程控增益直流放大器課件

1、程控增益直流放大器程控增益直流放大器設(shè)計(jì)報(bào)告 學(xué)院： 專業(yè)： 隊(duì)員：目錄摘要.31、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求.41.1、設(shè)計(jì)任務(wù).41.2、設(shè)計(jì)要求.41.3、發(fā)揮部分.42、 系統(tǒng)方案論證.43、 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與理論分析.53.1、STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊.53.2、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊.63.3、放大模塊.83.4、信號(hào)采集模塊.93.5、顯示模塊.104、系統(tǒng)調(diào)試.114.1、調(diào)試儀器儀表.114.2、誤差分析.115、設(shè)計(jì)總結(jié).116、元件清單.127、參考文獻(xiàn).128、程序清單.12摘要 本系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)為核心，用AD603作為差分放大器，以單片機(jī)控制DAC0832轉(zhuǎn)換器和

2、NE5532輸出一線性變化的控制電壓，在控制電壓的控制下，信號(hào)通過(guò)AD603實(shí)現(xiàn)可編程放大，并能實(shí)現(xiàn)步進(jìn)，差分放大后的信號(hào)通過(guò)OP07實(shí)現(xiàn)后級(jí)放大。用單片機(jī)把控制電壓變化的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成放大增益并由1602液晶屏顯示。用ADC0804芯片采集輸出電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并送至單片機(jī)，單片機(jī)將信號(hào)轉(zhuǎn)換成輸出電壓值并由1602液晶屏顯示。系統(tǒng)采用AD603實(shí)現(xiàn)前級(jí)放大，減小共模信號(hào)的影響，提高信號(hào)放大的可靠性。關(guān)鍵字：STC89C52 AD603 可編程放大 步進(jìn)Summarythis system with STC89C52 SCM smallest system as the core, using

3、 AD603 as a differential amplifier, MCU control DAC0832 converter and NE5532 changes in a linear output control voltage, under the control of voltage control signal through the programmable amplifier AD603 implementation, and can achieve step by step, after differential signal after amplification by

4、 OP07 amplifier application. Using single chip microcomputer to control digital signal into a voltage change amplifier gain and the 1602 LCD display. By ADC0804 chip output voltage into a digital signal collected and sent to the MCU, MCU will output signal into voltage value and the 1602 LCD display

5、. System level before is realized by using AD603 amplification, reduce the influence of common mode signal, to improve the reliability of signal amplification.Key words: STC89C52 AD603 programmable amplification step by step1、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1.1、設(shè)計(jì)任務(wù)在溫度檢測(cè)、力學(xué)實(shí)驗(yàn)、橋式電路中，輸出的電信號(hào)往往極其微弱，通常為毫伏級(jí)，而環(huán)境共模干擾的幅度往往大于被測(cè)電信號(hào)，放大

6、微弱的電信號(hào)是直流放大器的最基本性能。設(shè)計(jì)一個(gè)直流放大器。輸入信號(hào)Vi取自橋式測(cè)量電路的輸出，如圖1。當(dāng)R1R2R3R4時(shí)，Vi0。通過(guò)調(diào)節(jié)R4，產(chǎn)生直流電壓信號(hào)Vi，經(jīng)直流放大器放大后，輸出電壓Vo。1.2、設(shè)計(jì)要求（1）差模電壓放大倍數(shù)AVD=1250,可手動(dòng)調(diào)節(jié)；（2）最大輸出電壓Vo為10V，非線性誤差105。（4）寫(xiě)出設(shè)計(jì)報(bào)告。1.3、發(fā)揮部分采用微控制器設(shè)計(jì)增益可調(diào)的直流放大器，數(shù)碼管或LCD顯示參數(shù)。（1）可通過(guò)按鍵調(diào)節(jié)差模電壓放大倍數(shù)AVD，調(diào)節(jié)范圍1500，步進(jìn)10；（2）實(shí)時(shí)顯示差模電壓放大倍數(shù)；（3）測(cè)量并顯示輸出電壓Vo電壓值。2、系統(tǒng)方案論證以STC89C52單片機(jī)和

7、AD603放大器作為核心芯片，通過(guò)DAC0832轉(zhuǎn)換器和NE5532放大器實(shí)現(xiàn)單片機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化成一系列可變的線性電壓，以NE5532輸出的線性可變電壓作為AD603放大器的控制電壓，信號(hào)從AD603輸入，在可變電壓的控制下實(shí)現(xiàn)電壓信號(hào)的可編程放大，以O(shè)P07放大器作為系統(tǒng)的后級(jí)放大，輸出最終放大的電壓。用單片機(jī)把控制電壓變化的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成放大增益并由1602液晶屏顯示，用ADC0804芯片采集輸出電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并送至單片機(jī)，單片機(jī)將信號(hào)轉(zhuǎn)換成輸出電壓值并由1602液晶屏顯示。AD603是一種低噪聲且由電壓控制的增益放大器， 它提供精確的、可由管腳選擇的增益, 它的增益是線性變化的

8、, 且在溫度和電源電壓變化時(shí)有很高的穩(wěn)定性。總體框架圖如下所示：3、系統(tǒng)設(shè)計(jì)與理論分析3.1、STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門(mén)狗定時(shí)器，內(nèi)置4KB EEPRO

9、M，MAX810復(fù)位電路，3個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4個(gè)外部中斷，一個(gè)7向量4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。另外 STC89C52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35MHz，6T/12T可選。3.2、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊3.2.1、D/A轉(zhuǎn)換模塊如圖所示，DAC0832芯片把單片機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化成模擬信號(hào)，由于模擬信號(hào)是電流，輸出的電流信號(hào)通過(guò)NE553

10、2芯片轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換。其中DAC0832的+1V基準(zhǔn)電壓由OP07芯片提供，輸出電壓（是基準(zhǔn)電壓）。3.2.2DAC0832芯片 DAC0832是8分辨率的D/A轉(zhuǎn)換集成芯片。與微處理器完全兼容。這個(gè)DA芯片以其價(jià)格低廉、接口簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點(diǎn)，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。D/A轉(zhuǎn)換器由8位輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成3.2.3、NE5532芯片NE5532是一種雙運(yùn)放高性能低噪聲運(yùn)算放大器。NE5532特點(diǎn)： 1、小信號(hào)帶寬：10MHZ 2、輸出驅(qū)動(dòng)能力：600，10V有效值 3、輸入噪聲電壓：5nV/Hz(典型值) 4、直

11、流 電壓增益：50000 5、交流電壓增益：2200-10KHZ 6、功率帶寬： 140KHZ 7、轉(zhuǎn)換速率： 9V/s 8、大的電源電壓范圍：3V-20V 9、單位增益補(bǔ)償 3.2.4、op07芯片op07的功能介紹：Op07芯片是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性運(yùn)算放大器集成電路。由于OP07具有非常低的輸入失調(diào)電壓（對(duì)于OP07A最大為25V），所以O(shè)P07在很多應(yīng)用場(chǎng)合不需要額外的調(diào)零措施。OP07同時(shí)具有輸入偏置電流低（OP07A為2nA）和開(kāi)環(huán)增益高（對(duì)于OP07A為300V/mV）的特點(diǎn)，這種低失調(diào)、高開(kāi)環(huán)增益的特性使得OP07特別適用于高增益的測(cè)量設(shè)備和放大傳感器的微弱信號(hào)等方面

12、。OP07芯片特點(diǎn)： 1、超低偏移： 150V最大 。 2、低輸入偏置電流： 1.8nA 。3、低失調(diào)電壓漂移： 0.5V/ 。 4、超穩(wěn)定，時(shí)間： 2V/month最大 5、高電源電壓范圍： 3V至22V 6、 工作電源電壓范圍是3V18V；OP07完全可以用單電源供電，你說(shuō)的5V,-5V絕對(duì)沒(méi)有問(wèn)題，用單5V也可以供電，但是線性區(qū)間太小，單電源供電，模擬地在1/2 VCC. 建議電源最好8V，否則線性區(qū)實(shí)在太小，放大倍數(shù)無(wú)法做大，一不小心，就充頂飽和了。我一直用+12V，-12V雙電源供電。3.3、放大模塊3.3.1、放大模塊如圖所示，AD603是一種低噪聲且由電壓控制的增益放大器， 它提

13、供精確的、可由管腳選擇的增益, 它的增益是線性變化的。AD603的電壓增益，由AD603的反饋決定，由圖所示的反饋可知=20.后級(jí)放大由UA741芯片構(gòu)成的求差電路構(gòu)成，對(duì)AD603輸出的電壓進(jìn)一步放大。3.3.2、AD603芯片AD603芯片是一種低噪聲且由電壓控制的增益放大器1它提供精確的、可由管腳選擇的增益, 它的增益是線性變化的, 且在溫度和電源電壓變化時(shí)有很高的穩(wěn)定性, 增益變化的范圍40dB, 增益控制轉(zhuǎn)換比例25mVdB, 響應(yīng)速度為40dB, 變化范圍所需時(shí)間小于1Ls1AD603內(nèi)部包含一個(gè)七級(jí)R22R梯形網(wǎng)絡(luò)組成的0dB到- 42. 14dB的可變衰減器和一個(gè)固定增益的放大

14、器, 此固定增益放大器的增益可通過(guò)外接不同反饋網(wǎng)絡(luò)的方式改變, 以選擇AD603不同的增益變化范圍。3.3.3、UA741芯片UA741芯片是高增益運(yùn)算放大器，用于軍事，工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用。這類單片硅集成電路器件提供輸出短路保護(hù)和閉鎖自由運(yùn)作。 UA741芯片還具有廣泛的共同模式，差模信號(hào)范圍和低失調(diào)電壓調(diào)零能力與使用適當(dāng)?shù)碾娢弧?。3.4、信號(hào)采集模塊3.4.1、信號(hào)采集模塊如圖所示，由ADC0804芯片采集輸出電壓并將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)。3.4.2、ADC0804芯片ADC0804是用CMOS集成工藝制成的逐次比較型摸數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。分辨率8位，轉(zhuǎn)換時(shí)間100s，輸入電壓范圍為05V，增加某些

15、外部電路后，輸入模擬電壓可為 + 5V。該芯片內(nèi)有輸出數(shù)據(jù)鎖存器，當(dāng)與計(jì)算機(jī)連接時(shí)，轉(zhuǎn)換電路的輸出可以直接連接在CPU數(shù)據(jù)總線上，無(wú)須附加邏輯接口電路。3.5、顯示模塊3.5.1、顯示模塊如所示，由單片機(jī)最小系統(tǒng)輸出的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)程序的函數(shù)轉(zhuǎn)換為AD603的放大增益，并由1602液晶屏顯示。將ADC0804芯片采集轉(zhuǎn)化后的信號(hào)送入單片機(jī)并由單片機(jī)控制將信號(hào)轉(zhuǎn)換成輸出電壓值并由1602液晶屏顯示。3.5.2、1602液晶顯示屏1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門(mén)用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊。它由若干個(gè)5X7或者5X11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，

16、每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱怂运荒芎芎玫仫@示圖形（用自定義CGRAM，顯示效果也不好）。1602LCD是指顯示的內(nèi)容為16X2,即可以顯示兩行，每行16個(gè)字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。4、系統(tǒng)調(diào)試4.1、調(diào)試儀器儀表儀器名稱型號(hào)數(shù)量信號(hào)發(fā)生器DP1308A1數(shù)字萬(wàn)用表DT9205A1雙蹤示波器DS1052D14.2、誤差分析造成誤差的原因有： (1)零點(diǎn)漂移：由于運(yùn)算放大器的零點(diǎn)漂移，溫度漂移等帶來(lái)的誤差，可以差分放大器件來(lái)解決此誤差。(2)A/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(lái)一定的誤差。為

17、了更精確的輸出電源電壓，選用更多位數(shù)的AD，DA芯片。 （3）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。 （4）采樣電阻自熱效應(yīng)引起的誤差：由于電阻在溫度上升時(shí)阻值會(huì)發(fā)生變化，因此會(huì)引起溫度飄移，給系統(tǒng)帶來(lái)測(cè)量的誤差。 （5）測(cè)試儀器造成的誤差。5、設(shè)計(jì)總結(jié)程控增益直流放大器可以實(shí)現(xiàn)如下功能：(1)可以輸出最大為10V的電壓。(2)可以實(shí)現(xiàn)步進(jìn)，通過(guò)按鍵調(diào)節(jié)差模電壓放大倍數(shù)AVD。 （3）可以有LCD實(shí)時(shí)顯示差模電壓放大倍數(shù)。 （4）可以測(cè)量并顯示輸出電壓Vo電壓值。本設(shè)計(jì)基本制作完成了題目基本部分的要求和發(fā)揮部分的大部分要求。目前，在溫度檢測(cè)、力學(xué)實(shí)驗(yàn)、橋式電路中經(jīng)常要用到程控增

18、益直流放大器，有時(shí)要求應(yīng)具有良好的穩(wěn)定性，而且精度較高。該設(shè)計(jì)完全符合了這些要求，如果再經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，將具有良好的市場(chǎng)前景。通過(guò)本次電子設(shè)計(jì)大賽的學(xué)習(xí)，對(duì)51單片機(jī)的應(yīng)用有了基本的了解，并對(duì)DAC0832、ADC0804、AD603等一系列芯片的功能和特點(diǎn)有了一定的了解，并能夠較熟練的應(yīng)用，這對(duì)我們來(lái)說(shuō)是一個(gè)質(zhì)的提高。在本次設(shè)計(jì)大賽的過(guò)程中，我們的團(tuán)隊(duì)精神體現(xiàn)了重要的作用。6、元件清單STC89C52芯片一片NE5532芯片一片OP07芯片一片UA741芯片一片DAC0832芯片一片ADC0804芯片一片AD603芯片一片1602液晶顯示屏一個(gè)電阻、電容若干7、參考文獻(xiàn)【1】可變?cè)鲆娣糯笃鰽D

19、603及其使用 許正望 (湖北工學(xué)院電氣工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)系, 湖北武漢430068)【2】程控低噪聲寬帶直流放大器設(shè)計(jì) 徐娟，周啟忠，岳琨，劉偉平 ( 宜賓學(xué)院 物理與電子工程學(xué)院; 實(shí)驗(yàn)與教學(xué)資源管理中心，四川宜賓644000 )【3】基于AD603程控增益大功率寬帶直流放大器的設(shè)計(jì) 杜月林 蔣雪飛 梅明濤 陳自龍（南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院 南京 210046）【4】幾種放大器的程控增益電路設(shè)計(jì) 薛開(kāi)昶 王應(yīng)吉 (1.吉林大學(xué)儀器科學(xué)與電氣工程學(xué)院,吉林長(zhǎng)春 130026; 2. 地球信息探測(cè)儀器教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 吉林長(zhǎng)春 130026)8、程序清單 /* 描述: * 1602字符型

20、LCD顯示演示程序 * 在第一行顯示 welcome * 在第二行顯示 www.PRECHIN.com * */#include /51寄存器文件#include #include #define DATADISP P0#define DATAOUT P2#define DATAINP1 typedef unsigned char uchar;/用uchar代替unsigned char typedef unsigned int uint;/uint代替unsigned inttypedef bit BOOL ;/用BOOL代替bit void delay(uchar ms);BOOL lcd

21、_bz();void lcd_init();void lcd_wcmd(uchar cmd);void lcd_wdat(uchar dat1);void lcd_pos(uchar pos);void display(uchar *str);void transgain(uchar dat2); void transvolt(uchar vdd);void inter_init(void);sbit key=P32;sbit rs= P33; /1602復(fù)位端sbit rw = P34; /1602寫(xiě)數(shù)據(jù)端sbit ep = P35;/1602使能端sbit wr=P36; /ADC0804的寫(xiě)入控制端sbit rd=P37; /ADC0804的 讀出控制端u