經(jīng)過后鼓放大調(diào)理電路實現(xiàn)了輸出信號峰峰值受數(shù)字信號控制并使得增益調(diào)節(jié)達(dá)到1000量 程。在實現(xiàn)題目功能時,增加了電源模塊。并結(jié)合放大電路,A/D轉(zhuǎn)換電路,單片機(jī)最小控削系統(tǒng),D/A轉(zhuǎn)換電路等構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)。通過采 樣將實際值輸出到單片機(jī),由單片機(jī)進(jìn)行比較調(diào)整,控制數(shù)字量輸出。從而實現(xiàn)AGC功能。由于使用了數(shù)字控制與采樣反饋調(diào)整控制技術(shù)。 該系統(tǒng)具有調(diào)試方便,人機(jī)交互界面好.可靠性高,

2、精度高等優(yōu)點。關(guān)鍵詞:單片機(jī)DA置數(shù) 后級放大 增益調(diào)節(jié) AGC中圖分類號;TN713文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1672-3791(201104(e-0028-021方案論證方案一:采用模擬開關(guān)實現(xiàn)程控增益 放大器。如圖l所示,模擬開關(guān)可由數(shù)字編 碼控制以選通電阻網(wǎng)絡(luò)中的不同阻值。該 方案實現(xiàn)簡單,但其缺點是放大倍數(shù)級差 變化較大,可調(diào)范圍較小。方案二:利用數(shù)字電位器與運算放大 器構(gòu)成程控增益放大器,如圖2。其特點是, 可實現(xiàn)量程多級變化而且線路簡單,但由 于數(shù)字電位器制造工藝等因素限制,其通 頻帶受限。方案三:利用D/A轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)程控增 益放大器,如圖3。D/A轉(zhuǎn)換器內(nèi)部有一組 模擬開關(guān)控制

3、的電阻網(wǎng)絡(luò),與運放一起可 組成可控增益放大器。該方案能很好的實 現(xiàn)數(shù)字控制。綜上所述,方案三中采用D/A轉(zhuǎn)換器 組成的可編程放大器,具有較好的微機(jī)接 口功能,使得其實現(xiàn)電路簡單、可靠且通頻 帶能滿足題目要求,故選擇方案三。J 1. , . . . . . . . . . . . . 一 圖2圖3 電。在電路中,芯片輸入端和輸出端與地之間除分別接大容量濾波電容外,另外我們還需在芯片引出腳根部接小容量電容到地,分別用于抑制芯片的自激振蕩和壓窄芯片的高頻帶寬,減小高頻噪聲。2.2程控放大模塊為了易于實現(xiàn)最大60dB增益的調(diào)節(jié),可以采用D/A芯片DAC0832的電阻權(quán)網(wǎng)絡(luò)改變反饋電壓進(jìn)而控制電路增益。

4、又考慮至fJDAC0832是一種廉價型的8位D/A轉(zhuǎn)換n芯片,其輸出V。=意。Vref,其中Dn:為8位數(shù)字量輸入的二進(jìn)制值,可滿足256擋增益調(diào)節(jié),滿足題目步進(jìn)0.25db的精度要求。它由CMOS電流開關(guān)和梯形電阻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成,具有結(jié)構(gòu)簡單、精確度高、體積小、控制方便、外圍布線簡化等特點,故可以采用DAC0832來實現(xiàn)信號的程控衰減。但由于DAC0832對輸入?yún)⒖茧妷篤ref有一定幅度要求,為使輸入信號在mVV每一數(shù)量級都有較精確的增益,最好使信號在到達(dá)DAC0832前經(jīng)過一個適應(yīng)性的幅度放大調(diào) 整,再通過DAC0832衰減后進(jìn)行相應(yīng)的后 級放大。并使前后級增益積為60dB,與 DAC0832的

5、衰減分母抵消,即可實現(xiàn)程控 放大。2.3功率放大模塊題目中要求,輸出能夠帶50Q電阻負(fù) 載,而輸出電壓峰峰值最大可達(dá)20V,則其 f堡12要求最大功率為;,:巡2IW,故要對其片進(jìn)行功率放大。為避免交越失真帶來的信 號失真,采用甲乙類雙電源互補(bǔ)對稱電路 (圖4。2.4極性變換模塊單極性信號是指輸出信號大干0。雙極 性信號則是指輸出既有大于0的部分也有 小于0的部分。因此,采用加法電路的方式 將雙極性信號變?yōu)閱螛O性信號。2.5AGC功能模塊根據(jù)題目要求,要實現(xiàn)自動增益控制,作者簡介:丙盟飛(1989,7,15一,男,漢族,河南洛陽人,西南交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院學(xué)生,本科,研究方向:單片機(jī)硬件設(shè)計。

6、 28科技資訊SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION萬方數(shù)據(jù)工程技術(shù)!Q! 型Q:! SCIENCE&TEGHNOLOGY INFORMATIOh使信號輸出峰峰值在2到3V之間。設(shè)計該模 塊時,用STC52單片機(jī)內(nèi)自帶的AD轉(zhuǎn)換器 對輸出信號峰值實時采樣并調(diào)節(jié)內(nèi)部增 益,從而控制輸出信號峰值(圖5。2.6鍵盤及顯示模塊為滿足。增益可設(shè)置、步進(jìn)以及功能選 擇,本系統(tǒng)采用4X 4矩陣式鍵盤以節(jié)省單 片機(jī)IO資源,顯示部分最高顯示增益為 1000,故采用4為一體的共陰極數(shù)碼管。3誤差分析造成誤差的原因有:(1運放零點漂移。 由于運算放大器的零點漂移,溫度漂移等

7、帶來的誤差,可以通過溫度補(bǔ)償措施來解 決此誤差。(2采樣電阻自熱效應(yīng)引起的誤 差。由于電阻在溫度上升時阻值會發(fā)生變 化,因此會引起溫度飄移,給系統(tǒng)帶來測量 的誤差。(3A/D,D/A轉(zhuǎn)換誤差。受AD轉(zhuǎn)換 器精度及基準(zhǔn)源穩(wěn)定程度的限制,不可避 免地帶來一定的誤差,為了更精確的輸出 恒流電源,必須選用更多位數(shù)的AD、DA芯t 片。(4因外界突發(fā)干擾或儀表顯示值等引 起的隨機(jī)誤差或粗大誤差。(5紋波對電流 輸出的影響。減小誤差方法:采用屏蔽的方法,遠(yuǎn)離 容易產(chǎn)生勢騷動或脈沖工作方式的器件, 減少IC供電電源的紋波等可減少由IC外部 干擾產(chǎn)生的紋波。對選擇低噪聲的運放是 解決問題的一種方法,但不幸的是

8、大多數(shù) 產(chǎn)品目錄中均未列出噪聲指標(biāo)。根據(jù)少數(shù) 運放的該項指標(biāo)知道,其低頻噪聲(0.1Hz 10Hz電壓的峰一峰值為(0.1“V20¨V,因 此,選擇滿足l×106穩(wěn)定度要求的運放也 不是很容易的。另外。在輸出接近低頻直流 時,運放的失調(diào)電壓和失調(diào)電流也是產(chǎn)生 低頻噪聲的源泉,特別是失調(diào)電流,在選擇 運放時亦應(yīng)注意。消除高頻噪聲可采用交 流負(fù)反饋來提高運放的交流放大倍數(shù)和拓 寬頻帶,但將造成增益降低。解決的辦法是 在運放前加一級晶體管或場效應(yīng)管的差分 級,由于分離元件便于精選,故町改變整個 比較放大器的噪聲指標(biāo)。二_LV' 二'2VV們'M'柚

9、圖54結(jié)語數(shù)控可編程放大器可以實現(xiàn)以下功 能:(1輸出增益范圍:0。51000;(2具有 。+”、“一”步進(jìn)調(diào)襤功能,步進(jìn)增益0.5或5I (3顯示輸出信號增益與實測增益的測量誤 差的絕對值測量值的5%;(4輸出級功率 放大可以帶50歐負(fù)載。本設(shè)計制作完成了胚目要求的基本部 分的全部要求和發(fā)揮部分的大部分要求, 而且增加了部分功能。目前,在電子儀器,設(shè)備中經(jīng)常要用到 信號增益變換電路.有時要求輸出可預(yù)罨, 并當(dāng)負(fù)載在一定范圍內(nèi)變化時應(yīng)具有良好 的穩(wěn)定性,而且精度較高。該設(shè)計完令如果 再經(jīng)過結(jié)構(gòu)優(yōu)化,將具有良好的市場前景。參考文獻(xiàn)n】全國大學(xué)生電子設(shè)計設(shè)計競賽組委員 會.全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽訓(xùn)

10、練教程 【M】.北京電子工業(yè)出版社,2005.【2】全國大學(xué)生電子設(shè)計設(shè)計競賽組委員 會.全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽獲獎作品 匯編(第一屆第五屆【M】.北京理工大 學(xué)出版社,2004?！?】李銀祥.數(shù)控電流源【R】.武漢:武漢理工 大學(xué)測試中心,2001.【4】秦迎春.利用AD7542實現(xiàn)程控電流源 【J】.國外電子元器件,2003,6:3233. 【5】張智杰.AD574在數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用 【J】.國外電子元器件,2003,6:5556. 【6】房小翠.單片機(jī)實用系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)【M】. 北京:國防工業(yè)出版社,1999.(上接27頁(6待上述注漿時間達(dá)36h后.孔口再插 入一根2m長的注漿管用聚胺脂

11、和彩條布封 堵孔口,通過剛插入的注漿管開始向孔內(nèi) 注漿,待正常壓力無法注漿后再用3MPa 4MPa的壓力注漿30min。(7封孔注漿完畢后,待漿液凝同36h后 安裝壓力表,并將壓力表與測壓管的連接 處用生膠帶纏繞密閉,且孔口要用水泥填 實,抹平,做到密實不漏氣。2在線監(jiān)測系統(tǒng)的運用在l 7256底抽巷內(nèi)安裝了l#,2#、3#三個測壓鉆孔,并安裝了壓力KGY7型傳感 器實現(xiàn)了在線監(jiān)測,1#、2#、3#鉆孔瓦斯 壓力變化曲線如圖2所示。通過圖2可以得出,此次壓力測定較為準(zhǔn)確,最大壓力達(dá)1.45MPa,符合突出煤層的特征。3結(jié)語(1積累了封堵上向孔的經(jīng)驗,實現(xiàn)了上向孔嚴(yán)密封堵。(2該系統(tǒng)能夠自動完成

12、測定煤層瓦斯壓力等數(shù)據(jù)的采集和記錄,節(jié)省了大量的人力,避免了人為讀數(shù)造成數(shù)據(jù)偏差。(3通過在線監(jiān)測能夠直觀得出煤層瓦斯壓力上升的過程,提供了更為感官的認(rèn)識,實現(xiàn)了人機(jī)的有機(jī)結(jié)合。參考文獻(xiàn)【1】周世寧。林柏泉.煤層瓦斯賦存與流動 理淪M】.北京:煤炭工業(yè)出版社,1999. 【2】王軼波,等.煤層瓦斯壓力測定鉆孔新 型封孔技術(shù)【J】.煤炭科技,2003,2. 【3】劉漢邦.提高低透性特厚煤層瓦斯抽放 效果的技術(shù)和實踐【J】.礦業(yè)安全與環(huán) 保,2000。6.4】楊曉亮.煤層瓦斯壓力測定封孔新工藝 【J】.中州煤炭,2009,3.【5】蘇現(xiàn)渡,陳江峰,孫俊民,等.煤層氣地 質(zhì)學(xué)與勘探開發(fā)【M】.北京:科學(xué)出版 社,200l(2:4043,4554.科技資訊SCIENCE&TEcHNOLOGY INFORMATION 29萬方數(shù)據(jù) 基于單片機(jī)的可編程放大器硬件設(shè)計作者:咼盟飛作者單位:西南交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,成都,611756刊名:科技資訊英文刊名:SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION年,卷(期:2011(