自動(dòng)增益控制放大器設(shè)計(jì)(單片機(jī)+DAC電阻網(wǎng)絡(luò))含源碼原理圖與仿真及報(bào)告

ID:261416 · 發(fā)表于 2018-4-18 17:05

該設(shè)計(jì)是電子設(shè)計(jì)大賽的題目—自動(dòng)增益控制放大器
里面有單片機(jī)源碼,電路原理圖，資料分析和proteus與Multisim仿真大賽報(bào)告（論文）等資料

本次設(shè)計(jì)的自動(dòng)增益控制放大器由DAC內(nèi)部的電阻網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益，只要改變DAC內(nèi)部的電阻網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，再通過電阻網(wǎng)絡(luò)與輸入輸出的電壓關(guān)系即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益。由于DAC輸出的是電流，我們?cè)偻ㄟ^一個(gè)流壓轉(zhuǎn)換器把電流轉(zhuǎn)化為電壓，然后通過一個(gè)反相比例電路來輸出電壓。因?yàn)檩斎隓AC內(nèi)部的是數(shù)字量，我們先通過一個(gè)ADC來實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換。輸出的電壓接到ADC輸出口，把模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量后，我們可以通過液晶顯示屏來實(shí)現(xiàn)輸入輸出的電壓以及增益。對(duì)于發(fā)揮部分2，由于輸入的是交流信號(hào)，為了方便編程，我們先把交流信號(hào)變?yōu)橹绷餍盘?hào)，從而在本質(zhì)上與發(fā)揮1一致以達(dá)到效果。這就是基本的設(shè)計(jì)思路。

一．系統(tǒng)方案論證：

二．系統(tǒng)總體框圖：

三．理論分析與計(jì)算：

四．電路與程序設(shè)計(jì)：

五．測(cè)試方案與測(cè)試結(jié)果：

一．系統(tǒng)方案論證：

下面分別就此系統(tǒng)的各個(gè)部分分別進(jìn)行論證：

顯示電路：

方案一：數(shù)碼管顯示器應(yīng)用比較靈活，原理簡(jiǎn)單，但是用它來顯示系統(tǒng)比較復(fù)雜的電路困難，只能顯示數(shù)字內(nèi)容，速度慢，易受干擾。

方案二：液晶顯示器可顯示的內(nèi)容豐富，不局限于數(shù)字，屏幕調(diào)節(jié)方便，低耗能，散熱小，但價(jià)格較高

綜合兩個(gè)方案，選擇方案二。

A\D轉(zhuǎn)換器

方案一：ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件。轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs(時(shí)鐘為640KHz時(shí))，130μs（時(shí)鐘為500KHz時(shí)）。可以和單片機(jī)直接接口，但成本較高。

方案二：ADC0832是8引腳雙列直插式封裝芯片雙通道A/D轉(zhuǎn)換，5V電源供電時(shí)輸入電壓在0~5V之間，工作頻率為250KHZ，轉(zhuǎn)換時(shí)間為32μS，一般功耗僅為15mW，成本較低。

綜合兩個(gè)方案，選擇方案二。

自動(dòng)增益放大電路

方案一：用繼電器構(gòu)成電阻網(wǎng)絡(luò)，由單片機(jī)控制以改變信號(hào)增益手動(dòng)調(diào)節(jié)增益，可實(shí)現(xiàn)增益控制，但硬件規(guī)模較大，控制繁瑣且人機(jī)界面欠佳，另外，利用電阻網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)增益調(diào)節(jié)需使用不同阻值的高精度電阻，這種電阻價(jià)格昂貴且不易購(gòu)買。

方案二：使用模擬開關(guān)CD4052，它是一個(gè)雙路四選一模擬開關(guān)，開關(guān)的工作狀態(tài)由控制信號(hào)A、B來決定。當(dāng)BA=00時(shí)，X0導(dǎo)通；當(dāng)BA=01時(shí)，X1導(dǎo)通；當(dāng)BA=10時(shí)，X2導(dǎo)通電壓放，當(dāng)BA=11時(shí)，X3導(dǎo)通電壓放。這樣，通過改變模擬開關(guān)的導(dǎo)通通道就可以改變反饋電阻，電壓增益也隨之改變。但其導(dǎo)通電阻較大，而且各通道信號(hào)會(huì)互相干擾，容易影響系統(tǒng)性能。另外，編程較困難，且實(shí)現(xiàn)的增益不是特別準(zhǔn)確。

方案三：借用DAC內(nèi)部的電阻網(wǎng)絡(luò)；單片機(jī)通過控制DAC內(nèi)部的電阻網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來控制其電阻值，從而實(shí)現(xiàn)輸入電壓，輸出電壓和DAC內(nèi)部電阻網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)關(guān)系。我們選用DAC0832，它由倒T型R-2R電阻網(wǎng)絡(luò)、模擬開關(guān)、運(yùn)算放大器和參考電壓VREF四大部分組成。硬件電路如下圖所示。

利用虛短、虛斷的知識(shí)可推導(dǎo)出可控增益的計(jì)算公式：

，code是單片機(jī)傳給DAC的碼，此處100k是加在Rfb之后的反饋電阻，滿足輸入阻抗不小于100K的要求。通過改變code碼，即可改變輸出與輸入之間的關(guān)系。但此方案的缺點(diǎn)是輸出電壓是反相的，所以應(yīng)在此電路后面加一個(gè)反相比例放大電路。

二．系統(tǒng)總體框圖：

三．理論分析與計(jì)算：

（1）任務(wù)的實(shí)現(xiàn)：

題目要求我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)帶有自動(dòng)增益控制功能的放大器。輸入阻抗不小于100k。輸出阻抗不大于1k。由于放大器的帶寬不小于100KHz。放大器的增益最大需要10倍。所以我們選擇運(yùn)放的增益帶寬積必須要大于1M。本次設(shè)計(jì)我們選的是OP37，其增益帶寬積為63M，輸出阻抗小于1k，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足要求。

在Rfb之后加100k的反饋電阻，滿足輸入阻抗不

小于100K的要求,因?yàn)镽fb=15k。

（2）基礎(chǔ)部分計(jì)算：

，因?yàn)镽fb=R=15k,所以此式可簡(jiǎn)化為：

.下圖是基礎(chǔ)部分計(jì)算圖：

Vin	Vout	Gain	Code
0.1≤V<0.4	0.5≤V<2	5	7
0.4≤V<1	0.8≤V<2	2	16
1≤V<4	0.5≤V<2	0.5	66
4≤V≤5	0.8≤V<1	0.2	167

發(fā)揮部分計(jì)算：

輸出電壓穩(wěn)定在1V±0.2V之間，我們讓Vout=1,Vin可由ADC0832轉(zhuǎn)化成數(shù)字量讀出，便可計(jì)算出code碼。對(duì)于發(fā)揮部分二，我們先把交流變?yōu)橹绷鳎浜蟮乃悸放c上述一樣。

四．電路與程序設(shè)計(jì)：

電路設(shè)計(jì)圖：

基礎(chǔ)要求部分：

發(fā)揮部分交流變直流：

（2）程序設(shè)計(jì)思路：

①輸入信號(hào)到adc0832的CH0通道，送adc0832 19個(gè)脈沖信號(hào)來實(shí)現(xiàn)通道的選擇和信號(hào)的讀取。

②對(duì)液晶屏進(jìn)行初始化、讀命令、讀數(shù)據(jù)操作。將adc0832接收的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬量，aa=(aa*5000/255);用液晶屏顯示數(shù)值。

③輸入信號(hào)經(jīng)輸入電阻100k歐姆到達(dá)dac0832的參考電壓端，利用虛短虛斷的知識(shí)得到公式，推算出增益所對(duì)應(yīng)的code碼，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)部分。

④令上述公式中輸出電壓為1v，根據(jù)輸入電壓的大小可以自動(dòng)改變?cè)鲆妫瑢?shí)現(xiàn)發(fā)揮部分。因dac0832內(nèi)部電阻有誤差，經(jīng)試驗(yàn)測(cè)得，最后推出理論算式：CODE=(uchar)(10.6*255*aa/73000；);

⑤輸出信號(hào)到adc0832的CH1通道，送adc0832 19個(gè)脈沖信號(hào)來實(shí)現(xiàn)通道的選擇和信號(hào)的讀取。

⑥對(duì)液晶屏進(jìn)行初始化、讀命令、讀數(shù)據(jù)操作。將adc0832接收的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬量，aa=(aa*5000/255);用液晶屏顯示數(shù)值。

五．測(cè)試方案與測(cè)試結(jié)果：

（1）測(cè)試使用的儀器

直流穩(wěn)壓電源數(shù)字萬用表計(jì)算器示波器

函數(shù)信號(hào)發(fā)生器

（2）測(cè)試方案：

用穩(wěn)壓電源提供5V,±12V電壓，然后用萬用表分別測(cè)量輸入與輸出端口看是否與顯示屏所顯示的一致，然后用計(jì)算器計(jì)算看看增益是否一致。對(duì)于發(fā)揮部分，用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器作為信號(hào)源，用示波器檢測(cè)交流是否變?yōu)橹绷鳌?/font>

（3）測(cè)試結(jié)果

基礎(chǔ)部分：

發(fā)揮部分：

（4）測(cè)試結(jié)果分析：

經(jīng)過一系列的調(diào)試，基礎(chǔ)要求部分的結(jié)果基本符合要求，實(shí)現(xiàn)了四個(gè)檔位之間的轉(zhuǎn)換，且輸出與輸入之間的比值與相對(duì)應(yīng)的增益相差結(jié)果接近為0；發(fā)揮部分（1）也實(shí)現(xiàn)了電壓穩(wěn)定在1v±0.2v之間。發(fā)揮部分（2）由交流信號(hào)變?yōu)橹绷鳎鋵?shí)現(xiàn)的結(jié)果也大體符合要求。

單片機(jī)源程序如下:

#include<reg51.h>
#include <intrins.h>
//#define dates P0 //P0 LCD1602專用IO口
#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char
sbit lcdcos=P2^6;
sbit lcdrw=P2^5;
sbit lcden=P2^7;
sbit adcs=P3^3; //芯片選通信號(hào)，低有效
sbit adclk=P3^2; //芯片時(shí)鐘信號(hào)
sbit addo=P3^7; //通道0
sbit addi=P3^6; //通道1
sbit A=P3^4; //模擬通道選擇IO口AB
sbit C=P3^5; //模擬通道選擇IO口AB
sbit LNH=P3^1; //AB選擇使能口
uchar date;
int a,b,c;
//uchar i,j,z,dat1,dat2; // dat1,dat2分別為adc轉(zhuǎn)化后的8位數(shù)，即LCD先轉(zhuǎn)化后顯示的數(shù)
void delay(uint z) //延時(shí)程序z ms
{
uint x,y;
for(x=z;x>0;x--)
for(y=110;y>0;y--);
}
void delay1() //延時(shí)兩個(gè)空指令
{
_nop_();
_nop_();
}
void chosecom0(uint com) //讀數(shù)據(jù)操作
{
lcdcos=0;
P0=com;
delay(5);
lcden=1;
delay(5);
lcden=0;
}
void choseshu1(uint shu) //讀數(shù)據(jù)操作
{
lcdcos=1;
P0=shu;
delay(5);
lcden=1;
delay(5);
lcden=0;
}
void init() //初始化lcd，規(guī)定運(yùn)行方式，
{
lcden=0;
chosecom0(0x38);
chosecom0(0x0c);
chosecom0(0x06);
chosecom0(0x01);
}
void main()
{
init();
chosecom0(0x80); //將要顯示的字符顯示在此地址處
choseshu1('w');
choseshu1('a');
choseshu1('r');
……………………
…………限于本文篇幅余下代碼請(qǐng)從51黑下載附件…………

復(fù)制代碼

全部資料51hei下載地址（單片機(jī)源碼+仿真+word格式的設(shè)計(jì)報(bào)告）：

自動(dòng)增益控制放大器.rar (19.29 MB, 下載次數(shù): 266)

ID:1 · 發(fā)表于 2018-4-18 17:42

好資料，51黑有你更精彩!!!

ID:1 · 發(fā)表于 2018-4-18 18:03

樓主的仿真圖：

ID:343562 · 發(fā)表于 2018-6-4 09:43

請(qǐng)問這個(gè)電路的設(shè)計(jì)要求是什么呢

ID:363692 · 發(fā)表于 2018-7-13 16:46

附件代碼和這有什么關(guān)系，不能亂發(fā)東西吧

ID:284797 · 發(fā)表于 2018-7-17 15:42

附件代碼不對(duì)

ID:212262 · 發(fā)表于 2018-7-29 18:05

附件代碼什么玩意兒？？？還我的積分！

ID:212262 · 發(fā)表于 2018-7-29 18:07

電路也有問題，Rref根本就沒接到放大器輸出端上，沒有反饋

ID:449371 · 發(fā)表于 2018-12-18 22:05

這個(gè)電阻怎么控制輸出的，能詳細(xì)講一下嗎

ID:493541 · 發(fā)表于 2019-3-19 11:23

怎么才能下載呀？

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