畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）高頻功率放大器

1、摘 要隨著社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展，人們迫切地要求在遠(yuǎn)距離隨時(shí)隨地迅速而準(zhǔn)確地傳送信息。于是，無線通信技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展，技術(shù)也越來越成熟。而高頻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。如在發(fā)射設(shè)備中，就要用高頻功率放大器將信號放大到所需的發(fā)射功率；在接收設(shè)備中，就要高頻小信號放大器將非常微弱的信號放大。由此可知，高頻放大器在通信系統(tǒng)中起著非常重要的作用，于是人們對它的要求也越來越高。該題目的基本要求是：3dB通頻帶為10kHz6MHz；基本增益為40dB，可步進(jìn)調(diào)節(jié)，步進(jìn)間隔為6dB；可預(yù)置增益值，并顯示；最大輸出電壓3V；輸入阻抗1k；負(fù)載電阻為600；單端輸入、單端輸出。此要求并不

2、難，有多種方案可以實(shí)現(xiàn)，如：采用場效應(yīng)管作增益控制，高電壓輸出的集成運(yùn)放作功率放大，高速ADC對電壓進(jìn)行采樣并計(jì)算有效值；采用可編程放大器作增益控制，分立元件實(shí)現(xiàn)功率放大，用集成真有效值變換芯片測有效值輸出；利用可編程增益放大器作增益控制，分立元件實(shí)現(xiàn)功率放大，用二極管包絡(luò)檢波法進(jìn)行峰值檢波計(jì)算有效值等等。我們選用了第三種方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)也就是一個(gè)寬帶放大器，利用可變增益寬帶放大器AD603來提高增益和擴(kuò)大AGC控制范圍，通過軟件補(bǔ)償減小增益調(diào)節(jié)的步進(jìn)間隔和提高準(zhǔn)確度。輸入部分采用高速電壓反饋運(yùn)放OPA642作跟隨器提高輸入阻抗，并且在不影響性能的條件下給輸入部分加了保護(hù)電路。使用了多種抗

3、干擾措施以減少噪聲并抑制高頻自激。功率輸出部分采用分立元件制作。整個(gè)系統(tǒng)通頻帶為1KHz5.5V時(shí)，AGC控制范圍為66dB。關(guān)鍵詞：高頻 寬帶 放大器 高頻放大器 寬帶放大器目 錄1 前言 . 11.1 放大器的發(fā)展 . 11.2 放大器的分類 . 11.3 放大器的主要技術(shù)指標(biāo) . 21.4 本設(shè)計(jì)指標(biāo)要求 . 32 方案論證與比較 . 32.1 增益控制部分 . 32.2 功率輸出部分 . 52.3 測量有效值部分 . 52.4 自動(dòng)增益控制 . 62.5 系統(tǒng)整體框圖 . 63 理論分析與參數(shù)計(jì)算 . 63.1 AD603簡介 .63.1.1 AD603的主要特點(diǎn) .63.1.2 AD

4、603的工作原理 .73.1.3 AD603應(yīng)用要點(diǎn) .83.2 電壓控制增益的原理 . 83.3 AGC的介紹 .83.3.1 AGC的工作原理 .83.3.2 AGC的性能指標(biāo) .93.4 正弦電壓有效值的計(jì)算 . 94 系統(tǒng)各模塊電路的設(shè)計(jì) . 94.1 輸入緩沖和增益控制部分 . 9 輸入緩沖部分 . 10 增益控制部分 . 104.2 功率放大和峰值檢波 . 11 功率放大部分 . 11 峰值檢波部分 . 124.3 系統(tǒng)控制部分 . 13 單片機(jī) . 134.3.2 A/D轉(zhuǎn)換部分 .144.3.2.1 A/D芯片選取 .14.2 ADC0832簡介 .154.3.2.3 A/D模

5、塊的電路原理 .16 D/A轉(zhuǎn)換部分 .17.1 D/A芯片選取 .17.2 TLC5620簡介 .19.3 D/A模塊的電路原理 .21 顯示部分 . 214.4穩(wěn)壓電源部分 .225 軟件部分設(shè)計(jì) . 235.1 A/D模塊程序設(shè)計(jì) .235.2 D/A模塊程序設(shè)計(jì) .255.3 顯示模塊程序設(shè)計(jì) . 266 高頻電路抗干擾措施 . 267 系統(tǒng)調(diào)試與測試結(jié)果 . 267.1 測試方法 . 267.2 測試數(shù)據(jù) . 277.3 數(shù)據(jù)誤差分析 . 288 總結(jié) . 28致謝 . 29參考文獻(xiàn) . 30英文摘要 . 31附錄一 . 32附錄二 . 46畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）成績評定表1 前言 放大器

6、的發(fā)展眾所周知，放大器是音響、有線電視、無線通信等系統(tǒng)中必不可少的設(shè)備。現(xiàn)在，讓我們伴隨著音響的發(fā)展來看看放大器的發(fā)展吧。自1877年愛迪生發(fā)明留聲機(jī)至今已有127年了，前70年音響發(fā)展緩慢且大多停留在象牙塔中，后50余年進(jìn)入民間，發(fā)展日新月異。自從1927年貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)表了劃時(shí)代的負(fù)反饋技術(shù)后，聲頻功率放大器開始進(jìn)入一個(gè)嶄新時(shí)代。1947年，威廉遜（Williamson）在英國無線電世界發(fā)表了劃時(shí)代的高保真放大器設(shè)計(jì)一文，介紹了一種電子管功率放大器，成功地應(yīng)用了負(fù)反饋技術(shù)，其失真度僅為%，音色之靚，堪稱古典功放之皇。自威廉遜的論文發(fā)表后4年，美國Audio雜志刊登了把超線性放大器經(jīng)過適當(dāng)變形

7、后與威廉遜放大器相結(jié)合的電路。其超線性設(shè)計(jì)，大大地降低了非線性失真?？梢哉J(rèn)為威廉遜放大器和超線性放大器標(biāo)志著負(fù)反饋技術(shù)在音頻領(lǐng)域中的應(yīng)用已經(jīng)日趨成熟和廣泛，為十年后脫穎而出的晶體管放大器奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。60年代，晶體管開始問世，從此揭開了現(xiàn)代放大器的序幕。19701973年，是級間全部直耦OCL（Output Capacitorless）方式的普及期；19741976年是DC（Digital Circuit）放大器全盛時(shí)期。70年代末至今，晶體管功率放大器得到了淋漓盡致的發(fā)揮，設(shè)計(jì)形式已相當(dāng)多，這一切都為集成電路功放技術(shù)設(shè)計(jì)鋪平了道路。50年代末，美國在電子器件技術(shù)領(lǐng)域率先跨出一步，推出了時(shí)代

8、驕子集成電路。到了60年代末70年代初，集成電路以其質(zhì)優(yōu)價(jià)廉、多功能的特點(diǎn)開始在音頻功率放大器上廣泛應(yīng)用。1977年，日立公司生產(chǎn)出了世界上第一只VMOS（Vertical Metal Oxide Semiconductor）功率管。從此來看，放大器經(jīng)過了電子管、晶體管、集成電路及VMOS功率管等幾個(gè)時(shí)期，它們皆以各自獨(dú)特的不可取代的優(yōu)勢各領(lǐng)風(fēng)騷。1.2 放大器的分類（1）按照所用器件可分為晶體管、場效應(yīng)管和集成電路放大器；（2）按照通過頻譜的寬窄可分為窄帶和寬帶放大器；（3）按照電路形式可分為單級和級聯(lián)放大器；（4）按照所用負(fù)載性質(zhì)可分為諧振和非諧振放大器；（5）按照放大器的功能可分為普通型

9、放大器、自動(dòng)增益控制AGC（Automatic Gain Control）放大器、自動(dòng)增益自動(dòng)斜率控制放大器、前饋放大器、單向放大器、雙向放大器等。1.3 放大器的主要技術(shù)指標(biāo)（1）帶寬放大器的帶寬是放大器能正常工作的輸入信號的頻帶寬度。（2）頻響放大器對信號增益與頻率的關(guān)系叫放大器的幅頻，也叫頻響。通俗的講頻響就是指帶內(nèi)平坦度，是在工作頻帶內(nèi)各頻率點(diǎn)電平相對于其準(zhǔn)頻率點(diǎn)電平變化量，以分貝表示，取最大變化量。（3）增益放大器的輸出電壓與輸入電壓之比稱為放大器的增益或放大倍數(shù)，用Gp表示。通常用分貝（dB）計(jì)算，其公式為：Gp = 20lg（V2/V1），Gp（dB）= V2 - V1式中：V1

10、放大器的輸入電平值； V2放大器的輸出電平值。（4）噪聲系數(shù)放大器的噪聲性能可用噪聲系數(shù)（NF）來表示，它是衡量放大器內(nèi)部雜波的一個(gè)指標(biāo)，表示放大器輸入端信噪比相對于輸出端信噪比的倍數(shù)，以dB計(jì)算，NF =（Sin/Nin）/(Sout/Nout),式中Sin/Nin，Sout/Nout分別表示放大器輸入和輸出信噪比。在放大器中，總是希望噪聲系數(shù)本身產(chǎn)生的噪聲愈小愈好，即要求噪聲系數(shù)接近1。（5）抑制比放大器對干擾的抑制能力通常稱為對干擾的抑制比，表示為：d = Av0/Av，式中：Av0諧振點(diǎn)f0的放大倍數(shù)； Av電路對干擾信號的放大倍數(shù)；d放大器對干擾的抑制比，單位為dB。（6）工作穩(wěn)定性

11、工作穩(wěn)定性是指放大器的工作狀態(tài)（直流偏置）、晶體管參數(shù)、電路元件參數(shù)等發(fā)生可能的變化時(shí)，放大器的主要特性的穩(wěn)定程度。（7）最大輸出電平每個(gè)放大器都有一個(gè)線性使用范圍，其輸出電平是有特定的限額值的，當(dāng)輸出電平過大超出線性范圍時(shí)，信號就會(huì)產(chǎn)生失真。放大器的最大輸出電平通常是指滿頻道輸入時(shí)無失真輸出的最大輸出電平，放大器的最大輸出電平越高，說明放大器的放大特性越好。以上這些技術(shù)指標(biāo)要求，相互之間既有聯(lián)系又有矛盾。例如增益和穩(wěn)定性等，因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)要求決定主次，相互配合好。1.4 本設(shè)計(jì)指標(biāo)要求現(xiàn)將寬帶放大器需要滿足的技術(shù)指標(biāo)整理如下：（1）帶寬 3dB通頻帶為10kHz6MHz，可以擴(kuò)展。（2）

12、增益 最小值為10dB，基本指標(biāo)為40dB，最大值60dB；可步進(jìn)調(diào)節(jié)，在1058dB范圍內(nèi)，步進(jìn)間隔為6dB，要求更高時(shí)，步進(jìn)間隔為2dB；可預(yù)置增益值，并顯示；預(yù)置增益值與實(shí)測增益值的誤差要求：在步進(jìn)間隔為6dB時(shí)，誤差小于2dB；在步進(jìn)間隔為2dB時(shí)，誤差小于1dB；Vo5.5V范圍內(nèi)，AGC范圍20dB。（3）最大輸出電壓幅度（有效值） 基本要求3V；擴(kuò)展要求6.5V；數(shù)字顯示正弦電壓有效值。（4）輸入阻抗1k；負(fù)載電阻為600；單端輸入、單端輸出。（5）自制放大器所需的穩(wěn)壓電源。對題目要求作了如上整理后，在作總體方案設(shè)計(jì)時(shí)，至少有三點(diǎn)思路易于明確：器件必須選擇寬帶、低噪、增益可程控放

13、大的器件，且這類器件必須從新型的高速寬帶運(yùn)算放大器中去尋找，分立元件很難奏效。硬件系統(tǒng)根據(jù)最大輸出電壓幅度和最大增益要求，可分為3級、2級或1級來實(shí)現(xiàn)，每級的增益分配都不會(huì)太大，易于實(shí)現(xiàn)。增益指標(biāo)這一項(xiàng)，內(nèi)容較復(fù)雜，但主要都是依靠編程技術(shù)來完成。2 方案論證與比較2.1 增益控制部分方案一 原理框圖如圖1所示，場效應(yīng)管工作在可變電阻區(qū)，輸出信號取自電阻與場效應(yīng)管與對V的分壓。采用場效應(yīng)管作AGC控制可以達(dá)到很高的頻率和很低的噪聲，但溫度、電源等的漂移將會(huì)引起分壓比的變化，用這種方案很難實(shí)現(xiàn)增益的精確控制和長時(shí)間穩(wěn)定。AGC檢波+RV輸入高頻放大高頻放大圖1 方案一原理框圖方案二 采用可編程放大

14、器的思想，將輸入的交流信號作為高速D/A的基準(zhǔn)電壓，這時(shí)的D/A作為一個(gè)程控衰減器。理論上講，只要D/A的速度夠快、精度夠高就可以實(shí)現(xiàn)很寬范圍的精密增益調(diào)節(jié)。但是控制的數(shù)字量和最后的增益（dB）不成線性關(guān)系而是成指數(shù)關(guān)系，造成增益調(diào)節(jié)不均勻，精度下降。方案三 使用控制電壓與增益成線性關(guān)系的可編程增益放大器PGA，用控制電壓和增益（dB）成線性關(guān)系的可變增益放大器來實(shí)現(xiàn)增益控制，如圖2所示。用電壓控制增益，便于單片機(jī)控制，同時(shí)可以減少噪聲和干擾。根據(jù)題目對放大電路的增益可控的要求，考慮直接選取可調(diào)增益的運(yùn)放實(shí)現(xiàn)，如可變增益運(yùn)放AD603。其內(nèi)部由R-2R梯形電阻網(wǎng)絡(luò)和固定增益放大器構(gòu)成，加在其梯

15、型網(wǎng)絡(luò)輸入端的信號經(jīng)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參考電壓決定；而這個(gè)參考電壓可通過單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算并控制D/A芯片輸出控制電壓得來，從而實(shí)現(xiàn)較精確的數(shù)控。此外AD603能提供由直流到90MHz的工作帶寬，單級實(shí)際工作時(shí)可提供超過30dB的增益，兩級級聯(lián)后即可得到60dB以上的增益。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是電路集成度高、條理較清晰、控制方便、易于數(shù)字化用單片機(jī)處理。綜上所述，選用方案三，采用集成可變增益放大器AD603作增益控制。AD603是一款低噪聲、精密控制的可變增益放大器，溫度穩(wěn)定性高，最大增益誤差為0.5dB，滿足題目要求的精度，其增益（dB）與控制電壓（V）成線性關(guān)

16、系，因此可以很方便地使用D/A輸出電壓控制放大器的增益。D/A單片機(jī)D/A測有效值輸入緩沖GVPGAPA圖2 方案三原理框圖2.2 功率輸出部分根據(jù)題目要求，放大器通頻帶從10KHz到6MHz，單純用音頻或射頻放大的方法來完成功率輸出，要做到6V有效值輸出難度較大，而用高電壓輸出的運(yùn)算放大器來做又很不現(xiàn)實(shí)，因?yàn)槭忻嫔虾茈y買到寬帶功率運(yùn)算放大器。這時(shí)候采用分立元件就能顯示出優(yōu)勢來了。2.3 測量有效值部分方案一 利用高速ADC對電壓進(jìn)行采樣，將一周期內(nèi)的數(shù)據(jù)輸入單片機(jī)并計(jì)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(qiáng)、設(shè)計(jì)靈活、精度高等優(yōu)點(diǎn)，但調(diào)試?yán)щy，高頻時(shí)采樣難且計(jì)算量大，增加了

17、軟件難度。方案二 對信號進(jìn)行精密整流并積分，得到正弦電壓的平均值，再進(jìn)行ADC采樣，利用平均值和有效值之間的簡單換算關(guān)系，計(jì)算出有效值顯示。只用了簡單的整流濾波電路和單片機(jī)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(huì)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(shí)現(xiàn)對任意波形的有效值測量。但它可測量的信號有效值最高只有7V，當(dāng)輸出為最大到8V有效值的電壓時(shí)，AD637工作將不正常，并且，隨著頻率的不同，AD637的工作狀態(tài)會(huì)有所不同。方案四 采用二極管和電容將采樣回來的電壓進(jìn)行峰值檢波，并經(jīng)過高精度運(yùn)放進(jìn)行衰減和保持后輸出，這樣精度可以得到

18、保證，不過會(huì)有一定的管壓降，但完全可以通過單片機(jī)進(jìn)行顯示上的補(bǔ)償。綜上所述，我們選用方案四，采用檢波用IN60二極管和高精度運(yùn)放OP07，只有0.2V壓降，誤差也不超過0.5%。2.4 自動(dòng)增益控制（AGC）利用單片機(jī)根據(jù)輸出信號幅度調(diào)節(jié)增益。輸出信號檢波后經(jīng)過簡單2級RC濾波后由單片機(jī)采樣，截止頻率為100Hz。由于放大器通頻帶低端在1KHz，當(dāng)工作頻率為1KHz時(shí)，為保證在增益變化時(shí)輸出波形失真較小，將AGC響應(yīng)時(shí)間設(shè)定為10ms，用單片機(jī)定時(shí)器來產(chǎn)生10ms中斷進(jìn)行輸出有效值采樣，增益控制電壓也經(jīng)過濾波后加在可變增益放大器上。AGC控制范圍理論上可達(dá)05.5V時(shí)，AGC范圍約為70dB，

19、而當(dāng)輸出為22.5V時(shí)，AGC范圍可達(dá)80dB。2.5 系統(tǒng)整體框圖該系統(tǒng)的整體框圖如圖3所示。峰值檢波30MHz寬帶放大單片機(jī)A/DD/A液晶顯示PGAPGAPA輸入緩沖90MHz寬帶放大輸入端輸出端圖3 系統(tǒng)整體框圖3 理論分析與參數(shù)計(jì)算3.1 AD603簡介3.1.1 AD603的主要特點(diǎn)AD603是美國ADI公司的專利產(chǎn)品，是一個(gè)低噪聲、90MHz帶寬增益可調(diào)的集成運(yùn)算放大器，而且以分貝表示的增益與控制電壓成線性關(guān)系，壓擺率為275V/us。管腳間的連接方式?jīng)Q定了可編程的增益范圍，增益在-11+30dB時(shí)具有帶寬90MHz，增益在+9+41dB時(shí)具有帶寬9MHz，根據(jù)管腳間連接電阻的不

20、同，可使增益落在上述范圍之間。3.1.2 AD603工作原理AD603內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖4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4 AD603內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖AD603各個(gè)管腳的定義由表1列出。圖4中加在梯型網(wǎng)絡(luò)輸入端（VINP）的信號經(jīng)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所決定的，圖4中所示的“滑動(dòng)臂”從左到右是可以連續(xù)移動(dòng)的。 當(dāng)腳5和腳7短接時(shí)，AD603的增益可由下式來計(jì)算： 增益Gp（dB）= 40Vg + 10 （1）式（1）中，增益的范圍在-10+30dB，Vg的單位為V。當(dāng)腳5和腳7斷開時(shí)，增益公式為： 增益Gp（dB）= 40

21、Vg + 30 （2）式（2）中，增益的范圍為10+50dB。 如果腳5和腳7接電阻，增益范圍在兩者之間。表1 AD603管腳描述腳號 符號 功能1 GPOS 增益控制輸入正端2 GNEG 增益控制輸入負(fù)端3 VINP 運(yùn)放輸入4 COMM 運(yùn)放公共端5 FDBK 反饋端6 VNEG 負(fù)電源輸入7 VOUT 運(yùn)放輸出8 VPOS 正電源輸入3.1.3 AD603應(yīng)用要點(diǎn)AD603應(yīng)用中要注意以下幾點(diǎn)：（1）供電電壓一般選為5V，最大不得超過7.5V。（2）5V供電情況下，加在輸入端VINP的信號額定電壓有效值為1V，峰值為2V，因此要擴(kuò)大測量范圍，AD603的前面必須加一級衰減；輸出電壓峰值的

22、典型值可達(dá)3V，因此，AD603后面通常要加一級放大才能接AD轉(zhuǎn)換器。（3）電壓控制端所加的電壓必須非常干凈，否則將使增益不穩(wěn)定，從而增加放大信號的噪聲。（4）信號地須直接連在放大器的腳4，否則由于大的阻抗將引起放大器精度的降低。3.2 電壓控制增益的原理由上述介紹可知，AD603的基本增益為：Gain（dB）= 40Vg+10，其中，Vg是差分輸入電壓，單位是V，Gain是AD603的基本增益，單位是dB。從此式可以看出，以dB作單位的對數(shù)增益和電壓之間是線性的關(guān)系。由此可以得出，只要單片機(jī)進(jìn)行簡單的線性計(jì)算就可以控制對數(shù)增益，增益步進(jìn)可以很準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)。但若要用放大倍數(shù)來表示增益的話，則需將

23、放大倍數(shù)經(jīng)過復(fù)雜的對數(shù)運(yùn)算轉(zhuǎn)化為以dB為單位后再去控制AD603的增益，這樣在計(jì)算過程中就引入了較大的運(yùn)算誤差。3.3 AGC的介紹3.3.1 AGC的工作原理AGC是自動(dòng)增益控制電路的簡稱，是接收機(jī)的控制電路之一。接收機(jī)工作時(shí)，其輸出功率是隨著外來信號場強(qiáng)的大小而變化的。當(dāng)外來信號場強(qiáng)大時(shí)，接收機(jī)輸出功率大；當(dāng)外來信號場強(qiáng)小時(shí)，輸出功率小。但我們希望接收機(jī)輸出電平變化范圍盡量小，避免過強(qiáng)的信號使晶體管和終端器件過載，以致?lián)p壞。因此，在接收弱信號時(shí)，希望接收機(jī)有很高的增益，而在接收強(qiáng)信號時(shí)，接收機(jī)的增益應(yīng)減小一些。這種要求只靠人工增益控制來實(shí)現(xiàn)是困難的，必須采用AGC電路，使接收機(jī)的增益隨輸入

24、信號強(qiáng)弱而自動(dòng)變化。由此可知，自動(dòng)增益控制電路的作用是，當(dāng)輸入信號電壓變化很大時(shí)，保持接收機(jī)輸出電壓恒定或幾乎不變。具體地說，當(dāng)輸入信號很弱時(shí)，接收機(jī)的增益大，自動(dòng)增益控制電路不起作用。而當(dāng)輸入信號很強(qiáng)時(shí)，自動(dòng)增益控制電路進(jìn)行控制，使接收機(jī)的增益減小。這樣，當(dāng)接收信號強(qiáng)度變化時(shí)，保證輸出信號基本穩(wěn)定。3.3.2 AGC的性能指標(biāo) AGC電路的主要性能指標(biāo)有兩個(gè)，一是動(dòng)態(tài)范圍，二是響應(yīng)時(shí)間。（1）動(dòng)態(tài)范圍 AGC電路是利用電壓誤差信號去消除輸出信號振幅與要求輸出信號振幅之間電壓誤差的自動(dòng)控制電路。所以當(dāng)電路達(dá)到平衡狀態(tài)后，仍會(huì)有電壓誤差存在。從對AGC電路的實(shí)際要求考慮，一方面希望輸出信號振幅的

25、變化越小越好；另一方面也希望允許輸入信號振幅的變化范圍越大越好。因此，AGC的動(dòng)態(tài)范圍是在給定輸出信號振幅變化范圍內(nèi)，允許輸入信號振幅的變化范圍。由此可見，AGC電路的動(dòng)態(tài)范圍越大，性能越好。（2）響應(yīng)時(shí)間 AGC電路是通過對可控增益放大器增益的控制來實(shí)現(xiàn)對輸出信號振幅變化的限制，而增益變化又取決于輸入信號振幅的變化，所以要求AGC電路的反應(yīng)既要能跟得上輸入信號振幅的變化速度，又不會(huì)出現(xiàn)反調(diào)制現(xiàn)象，這就是響應(yīng)時(shí)間特性。3.4 正弦電壓有效值的計(jì)算由于輸入輸出是標(biāo)準(zhǔn)的正弦信號，峰值檢波電壓值根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式：Vmax2Vrms，其中，Vmax為信號峰值電壓，Vrms為信號有效值。4 系統(tǒng)各模塊電路的

26、設(shè)計(jì)4.1 輸入緩沖和增益控制部分由于AD603的輸入電阻只有100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(gè)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(yùn)放OPA642作前級跟隨，同時(shí)輸入端加上二極管過壓保護(hù)。輸入緩沖和增益控制電路如圖5所示。圖5 輸入緩沖和增益控制電路 輸入緩沖部分。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。實(shí)際上，輸入信號基本上沒有被放大，OPA642只是用于緩沖。輸入輸出端口Vin、Vout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，兼顧高頻和低頻的信

27、號。 增益控制部分增益控制部分裝在屏蔽盒中，盒內(nèi)采用多點(diǎn)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，是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那種，通頻帶為90MHz，增益為1030dB，輸入控制電壓U的范圍為0.5V。圖6為AD603接成90MHz帶寬的典型方法。增益和控制電壓的關(guān)系為Gp（dB）=40U+10，一級的控制范圍只有30dB，使用兩級串聯(lián)，增益為Gp（dB）=40U1+40U2+20，增益范圍是2060dB，滿足題目要求。 圖6 90MHz帶寬的典型接法由于兩級放大器電路幅頻響應(yīng)曲線相同，所以當(dāng)兩級AD603串聯(lián)后，帶寬會(huì)有所下降，串聯(lián)前各

28、級帶寬為90MHz左右，兩級放大器電路串聯(lián)后總的3dB帶寬對應(yīng)著單級放大電路1.5帶寬，根據(jù)幅頻響應(yīng)曲線可得出級聯(lián)后的總帶寬為60MHz。4.2 功率放大和峰值檢波 功率放大部分功率放大如圖7所示。圖7 功率放大電路參考音頻放大器中驅(qū)動(dòng)級電路，考慮到負(fù)載電阻為600，輸出有效值大于6V，而AD603輸出最大有效值在2V左右，故選用兩級三極管進(jìn)行直流耦合和發(fā)射結(jié)直流負(fù)反饋來構(gòu)建末級功率放大，第一級進(jìn)行電壓放大，整個(gè)功放電路的電壓增益在這一級，第二級進(jìn)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(shí)提高帶負(fù)載的能力，如果需要更大的驅(qū)動(dòng)能力則需要在后級增加三極管跟隨器，實(shí)際上加上跟隨器

29、后通頻帶急劇下降，原因是跟隨器的結(jié)電容被等效放大，當(dāng)輸入信號頻率很高時(shí)，輸出級直流電流很大而輸出信號很小。使用兩級放大已足以滿足題目的要求。選用NSC的2N3904和2N3906三極管（特征頻率fT250300MHz）可達(dá)到25MHz的帶寬。整個(gè)電路沒有使用頻率補(bǔ)償，可對DC到20MHz的信號進(jìn)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(fù)反饋，但這會(huì)使低頻響應(yīng)變差，實(shí)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。該部分電路放大倍數(shù)為：AG1+R8/R7，整個(gè)功放電路電壓放大約10倍。通過調(diào)節(jié)R12來調(diào)節(jié)

30、增益，根據(jù)電源電壓調(diào)節(jié)R11調(diào)節(jié)工作點(diǎn)。 峰值檢波部分峰值檢波電路如圖8所示。圖8 峰值檢波電路該部分電路采用了二極管峰值包絡(luò)檢波的原理。大信號的檢波過程，主要是利用二極管的單向?qū)щ娞匦院蜋z波負(fù)載RC的充放電過程。只要適當(dāng)選擇RC和二極管，就可使C兩端的電壓的幅度與輸入電壓的幅度相當(dāng)接近，即傳輸系數(shù)接近1。因此本設(shè)計(jì)采用專用于檢波的IN60二極管。圖中R1為負(fù)載電阻，它的數(shù)值較大；C1為負(fù)載電容，它的值應(yīng)選取得在高頻時(shí)，其阻抗遠(yuǎn)小于R1，可視為短路，而在調(diào)制頻率（低頻）時(shí)，其阻抗則遠(yuǎn)大于R1，可視為開路。此時(shí)，經(jīng)功率放大器放大輸出的高頻信號（輸入信號）的電壓較大。由于負(fù)載電容C1的高頻阻抗很小

31、，因此高頻電壓大部分加到二極管上。在高頻信號正半周，二極管導(dǎo)電，并對電容器C1充電。由于二極管導(dǎo)通時(shí)的內(nèi)阻很小，所以充電電流很大，使電容器上的電壓在很短時(shí)間內(nèi)就接近高頻電壓的最大值。這個(gè)電壓建立后通過信號源電路，又反方向地加到二極管D的兩端。這時(shí)二極管導(dǎo)通與否，由電容器C上的電壓和輸入信號電壓共同決定。當(dāng)高頻電壓由最大值下降到小于電容器上的電壓時(shí)，二極管就截止，電容器就會(huì)通過負(fù)載電阻R放電。由于放電時(shí)間常數(shù)RC遠(yuǎn)大于高頻電壓的周期，故放電很慢。當(dāng)電容器上的電壓下降不多時(shí)，高頻第二個(gè)正半周的電壓又超過二極管上的負(fù)壓，使二極管再次導(dǎo)通。在此短時(shí)間內(nèi)又對電容器充電，電容器上的電壓又迅速接近第二個(gè)高頻

32、電壓的最大值。這樣不斷地循環(huán)反復(fù)，就可在正弦輸入信號的峰值位置得到一條直線的波形，達(dá)到檢波的目的。經(jīng)采樣后的信號通過高精度運(yùn)放OP07衰減和保持后送入單片機(jī)系統(tǒng)計(jì)算并顯示有效值。4.3 系統(tǒng)控制部分這部分就像人的大腦，控制著整個(gè)電路的運(yùn)行。由于單片機(jī)體積小、功能齊全、使用靈活、價(jià)格低廉，在智能化儀器儀表中得到廣泛應(yīng)用，于是這部分選用單片機(jī)來控制。它主要由單片機(jī)、A/D、D/A、顯示部分和基準(zhǔn)源五部分組成。圖9為控制部分框圖。 A/D單 片 機(jī)D/A液晶顯示減法電路精 密 基 準(zhǔn) 源 圖9 控制部分框圖 單片機(jī)單片機(jī)是整個(gè)放大器系統(tǒng)控制的核心部分，這里選用51系列單片機(jī)。它主要完成以下功能：接收

33、用戶按鍵信息以控制增益；接收峰值檢波電路的反饋電壓以計(jì)算輸出有效值，并傳送給液晶顯示屏顯示；對AD603的增益控制電壓進(jìn)行控制。它的程序流程圖如圖10所示。 系統(tǒng)初始化輸出控制電壓顯示預(yù)置增益值、電壓有效值有按鍵？AGC取消AGC判斷鍵碼增益減少增益增加NY圖10 單片機(jī)程序流程圖4.3.2 A/D轉(zhuǎn)換部分4.3.2.1 A/D芯片選取ADC（Analog-Digital Converter）是A/D轉(zhuǎn)換器的簡稱。ADC的技術(shù)指標(biāo)是正確選用ADC芯片的基本依據(jù)，也是衡量ADC質(zhì)量的關(guān)鍵問題。ADC的主要技術(shù)指標(biāo)如下：（1）分辨率(Resolution) 指輸出數(shù)字量變化一個(gè)相鄰數(shù)碼時(shí)模擬電壓的

34、變化量，定義為滿刻度與2n的比值，其中n為ADC的位數(shù)。分辨率又稱精度，通常以數(shù)字信號的位數(shù)來表示。（2）量化誤差(QuantizingError) 是指由ADC的有限分辨率而引起的誤差，即有限分辨率ADC的階梯狀轉(zhuǎn)移特性曲線與無限分辨率ADC的轉(zhuǎn)移特性曲線（直線）之間的最大偏差。（3）轉(zhuǎn)換速率(ConversionRate) 就是能夠重復(fù)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的速度，即每秒轉(zhuǎn)換的次數(shù)。而完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間，則是轉(zhuǎn)換速率的倒數(shù)。（4）滿刻度誤差(FullScaleError) 是指滿刻度輸出數(shù)碼所對應(yīng)的實(shí)際輸入電壓與理想輸入電壓之差。（5）偏移誤差(OffsetError) 是指輸入信號為零時(shí)

35、輸出信號不為零的值，可外接電位器調(diào)至最小。（6）線性度(Linearity) 是指轉(zhuǎn)換器實(shí)際的轉(zhuǎn)移函數(shù)與理想直線的最大偏移，不包括上述三種誤差。其他指標(biāo)還有：絕對精度(AbsoluteAccuracy)，相對精度(RelativeAccuracy)，微分非線性，單調(diào)性和無錯(cuò)碼，總諧波失真（TotalHarmonicDistotortion縮寫THD）和積分非線性等。用于A/D模數(shù)變換的IC芯片有不少，如價(jià)格適中、并行輸入的ADC0809，串行輸入的AD574A和ADC0832等。在選取芯片時(shí)，既要依據(jù)上述的技術(shù)指標(biāo)，又要考慮實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性，即性價(jià)比要高，并且要結(jié)合實(shí)際電路的需要。經(jīng)過市場的調(diào)查

36、，ADC0832的價(jià)格適中，普遍使用，并且占用單片機(jī)的端口不多，于是本設(shè)計(jì)選用了ADC0832這個(gè)型號。.2 ADC0832簡介ADC0832是8位逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，使用采樣-數(shù)據(jù)-比較器的結(jié)構(gòu)。與TLC0832可以代換它有兩個(gè)可多路選擇的輸入通道。串行輸出可配置為和標(biāo)準(zhǔn)移位寄存器或微處理器接口，其多路器可用軟件配置為單端或差分輸入，差分的模擬電壓輸入可以抑制共模電壓，但輸入基準(zhǔn)電壓不可以調(diào)整大小，在內(nèi)部已經(jīng)連到VCC。ADC0832的性能是：8位分辨率；易于和微處理器接口或獨(dú)立使用；用5V基準(zhǔn)電壓；多路器選擇的雙通道；可單端或差分輸入選擇；單5V供電，輸入范圍O5V；輸入和輸出與TTL和C

37、MOS兼容；在Fclock250KHz時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間為32us；總非調(diào)整誤差為1LSB。ADC0832為8腳雙列直插式封裝，引腳如圖11所示。其中，CH0、CH1：組合選擇通道（如表2）；CS：片選信號，低電平有效；DO：數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。圖11 ADC0832引腳圖表2 ADC0832多路器的控制邏輯多路器地址 通道號 SG OD CHO CH1 L L + - L H - + H L + GND H H GND +4.3.2.3 A/D模塊的電路原理該部分的電路圖如圖12所示。該部分的主要作用是將經(jīng)峰值檢波電路采樣-衰減-保持后輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后傳送給單片機(jī)計(jì)算有效值。在51系列單片

38、機(jī)的作用下，ADC0832的啟動(dòng)和轉(zhuǎn)換可以由軟件自由控制。其轉(zhuǎn)換過程為：（1）片選 置CS為低電平方能啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，使所有邏輯電路使能。此時(shí)，DO端為高阻，DI端等待指令。（2）起始 緊接著使DI端輸出第一個(gè)邏輯高，表示起始位。ADC0832的輸入配置在多路器尋址時(shí)序中進(jìn)2起始 緊接著使DI端輸出第一個(gè)邏輯高，表示啟始位。（3）配置 緊接的兩位是ADC0832的配置位。在連續(xù)的兩個(gè)時(shí)鐘的上升跳變沿，兩位配置位移入移位寄存器，即由單片機(jī)向CLK端輸出ADC0832一個(gè)轉(zhuǎn)換周期的第二、第三個(gè)脈沖。第一位0表示單通道差分輸入，1表示雙通道單極性輸入；第二位表示單通道差分輸入時(shí)的極性選擇或者是表示雙通道單

39、極性輸入時(shí)的通道選擇。（4）轉(zhuǎn)換 當(dāng)起始位和兩位配置位移入地址移位寄存器后，轉(zhuǎn)換便開始。即第三個(gè)脈沖的下降沿轉(zhuǎn)換開始，同時(shí)DI端轉(zhuǎn)為高阻狀態(tài)，DO端脫離高阻狀態(tài)，為輸出數(shù)據(jù)做準(zhǔn)備。由此可見,ADCO832的DI端只在多路器尋址時(shí)被檢測，此時(shí)DO端為高阻狀態(tài)，在轉(zhuǎn)換過程中DO端脫離高阻狀態(tài)，此時(shí)DI端和多路器的移位寄存器是關(guān)斷的。因此，DI和DO端可以連在一起，通過一根線連到處理器的一個(gè)雙向1O口進(jìn)行控制。（5）讀取 第三個(gè)脈沖之后，接著由單片機(jī)向CLK端輸出第四個(gè)脈沖，在第四個(gè)脈沖的下降沿，處理器即可讀取DO端的第一位數(shù)據(jù)。然后以此類推，分別讀取以下幾位，即第4至第11個(gè)脈沖，共讀取8位數(shù)據(jù)。

40、ADCO832在輸出端以最高位（MSB）開頭的數(shù)據(jù)流后，又以最低位（LSB)開頭重輸出一遍數(shù)據(jù)流,最低位共用。結(jié)束轉(zhuǎn)換，置CS高電平。圖12 A/D模塊電路圖 D/A轉(zhuǎn)換部分.1 D/A芯片選取1、D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo) DAC（Digital Analog Converter）是D/A轉(zhuǎn)換器的簡稱。DAC技術(shù)指標(biāo)是選用DAC芯片型號的依據(jù)，也是衡量芯片質(zhì)量的重要參數(shù)。DAC的主要技術(shù)指標(biāo)如下：（1）分辨率(Resolution) 指最小模擬輸出量（對應(yīng)數(shù)字量僅最低位為1）與最大量（對應(yīng)數(shù)字量所有有效位為1）之比。（2）線性度（Linearity） 是指DAC的實(shí)際轉(zhuǎn)換特性曲線和理想直線之

41、間的最大偏差。（3）建立時(shí)間(SettingTime) 是指將一個(gè)數(shù)字量轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定模擬信號所需的時(shí)間，也可以認(rèn)為是轉(zhuǎn)換時(shí)間。DA中常用建立時(shí)間來描述其速度，而不是AD中常用的轉(zhuǎn)換速率。一般地，電流輸出DA建立時(shí)間較短，電壓輸出DA則較長。（4）偏移量誤差（Offset Error） 是指輸入數(shù)字量為零時(shí)，輸出模擬量對零的偏移值。2、D/A轉(zhuǎn)換器比較D/A轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部電路構(gòu)成無太大差異，一般按能否作乘法運(yùn)算、輸出是電流還是電壓等進(jìn)行分類。以下列出幾種類型以作比較：（1）乘算型（如AD7533）D/A轉(zhuǎn)換器中有使用恒定基準(zhǔn)電壓的，也有在基準(zhǔn)電壓輸入上加交流信號的，后者由于能得到數(shù)字輸入和基準(zhǔn)電壓輸

42、入相乘的結(jié)果而輸出，因而稱為乘算型D/A轉(zhuǎn)換器。乘算型D/A轉(zhuǎn)換器一般不僅可以進(jìn)行乘法運(yùn)算，而且可以作為使輸入信號數(shù)字化地衰減的衰減器及對輸入信號進(jìn)行調(diào)制的調(diào)制器使用。（2）一位D/A轉(zhuǎn)換器一位D/A轉(zhuǎn)換器與前述轉(zhuǎn)換方式全然不同，它將數(shù)字值轉(zhuǎn)換為脈沖寬度調(diào)制或頻率調(diào)制的輸出，然后用數(shù)字濾波器作平均化而得到一般的電壓輸出(又稱位流方式)，用于音頻等場合。（3）電壓輸出型（如TLC5620）電壓輸出型D/A轉(zhuǎn)換器雖有直接從電阻陣列輸出電壓的，但一般采用內(nèi)置輸出放大器以低阻抗輸出。直接輸出電壓的器件僅用于高阻抗負(fù)載，由于無輸出放大器部分的延遲，故常作為高速DA轉(zhuǎn)換器使用。（4）電流輸出型(如THS5

43、661A)電流輸出型D/A轉(zhuǎn)換器很少直接利用電流輸出，大多外接電流電壓轉(zhuǎn)換電路得到電壓輸出，后者有兩種方法：一是只在輸出引腳上接負(fù)載電阻而進(jìn)行電流電壓轉(zhuǎn)換，二是外接運(yùn)算放大器。用負(fù)載電阻進(jìn)行電流電壓轉(zhuǎn)換的方法，雖可在電流輸出引腳上出現(xiàn)電壓，但必須在規(guī)定的輸出電壓范圍內(nèi)使用，而且由于輸出阻抗高，所以一般外接運(yùn)算放大器使用。用于D/A數(shù)模變換的IC芯片有不少，在選取芯片時(shí)，既要依據(jù)上述的技術(shù)指標(biāo)，又要考慮實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性，即性價(jià)比要高，并且要結(jié)合實(shí)際電路的需要。經(jīng)過多方面的考慮，本設(shè)計(jì)選用了TLC5620這個(gè)型號。.2 TLC5620簡介TLC5620是美國德州儀器公司生產(chǎn)、單電源供電的串聯(lián)型8位D

44、/A轉(zhuǎn)換器(DAC),它有四路各自獨(dú)立的電壓輸出D/A轉(zhuǎn)換器,具備各自獨(dú)立的基準(zhǔn)源,其輸出還可編程為2倍或1倍。在控制TLC5620時(shí),只要對該芯片的DATA、CLK、LDAC、LOAD端口進(jìn)行操作即可，其引腳圖和內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖分別如圖13和圖14所示。圖13 TLC5620的引腳圖圖14 TLC5620的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖TLC5620命令字為11位,其中8位是數(shù)字量,另2位是DAC通道選擇,1位是增益選擇。其內(nèi)部寄存器具有雙緩沖器,在更新各通道的數(shù)據(jù)量后,其輸出通過LDAC控制，可同時(shí)將其命令格式更新成第一位、第二位為A1、A0，第三位為RNG即可編程序放大輸出倍率，第四位到第十一位分別為8位數(shù)據(jù)

45、。最高位在前，最低位在后。其時(shí)序波形見圖15。轉(zhuǎn)換器的通道取決于A1、A0的值，如表3所示。圖15 TLC5620的工作時(shí)序圖表3 串行輸入譯碼A1 A0 D/A輸出0 0 DCAA0 1 DCAB1 0 DCAC1 1 DCAD 對于每一位輸出，其輸出電壓的表達(dá)式為：Vout=VREFCODE/256(1+RNG) 式中,VREF為基準(zhǔn)電壓輸入,CODE為數(shù)字量,其范圍為0255。RNG為0或1。它的輸出電壓如表4。表4 理想轉(zhuǎn)換輸出D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 OUTPUT VOLTAGE 0 0 0 0 0 0 0 0 GND 0 0 0 0 0 0 0 1 （1/25

46、6）REF（1+RNG） 0 1 1 1 1 1 1 1 （127/256）REF（1+RNG） 1 0 0 0 0 0 0 0 （128/256）REF（1+RNG） 1 1 1 1 1 1 1 1 （255/256）REF（1+RNG）.3 D/A模塊的電路原理這部分也可稱為控制電壓模塊，其原理是根據(jù)用戶對增益的設(shè)置，由單片機(jī)查表得到對D/A轉(zhuǎn)換器的控制字串，并輸出給D/A轉(zhuǎn)換器以產(chǎn)生精確的控制電壓來控制AD603的增益。電路原理圖如圖16所示。圖16 D/A模塊原理圖 顯示部分這一部分采用LCD（Liquid Crystal Display）液晶顯示模塊。字符型液晶顯示模塊是一類專門用于

47、顯示字母、數(shù)字、符號等的點(diǎn)陣型液晶顯示模塊。在顯示器件的電極圖形設(shè)計(jì)上，它是由若干個(gè)5*7或5*11等點(diǎn)陣字符位組成。每一個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符。點(diǎn)陣字符之間空有一個(gè)點(diǎn)距的間隔起到了字符間距和行距的作用。一般，字符LCD模塊的控制器為日本日立公司的HD44780及其替代集成電路，驅(qū)動(dòng)器為HD44100及其替代的兼容集成電路。LCD的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以分為三個(gè)方塊來說明：一為LCD控制器，二為LCD驅(qū)動(dòng)器，三為LCD顯示裝置，如圖17所示。LCD與微處理機(jī)（Micro Processor Unit,簡稱MPU）之間是利用LCD的控制器（Controller）進(jìn)行溝通，目前大部分的點(diǎn)矩陣LCD的

48、控制器都使用一顆編號為HD44780的集成電路為控制器。 圖17 LCD的內(nèi)部結(jié)構(gòu)本設(shè)計(jì)主要顯示最大輸出電壓有效值和預(yù)值增益值，本該可以使用LED大屏幕顯示，但結(jié)合實(shí)際情況，我們采用LCD液晶顯示。該部分的電路原理圖如圖18所示。圖18 LCD顯示原理圖4.4 穩(wěn)壓電源部分電源作為放大器的能量供應(yīng)部分，在整個(gè)放大器電路中起著舉足輕重的作用，好的電源能夠使放大器的作用發(fā)揮得更出色。這部分設(shè)計(jì)采用了市場上通用的LM317（可調(diào)）、LM337（可調(diào)）、7805、7815、7915和7905這些三端穩(wěn)壓管做成的，可以給整個(gè)系統(tǒng)提供15V直流、5V直流和連續(xù)可調(diào)30V直流。系統(tǒng)的數(shù)字部分和模擬部分用電感

49、隔離，具體電路如圖19所示。圖19 穩(wěn)壓電源電路圖5 軟件部分設(shè)計(jì)由于本設(shè)計(jì)只要求控制步進(jìn)增益和顯示最大輸出電壓有效值及預(yù)置增益值，因此，軟件部分設(shè)計(jì)并不是很復(fù)雜，其中只有用查表來控制D/A輸出準(zhǔn)確的控制電壓較復(fù)雜。該系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)主要分為三部分，即A/D轉(zhuǎn)換部分、D/A轉(zhuǎn)換部分和LCD液晶顯示部分。這三部分的程序都可以用執(zhí)行效率比較高的匯編語言或通俗易懂的C語言來完成。由于C語言相對來說比較直觀，故此選擇C語言進(jìn)行編程。其總體程序見附錄。5.1 A/D模塊程序設(shè)計(jì) 由于ADC0832直接可以利用的程序很少，必須找出相關(guān)的資料進(jìn)行參考，以下是找到的部分C語言的資料。串行8位ADC TLC083

50、1或TLC0832的C語言源程序#include #include #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit adcdo=P15;sbit adccs=P16;sbit adcclk=P13;void delay1(uchar x);uchar readadc(void);void adcck(void);void delay1(uchar x) uchar i; for(i=0;ix;i+); void adcck(void) adcclk=1; delay1(2); adcclk=0; delay1(

51、2); uchar readadc(void) uchar i;adccs=0; adcck(); ch=0;for (;adcdo=1;) adcck();for (i=0; i8; i+) adcck(); ch=(ch1)|adcdo; adccs=1;return(ch);由于TLC0832與ADC0832都是串行輸入的IC,在程序上也有共同的地方,但是TLC0832并不象ADC0832那樣需要選擇通道,所以在程序上也沒有那么的復(fù)雜,雖然是與ADC0832兼容。但在操作上還是有不同點(diǎn),經(jīng)觀察, for (i=0; i8; i+) adcck(); ch=(ch1)|adcdo; 這是A

52、D轉(zhuǎn)換的重要點(diǎn),但是必須由ADC0832的時(shí)序圖寫出通道選擇的程序。然后，慢慢調(diào)試程序，直到適合本系統(tǒng)。5.2 D/A模塊程序設(shè)計(jì)由于TLC5620的程序設(shè)計(jì)中并沒有像ADC0832那樣要進(jìn)行通道選擇。而且能比較容易的找到TLC5620的參考資料，但是由于是針對不同的電路來編寫程序的，所以必須要對程序進(jìn)行修改，糾正，以符合本系統(tǒng)的需要。TLC的C語言參考資料如下：/DA TLC5620#include #include #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit dacload=P10;sbit daccl

53、k=P11;sbit dacdata=P12;void delay1(uchar x);void writedac(uchar x);void dacck(void);void delay1(uchar x) uchar i; for(i=0;ix;i+); void dacck(void) dacclk=1; delay1(2); dacclk=0; delay1(2); void writedac(uchar x) uchar i;ch=x; dacload=1;dacdata=0; dacck(); dacdata=0; dacck(); dacdata=1; dacck();for (

54、i=0; i8; i+) ch=ch1; dacdata=CY; dacck(); dacload=0; delay1(2); dacload=1; delay1(2);5.3 顯示模塊程序設(shè)計(jì) 由于該部分使用LCD液晶顯示，而LCD液晶附帶的說明書里有部分的程序?qū)嵗?，可作參考，且以前課程設(shè)計(jì)也用過液晶顯示，比較熟悉了，于是我們調(diào)用了以前調(diào)試好的程序（見附錄一）。6 高頻電路抗干擾措施寬帶放大器是高頻放大器的一種，屬于高頻電路，且該系統(tǒng)總的增益為080dB，前級輸入和增益控制部分增益最大可達(dá)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的影響。于是可以采用下述方法減少干擾，避免自

55、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，各級供電采用電感隔離，輸入級和功率放大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(nèi)接高頻瓷片電容，通過這種方法可避免低頻自激。（3）所有信號耦合可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）可構(gòu)建閉路環(huán)。在輸入級，將整個(gè)運(yùn)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可采用此方法。在功率級，此法可以有效地避免高頻輻射。除此方法外，還可以將增益控制部分和后級功率放大部分電路焊在直接接地的附銅板上，采用多點(diǎn)就近接地和

56、大面積地的方法。（5）數(shù)模隔離。數(shù)字部分和模擬部分之間除了電源隔離外，還將各控制信號用電感隔離。（6）使用同軸電纜。輸入級和輸出級兩端都使用BNC接頭，用同軸電纜輸入和輸出，輸入級和功率級之間也用同軸電纜連接。如果上述的抗干擾措施都做得比較好，那么在1kHz20MHz的通頻帶范圍和080dB增益范圍內(nèi)都沒有自激且噪聲系數(shù)很小，即整個(gè)系統(tǒng)的抗干擾能力較強(qiáng)，輸出比較準(zhǔn)確和穩(wěn)定。7 系統(tǒng)調(diào)試和測試結(jié)果7.1 測試方法將各部分電路連接起來，使用信號發(fā)生器和示波器進(jìn)行測試。先調(diào)整0dB使輸出信號幅度和輸入信號幅度相等，然后接上600的負(fù)載電阻進(jìn)行整機(jī)測試。7.2 測試數(shù)據(jù) 以下是使用實(shí)驗(yàn)室EE1642B

57、型函數(shù)信號發(fā)生器和示波器等儀器測得的一組經(jīng)典數(shù)據(jù),如表5、表6、表7所示（詳細(xì)數(shù)據(jù)見制作部分）。表5 頻率特性測試數(shù)據(jù)頻率（kHz） ViP-P（mV） VOP-P（V） 增益（dB）表6 步進(jìn)增益誤差測試數(shù)據(jù)預(yù)置增益（dB） ViP-P（mV） VOP-P（V） 實(shí)際增益（dB） 誤差（dB） 50 10 3.15 50.0 0表7 AGC控制測試數(shù)據(jù) ViP-P（mV） VOP-P（V） 增益（dB） 10 5.10 57 6 5.08 62 4 4.90 66 3 4.92 687.3 數(shù)據(jù)誤差分析 這次測量的誤差主要來源是電磁干擾，由于實(shí)驗(yàn)室里有較多的儀器使用開關(guān)電源，電磁噪聲較大，還

58、有電路本身的內(nèi)部噪聲以及使用的同軸電纜屏蔽效果并不很好，所以測量的數(shù)據(jù)存在一定的誤差。8 總結(jié) 從指標(biāo)來看，本設(shè)計(jì)各方面的指標(biāo)都達(dá)到或超過了題目的要求。它由三個(gè)模塊電路構(gòu)成：前級放大、末級功放和單片機(jī)顯示與控制。理論上，整個(gè)系統(tǒng)可以將頻率為1kHz5.5V時(shí)，AGC控制范圍為66dB。其中，預(yù)置增益和輸出電壓有效值可通過液晶顯示出來。由于函數(shù)信號發(fā)生器只能產(chǎn)生頻率為10MHz以內(nèi)的信號，所以并沒有測試到頻率為10MHz以上的數(shù)據(jù)。實(shí)際制作中，整個(gè)系統(tǒng)的通頻帶為1kHz20MHz，但可能由于電路元件的問題，頻率為10kHz以下的信號輸出波形有點(diǎn)模糊，出現(xiàn)了一點(diǎn)紋波；由于軟件設(shè)計(jì)，其最小增益為1d

59、B，最大增益為70dB，步進(jìn)間隔為1dB；還有由于屏蔽措施做得不太好和焊工問題，系統(tǒng)受到了外部及內(nèi)部的干擾，使信號不穩(wěn)定，液晶顯示也不穩(wěn)定。除了上述以外，其他指標(biāo)都達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求?？梢姡@次設(shè)計(jì)雖然還存在著一些問題，有待改進(jìn)，但總的來說，也算是比較成功，令人滿意的。 本畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是運(yùn)用模擬電子線路的知識，讓我在走向社會(huì)前重溫及穩(wěn)固了大學(xué)里所學(xué)的專業(yè)知識。我除了負(fù)責(zé)該系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)外，還參加了一部分硬件制作，讓我懂得高頻電路的接地對整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性起著重要的作用，要讓各元件就近接地及大面積接地等?？偟膩碚f，這次設(shè)計(jì)讓我受益良多，鍛煉了自己動(dòng)手解決問題的能力，還學(xué)會(huì)了怎樣與別人分工合作。致 謝

60、本設(shè)計(jì)是在某某老師的指導(dǎo)下完成的。盡管某某老師事務(wù)繁忙，但他仍然在百忙中抽時(shí)間來指點(diǎn)我們。某某老師很關(guān)心我們的進(jìn)度，他每個(gè)星期都會(huì)抽出一個(gè)早上的時(shí)間來跟我們見面，了解我們的進(jìn)度和幫我們解決一些困難，有時(shí)還給我們提供一些市場上比較難找的元器件。有幾次，我們都是晚上才去找某某老師，他依然很熱情、很有耐心地幫我們解決問題。某某老師每一次的提點(diǎn)，都讓我們茅塞頓開，恍然大悟，就像在黑暗的道路上，突然出現(xiàn)了一盞明燈引路似的，讓我們朝著正確的方向走和使我們的進(jìn)度大大地加快。在設(shè)計(jì)的過程中，我們還得到了很多同學(xué)的幫助，特別是某某同學(xué)；在制作的過程中，管理實(shí)驗(yàn)室的某某老師也給予我們很大的方便。非常感謝你們的幫助