基于单片机的宽带程控放大器.docx
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基于单片机的宽带程控放大器
数理与信息工程学院
《单片机原理及应用》期末课程设计
题目：
基于单片机的宽带程控放大器
专业：
班级：
姓名：
学号：
指导老师：
成绩：
（2008.6）
目录
第1节引言…………………………………………………………………………3
1.1宽带放大器简介及发展史……………………………………………………3
1.2基本任务………………………………………………………………………4
第2节方案论证与比较………………………………………………………………5
2.1交流放大器方案………………………………………………………………5
2.2增益控制方案…………………………………………………………………5
2.3单片机键盘显示处理模块方案………………………………………………5
第3节系统设计………………………………………………………………………6
3.1交流放大器……………………………………………………………………6
3.2增益控制………………………………………………………………………7
3.3单片机键盘显示处理模块……………………………………………………7
第4节各模块设计与计算……………………………………………………………9
4.1截止频率………………………………………………………………………9
4.2放大倍数的计算………………………………………………………………9
第5节硬件电路设计…………………………………………………………………10
5.1PCB板制作……………………………………………………………………10
5.2电路组装焊接和检测…………………………………………………………10
第6节软件设计………………………………………………………………………11
6.1设置液晶的初始画面…………………………………………………………11
6.2主控制模块单片机的软件控制（程序流程图）……………………………11
第7节实验数据………………………………………………………………………12
第8节总系统原理图…………………………………………………………………13
第9节源程序…………………………………………………………………………14
第10节结束语…………………………………………………………………………20
参考文献…………………………………………………………………………………21
基于单片机的宽带程控放大器
数理与信息工程学院07计算机专升本李娜
指导教师：
余水宝
第1节引言
随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中数字温度计就是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。
人们迫切地要求能够远距离随时随地迅速而准确地传送多媒体信息。
于是，无线通信技术得到了迅猛的发展，技术也越来越成熟。
而宽带放大器是上述通信系统和其它电子系统必不可少的一部分。
本设计根据增益控制的原理，在完成增益指标和自制稳压电源的同时，也考虑了实际使用效果，来提高放大器带负载的能力。
本设计介绍的是基于单片机的程控放大器，其由三个模块电路构成：
交流放大器、增益控制和单片机键盘显示处理模块。
交流放大器采用自举式同相交流放大器，提高交流放大器的输入电阻，从而提高了共模抑制比。
增益控制采用继电器的导通和关断来控制反馈电阻的大小，以实现增益大小的变化。
单片机键盘显示处理模块主要采用1602液晶显示，通过按键盘控制以实现显示不同的增益。
1.1宽带放大器简介及发展史
宽带放大器是音响、有线电视、无线通信等系统中必不可少的部分，现在对放大器的发展做一个简要介绍。
工作频率上限与下限之比甚大于1的放大电路。
习惯上也常把相对频带宽度大于20％～30％的放大器列入此类。
这类电路主要用于对视频信号、脉冲信号或射频信号的放大。
用于电视图像信号放大的视频放大器是一种典型的基带型宽带放大器，所放大的信号的频率范围可以从几赫或几十赫的低频直到几兆赫或几十兆赫的高频。
这类放大器通常以电阻器为放大器的负载，以电容器作级间耦合。
为了扩展带宽，除了使其增益较低以外，通常还需要采用高频和低频补偿措施，以使放大器的增益-频率特性曲线的平坦部分向两端延展。
可以归入宽带放大器的还有用于时分多路通信、示波器、数字电路等方面的基带放大器或脉冲放大器（带宽从几赫到几十或几百兆赫），用于测量仪器的直流放大器（带宽从直流到几千赫或更高），以及音响设备中的高保真度音频放大器（带宽从几十赫到几十千赫）等。
用于射频信号放大的宽带放大器（大多属于带通型），如雷达或通信接收机中的中频放大器，其中心频率为几十兆赫或几百兆赫，通带宽度可达中心频率的百分之几十。
1.2基本任务
设计一个宽带程控放大器，要求：
1.放大器增益：
0～60dB
2.增益可程控调节
3.放大器带宽：
20Hz～9％运放带宽增益积
4.增益数字显示
5.输出信号幅度：
>5Vpp
6.输出噪声：
<0.5Vpp
7.自制放大器的PCB，控制部分可采用开发板。
第2节方案论证与比较
2.1交流放大器
方案一：
采用反向交流放大器。
通过实验调试发现：
采用反向放大，由于电容的影响，波形在放大之后会产生相位偏移。
方案二：
采用自举式同相交流放大器。
通过实验调试发现：
一方面，可以很好的解决相位同向问题，另一方面，可以提高共模抑制比，在这里，我选择方案二。
2．2增益控制
方案一：
采用数字电位器调整来控制增益。
可以进行多档调节，这样成本会比较高，我们暂不先考虑。
方案二：
采用继电器来控制增益的大小。
可以按照我们事先设置好的反馈电阻来进行控制继电器的通断，以达到我们所需要达到的目的，由于需要设计的档位不是很多，我选择方案二。
2.3单片机显示处理
方案一：
直接采用拨码开关来控制。
这样比较简洁，但不直观，不知道显示的增益的大小。
方案二：
采用单片机控制及1602液晶显示。
通过按键控制单片机可以很方便的达到智能化控制，按照我们所要求的来实现及显示内容，在这里我选择方案二。
第3节系统的设计
3．1交流放大器
在这里我们采用LP353集成运放，它的增益带宽积为4M，由于采用的是自举式同相交流放大器，所以它的输入电阻为R23加上R32的阻值，提高了输入电阻，等于提高了共模抑制比。
为了防止电源产生的干扰和自激，在电源处接了去耦电容，防止电源内阻产生信号耦合。
为了达到1~1000的放大倍数，根据设计要求我们必须采用三级放大来实现。
单级放大图如下：
图3-1交流放大器原理框图
3．2增益控制
在这里，我们采用了5V继电器来，采用两个NPN组合而成的复合管来驱动继电器，可以提高电流。
图3-2增益控制的原理框图
3.3单片机键盘显示处理模块
采用51单片机控制，1602液晶显示，通过按键给单片机信号去控制增益大小。
图3-3按键及液晶接线图
图3-4单片机复位及振荡电路
第4节各模块设计与参数计算
4.1截止频率
对于三级放大电路的上限频率、下限频率有以下关系：
fH≈0.52fH1
fL≈1.91fL1
4.2放大倍数的计算
图4-1放大倍数原理图
如上图所示，uO=（1+Rf/R1）Ui,通过调节可调电阻，我们就可以得到相应的放大倍数及增益。
通过三级放大，总的增益为三级运放之积。
第5节硬件电路设计
5.1PCB板制作
根据PCB制作线路板，电路图如下：
图5-1PCB制作电路原理图
5.2电路组装焊接和检测
根据PCB板及原理图进行组装焊接，在调试过程中也遇到了很多问题，包括继电器驱动问题，尤为突出，采用一个NPN管驱动电流太小，它需要15MA电流，以至不动作，最后经过多次调试，我们采用复合管，解决了此问题。
第6节软件设计
6.1设置液晶的初始画面
图6-1液晶初始画面图
6.2主控制模块单片机的软件控制
图6-2程序流程图
第7节实验数据
测试条件：
输入交流小信号，频率F=23.75KHZ。
表7-1放大倍数各参数参考
输入信号
设定
放大倍数
输出信号
实测
放大倍数
放大倍数相对误差
截止频率
5mv*4div=20mv
峰峰值
1000
5V*4.04div=20.2v
1001
1
FH=164.1KHZ
FL=183.1HZ
5mv*4div=20mv
峰峰值
100
0.5V*4.02div=2.01v
100.5
0.5
FH=228.7KHZ
FL=148.7HZ
5mv*4div=20mv
峰峰值
10
50V*4.01div=200.5mv
10.25
0.25
FH=419.5KHZ
FL=86.93HZ
第8节总系统原理图
图8-1系统原理图
第9节源程序
;***********************************
;描述:
LCD1602显示
;显示方式：
AU及显示放大倍数
;***********************************
RSBITP1.2
RWBITP1.1
EBITP1.0
;********************
K1EQUP1.3
K2EQUP1.4
K3EQUP1.5
J1EQUP2.7
J2EQUP2.6
J3EQUP2.5
;********************
ORG0000H
LJMPSTART
ORG0030H
START:
MOVR6,#0
LCALLLIN
LCALLZHWEN
MOVp0,#0C6H
LCALLENABLE
LCALLL1
MOV60H,R6
MAIN:
JNBK1,SHENG
JNBK2,JIANG
MOVA,60H
CJNEA,61H,DIAN
LJMPOUT
DIAN:
LCALLPAN
MOV60H,61H
OUT:
LJMPMAIN
SHENG:
JNBK1,$
INCR6
MOVA,R6
CJNEA,#04,SHENG2
LJMPSHENG3
SHENG2:
MOVR6,#4
SHENG3:
MOV61H,R6
LJMPMAIN
JIANG:
JNBK2,$
DECR6
MOVA,R6
CJNEA,#00,SHENG2
LJMPSHENG3
MOV61H,R6
LJMPMAIN
;****************************************
PAN:
MOVA,R6
CJNEA,#00,DISP100
LCALLL1
LJMPCHULAI
DISP100:
CJNEA,#01,DISP10
LCALLL2
LJMPCHULAI
DISP10:
CJNEA,#02,DISP1
LCALLL3
LJMPCHULAI
DISP1:
CJNEA,#03,CHULAI
LCALLL4
CHULAI:
RET
;***************************************8
L1:
MOVDPTR,#TABLE3;显示1000
MOVR7,#4
LCALLWRITE1
SETBJ1
SETBJ2
SETBJ3
RET
L2:
MOVDPTR,#TABLE4;显示100
MOVR7,#3
LCALLWRITE1
SETBJ1
SETBJ2
CLRJ3
RET
L3:
MOVDPTR,#TABLE5;显示10
MOVR7,#2
LCALLWRITE1
SETBJ1
CLRJ2
CLRJ3
RET
L4:
MOVDPTR,#TABLE6;显示1
MOVR7,#1
LCALLWRITE1
CLRJ1
CLRJ2
CLRJ3
RET
;***********************************
;1602显示中文字幕
;***********************************
ZHWEN:
MOVDPTR,#TABLE1;显示AUCHENGKONG
MOVR7,#16
LCALLWRITE1
MOVp0,#0C0H
LCALLENABLE
MOVDPTR,#TABLE2;显示AU：
MOVR7,#4
LCALLWRITE1
RET
;***********************************
;1602初始化
;***********************************
LIN:
MOVp0,#01H
LCALLENABLE
MOVp0,#38H
LCALLENABLE
MOVp0,#0FH
LCALLENABLE
MOVp0,#0CH
LCALLENABLE
MOVp0,#80H
LCALLENABLE
RET
;***********************************
;1602读写控制
;***********************************
ENABLE:
CLRRS
CLRRW
CLRE
LCALLDELAY
SETBE
RET
;-----------------------
WRITE1:
MOVR1,#00H
A1:
MOVA,R1
MOVCA,@A+DPTR
LCALLWRITE2
INCR1
DJNZR7,A1
RET
;-----------------------
WRITE2:
MOVP0,A
SETBRS
CLRRW
CLRE
LCALLDELAY
SETBE
RET
;***********************************
;延时程序
;***********************************
DELAY:
MOVR4,#05
D6:
MOVR5,#0FFH
DJNZR5,$
DJNZR4,D6
RET
;----------------------------
;
;取表程序
;
;------------------------------
TABLE1:
DB'AUCHENGKONG',00H;显示”ENTERTHEKEY“
TABLE2:
DB'AU:
',00H;显示第二行
TABLE3:
DB'1000',00H
TABLE4:
DB'100',00H
TABLE5:
DB'10',00H
TABLE6:
DB'1',00H
END
结束语
模拟电子线路的主要知识点有三点，即放大器、振荡器和调制/解调器，而后二者也多是以放大器为基础的，所以放大器实际上是模拟电子线路最重要最基本的知识点。
而对放大器而言，最主要的反映当前新技术、新器件应用的就是运算放大器：
高速宽带、增益可程控、低噪声、高输入阻抗、高共模抑制比。
本次设计：
宽带程控放大器，可以说正是切中了这一主要知识点的诸多主要方面，应用到了单片机等数字化技术与微机技术，较好地体现了当前“模拟的系统概念加数字化的处理技术”这一个电子技术发展的总趋势。
本次课程设计的完成大致经历了选题、搜寻资料、实验验证与设计报告写作等阶段。
根据课题要求，复习相关的知识，查询相关的资料。
根据实验条件，找到适合的方案，找到需要的元器件及工具，准备实验。
根据课程设计的要求和自己所要增加的功能写好程序流程图，在程序流程图的基础上，根据芯片的功能写出相应的程序。
然后再进行程序调试和相应的修改，以达到能够实现所要求的功能的目的。
在本次设计的过程中，我发现很多的问题，不过通过同学的帮助，老师的指导，实验的验证、测试、分析，最后终于解决各个问题。
虽然以前还做过这样的设计，但这次设计真的让我长进了很多。
通过此次应用系统设计，在很大程度上提高了自己的独立思考能力和单片机的专业知识，也深刻了解写一篇应用系统的步骤和格式。
从专业理论上来说进行了一次系统的学习，结合实际制作电路，包括制作PCB、焊接电路等，在其过程中也遇到了很多难题，从遇到问题、分析问题和解决问题这一流程，让我感触很深，理论知识还不够扎实，实践和理论结合还有很大的差距。
我会在以后的学习和实践中能够脚踏实地的刻苦钻研，更好的使理论和实际相结合，取得更大的进步，为今后的课题制作或论文写作做好了良好的铺垫。
此次单片机宽带程控放大器的设计，使我对学过的单片机知识有了更深入的了解，增强了自身的动手能力，对单片机的整个过程有了更深的掌握。
从这次的课程设计中，我真真正正的意识到，在以后的学习中，要理论联系实际，把我们所学的理论知识用到实际当中，学习单机片机更是如此，程序只有在经常的写与读的过程中才能提高，这就是我在这次课程设计中的最大收获。
参考文献
[1]华成英，童诗白.模拟电子技术基础第四版.高等教育出版社，2006，5
[2」陈友华，王新忠．液晶显示模块的应用．科技开发与市场信息．
[3]欧伟明．液晶显示模块TC1602A与单片机的接口技术[J]．株洲工学院电气工程系：
国外电子元器件．2003年第３期
[4]周航慈.单片机应用程序设计技术（M）北京航空航天出版社，1991
[5]李朝青.单片机原理及接口技术（简明修订版）.北京航空航天大学出版社，1998
[6]胡汉才．单片机原理及其接口技术（M）．清华大学出版社，2000年5月第一版
[7]陈汝全．电子技术常用器件应用手册（M）．第二版，机械工业出版社，2002年5月第一版
[8]陆坤，席大顺，李之权．电子设计技术（M）．电子科技大学出版社，1997
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