可控放大器综合设计报告.doc-资料库

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课程设计报告书可控放大器

课程设计报告书目录一、任务及要求....................................................................................................................2 1.1 任务................................................................................................错误！未定义书签。 1.2 要求..................................................................................................................................2 1.3 说明..................................................................................................................................2 二、题目分析........................................................................................................................3 2.1 放大部分方案论证..........................................................................................................3 2.2 滤波部分方案论证..........................................................................................................3 三、系统设计........................................................................................................................4 四、硬件设计........................................................................................................................4 4.1MCU 模块..........................................................................................................................4 4.2 程控放大模块..................................................................................................................5 4.2.1 第一级放大.............................................................................................................6 4.2.2 第二级放大.............................................................................................................7 4.2.3 第三级放大...........................................................................................................10 4.2.4 继电器控制...........................................................................................................10 4.2.5DAC 控制................................................................................................................10 4.3 滤波模块........................................................................................................................11 五、调试数据......................................................................................................................12 六、总结..............................................................................................................................13 七、程序附件......................................................................................................................13 1

课程设计报告书一、任务及要求 1.1 任务设计并制作一个可控放大器，其组成框图如图所示。放大器的增益可设置；低通滤波器（或高通滤波器）的截止频率可设置。 1.2 要求（1）放大器电压增益为60dB，输入正弦信号电压振幅为10mV，增益10dB 步进可调，通频带为100Hz～100kHz，电压增益误差不大于5%。（40分）（2）滤波器为低通滤波器（或高通滤波器），其-3dB 截止频率fc 在1kHz～ 21kHz 范围内可调，调节的频率步进为10kHz，2fc 处（或高通0.5fc 处）放大器与滤波器的总电压增益不大于30dB,RL=1k 。截止频率的误差不大于5%。（20 分）（3）有设置参数显示功能和良好的人机界面。（20分）（4）调节的频率步进调整为1kHz。（20分） 1.3 说明（1）正弦输入信号由信号源提供，放大器输出端应留测试端子。（2）设计报告正文应包括系统总体框图、核心电路原理图和主要的测试结果。完整的电路原理图、重要的源程序和完整的测试结果可用附件给出。 2

课程设计报告书二、题目分析 2.1放大部分方案论证：方案一:采用宽带放大器级联的方式，通过模拟开关控制反馈电阻从而实现放大程控。但由于温度、电源灯漂移将引起分压比变化，因此采用这种方案难以实现系统增益的精确控制和稳定性。方案二:采用可编程放大器的思想，将交流输入信号作为高速 D/A 转换器的基准电压，该 D/A 转换器可视为一个程控衰减器。理论上讲，只要 D/A 转换器的速度够快、精度够高就可以实现宽范围的精密增益调节。但控制的数字量和最后的增益不是线性关系而是指数关系，导致增益调节不均匀，精度降低。方案三：采用控制电压与增益成线性关系的可编程增益放大 FGA 实现增益控制，电压控制增益便于单片机控制，同时可减少噪声和干扰。采用可变增益放大器 AD603 作为增益控制，AD 是一款低噪声，精密控制的可变增益放大器，温度稳定性高，其增益与控制成线性关系，因此便于使用 D/A 转换器输出电压控制放大器增益。综上所述，系统的放大部分采用方案三。 2.2 滤波部分方案论证方案一：采用传统的分立元件组成无源滤波器，但存在诸如带内不平坦，频带范围窄，阶数少，结构复杂等缺点。方案二：采用运算放大器构成有源滤波器。这种滤波器设计过程比较简单，但存在截止频率调节范围的局限性，难以实现高精度截止频率调节。方案三：采用可编程的 4 阶开关电容滤波器 MAX264。该器件集成滤波器所需的电阻电容，无需外接器件，其中心频率、Q 值及工作模式都可通过引脚编程设置进行控制，但其控制较复杂，切需要多个 I/O 口进行设置。方案四：采用八阶低通椭圆型、开关电容滤波器 MAX297，它是采用输入时钟频率控制输出转角频率的方式来实现对模拟信号和数字信号的滤波,比值为 50:1。外围电路简单，滤波阶数高，价钱相比于 MAX262 更便宜。综上所述，综合各方面因素，方案一、二、三都有其固有的局限性，因此滤 3

课程设计报告书波部分采用方案四。三、系统设计系统的放大部分电路由三级运放组成，单片机通过 DAC 控制放大部分的放大倍数，以实现对输入电压的程控放大，放大后的信号再输入滤波部分电路，滤波过后进行输出，滤波部分的通频带也是由单片机控制，放大部分的增益及滤波部分允许通过的频率通过 1602 液晶进行显示。系统的结构框图如下： 12C5A60 S2 单片机 LCD1602 输入程控放大程控滤波滤波输出放大部分输出图 1 可控放大器方框图四、硬件设计本系统硬分由 MCU 模块（STC12C5A60S2）、程控放大模块（OP27+AD603）、滤波模块（MAX297）三个模块组成。 4.1 MCU 模块本系统 MCU 采用 STC12C5A40S2，是宏晶科技的单时钟/机器周期(1t)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代 8051 单片机，指令代码完全兼容传统 8051,但速度快 8-12 倍。内部集成 max810 专用复位电路,2 路 pwm,8 路高速 10 4

课程设计报告书位 a/d 转换(250k/s),针对电机控制，强干扰场合。引脚图如下：图 2 STC12C5A40S2 引脚图本系统中，通过单片机按键控制 DAC 电压输出，以改变 AD603 的放大倍数，另外，MCU 的晶振采用 24M 晶振，通过单片按键控制 P3.4 引脚的方波输出的频率，从而实现对滤波部分的通频带的控制。 4.2 程控放大模块根据题目要求，我们设计三级放大，其中第一级和第三级为固定的正向放大，增益为一固定值 20DB,用两片 OP27 实现，中间一级的放大用 AD603 完成。因为 AD603 在 5、7 脚相连的情况下增益范围是-10DB 至 30DB，与前后级组合可以达到题目 10DB-60DB 的要求。当需要 10DB-50DB 时，通过继电器控制第二级的 AD603 的输出为放大输出，当需要 60DB 时，控制第三级的输出为最终输出，其中继电器通过单片机给高低电平来控制。放大部分的电路图如下： 5

课程设计报告书图 3 放大部分电路 4.2.1 第一级放大第一级别放大芯片采用 OP27，OP27 是一款低噪声、精密运算放大器， OP27 精密运算放大器兼有 OP07 的低失调电压和漂移特性与高速、低噪声特性。失调电压低至 25 µV，最大漂移为 0.6 µV/°C，因而该器件是精密仪器仪表应用的理想之选。OP27 引脚图如下：图 4 OP27 引脚图本设计中，第一级放大的反馈电阻选用了滑动变阻器，这样通过调节电阻来控制第一级的放大增益为 20DB。电路图如下： 6

课程设计报告书图 5 第一级放大电路 4.2.2 第二级放大第二级放大采用 AD603，AD 是美国 AD 公司继 AD600 后推出的宽频带低噪声、低畸变、高增益精度的压控 VGA 芯片。可用于 RF/IF 系统中的 AGC 电路、视频增益控制、A/D 范围扩展和信号测量等系统中。（1） AD603 的引脚排列图 6 OP27 引脚图（2）AD603 内部结构及原理 7

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