宽带直流放大器论文.doc

毕业设计(论文)任务书(理工类)学生姓名： 专 业： 电子信息工程 班 级： B06211 学 号： 指导教师： 职 称： 授 完成时间： 2010.6.16 毕业设计(论文)题目：宽带直流放大器的设计题目来源教师科研课 题纵向课题（）题目类型理论研究（）注：请直接在所属项目括号内打“”横向课题（）应用研究（）教师自拟课题（）应用设计（）学生自拟课题（）其 他（）总体设计要求及技术要点：设计并制作一个宽带直流放大器及所用的直流稳压电源。要求如下：（1）电压增益AV40dB，输入电压有效值Vi20mV。AV可在040dB范围内手动连续调节。（2）最大输出电压正弦波有效值Vo2V，输出信号波形无明显失真。（3）3dB通频带05MHz；在04MHz通频带内增益起伏1dB。（4）放大器的输入电阻50，负载电阻（502）。（5）设计并制作满足放大器要求所用的直流稳压电源。 工作环境及技术条件：计算机一台、电源、万用表、示波器。工作内容及最终成果：（1）完成整个电子系统的安装、调试（2）设计报告正文中应包括系统总体框图、核心电路原理图、主要流程图、主要的测试结果。时间进度安排：1. 第七学期第六周 根据学生选择情况，完成双向选择，下达毕业设计任务书2. 第七学期六十五周 教师指导学生查阅文献，撰写开题报告，准备外文译文、文献综述3. 第七学期第十六周 论证学生的开题报告，确定能否开始毕业设计4. 第八学期一十五周 学生进行毕业设计，完成毕业设计所有文档。答辩委员会验收5. 第八学期第十六周 毕业设计答辩，评定成绩，评选优秀毕业设计(论文)，汇总上报6. 第八学期第十七周 系、教研室进行毕业设计总结，汇总上报教务处7. 第八学期第十八周 毕业设计资料整理归档指导教师签字： 年 月 日教研室主任意见：教研室主任签字： 年 月 日摘 要本作品由增益控制模块、后级功率放大模块、D/A模块、显示模块和电源模块组成。采用AT89S52单片机作为微控制器，以可编程增益放大器AD603为放大电路的核心，设计并制作了具有增益预置和程控等功能的宽带直流放大器及所使用的直流电源。由AD603级联组成增益放大器，实现增益 060dB 范围内可按5dB步进调节或连续可调，且在09MHz通频带内增益起伏在1dB以下；50W负载上最大输出电压有效值Vo2V，波形无明显失真。作品通过实验完成，并制作成实物。设计采用压控增益器件AD603，进行合理的级联和阻抗匹配，加入后级功率输出，并能进行预置和控制，稳定性好，可控范围大。整个作品制作成本低、功耗小，除个别指标未能达到设计要求外，其它全部达到设计要求。关键字： 压控放大器 AD603 程控增益AbstractThis work is based on A former design amplifier module and gain control module, the power amplifier module, D/A module, display module and power supply module. AT89S52 adopts single-chip microprocessor controller, with a programmable gain AD603 amplifier for amplifying circuit, the core of which is preset and gain the function such as programmed-control dc amplifier and use of broadband of dc power supply. By AD603 cascade composition gain amplifiers, realize gain - 20 60dB range according to 5dB step regulation or continuous adjustable, and in 0 9MHz bandpass within 1dB below， and gain in Complementary triode shot with high power output level 50 largest load voltage waveform 10V experiment.it Vo RMS, without apparent distortion.Through experiments, and complete works into real. Design using pressure control, reasonable AD603 device gain the impedance matching, and join the power output, and preset and control, good stability, controllable scope. The work of low cost, low consumption, in addition to the individual indexes to meet the design requirements, all other to meet the design requirements.Key words: Pressure controlled amplifiers AD603 program-controlled gainVI目 录第1章绪论11.1 引言11.2 宽带直流放大器简介11.2.1宽带放大器及其发展历史11.2.2直流放大器发展21.2.3宽带直流放大器的应用31.3设计要求31.3.1 主要指标31.3.2 说明41.4 完成设计的方法5第2章 系统方案设计62.1 宽带直流放大器基本原理62.2 系统框图设计62.3 主要模块选择与论证72.3.1 程控增益放大方案72.3.2 后级放大72.4 理论分析与计算82.4.1带宽增益积82.4.2通频带内增益起伏控制82.4.3抑制直流零点漂移82.4.4 放大器稳定性92.4.5 线性相位9第3章 硬件电路设计103.1程控增益放大电路103.2后级放大123.3控制部分123.4 LCD液晶显示电路133.5稳压电源部分13第4章 系统软件设计及流程图144.1 AT89S52单片机简介144.1.1 主要性能144.1.2 功能特性描述144.2 软件流程图15第5章 系统调试和结果175.1 测试方法和仪器175.2 测试结果175.3 误差分析185.4 总结18致 谢20参考文献21附 录22宽带直流放大器第1章 绪论1.1 引言随着微电子技术的发展，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。由此可知，宽带放大器在通信系统中起到非常重要的作用，于是人们也对它的要求也越来越高。直宽带放大器在科研中具有重要作用，宽带运算放大器广泛应用于AD转换器、DA 转换器、有源滤波器、波形发生器、视频放大器等电路。例如在通讯、广播、雷达、电视、自动控制等各种装置中。因此直流宽带放大器应用十分广泛，有非常好的市场前景。1.2 宽带直流放大器简介1.2.1宽带放大器及其发展历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远大于1的放大电路。习惯上也常把相对频带宽度大于2030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。自1877年爱迪生发明留声机至今已有127年了，前70年音响发展缓慢且大多停留在象牙塔中，后50余年进入民间，发展日新月异。自从1927年贝尔实验室发表了划时代的负反馈技术后，声频功率放大器开始进入一个崭新时代。1947年，威廉逊（Williamson）在英国无线电世界发表了划时代的高保真放大器设计一文，介绍了一种电子管功率放大器，成功地应用了负反馈技术，其失真度仅为0.5%，音色之靓，堪称古典功放之皇。自威廉逊的论文发表后4年，美国Audio杂志刊登了把超线性放大器经过适当变形后与威廉逊放大器相结合的电路。其超线性设计，大大地降低了非线性失真。可以认为威廉逊放大器和超线性放大器标志着负反馈技术在音频领域中的应用已经日趋成熟和广泛，为十年后脱颖而出的晶体管放大器奠定了坚实基础。50年代末，美国在电子器件技术领域率先跨出一步，推出了时代骄子集成电路。到了60年代末70年代初，集成电路以其质优价廉、多功能的特点开始在音频功率放大器上广泛应用。1977年，日立公司生产出了世界上第一只VMOS（Vertical Metal Oxide Semiconductor）功率管。60年代，晶体管开始问世，从此揭开了现代放大器的序幕。19701973年，是级间全部直耦OCL（Output Capacitorless）方式的普及期；19741976年是DC（Digital Circuit）放大器全盛时期。70年代末至今，晶体管功率放大器得到了淋漓尽致的发挥，设计形式已相当多，这一切都为集成电路功放技术设计铺平了道路。70年代到现在, 增加信号幅度或功率的装置是自动化技术工具中处理信号的重要模块。放大器的放大作用是用输入信号控制能源来实现的，放大所需功耗由能源提供。对于线性放大器，输出就是输入信号的复现和增强。对于非线性放大器，输出则与输入信号成一定函数关系。放大器按所处理信号物理量分为机械放大器、机电放大器、电子放大器、液动放大器和气动放大器等，其中用得最广泛的是电子放大器。随着射流技术的推广，液动或气动放大器的应用也逐渐增多。电子放大器又按所用有源器件分为真空管放大器、晶体管放大器、固体放大器和磁放大器，其中又以晶体管放大器应用最广。在自动化仪表中晶体管放大器常用于信号的电压放大和电流放大，主要形式有单端放大和推挽放大。此外，还常用于阻抗匹配、隔离、电流-电压转换、电荷-电压转换（如电荷放大器）以及利用放大器实现输出与输入之间的一定函数关系（如运算放大器）。从此来看，放大器经过了电子管、晶体管、集成电路及VMOS功率管等几个时期，它们皆以各自独特的不可取代的优势各领风骚。1.2.2直流放大器发展直流放大器是用来放大不变的或变化很慢的电信号的一种放大器，即其频带下限一直延展到0赫兹。在高精度电位测量和生物电与物理电测量中（见生物医学核电子仪器），电信号往往很弱，而且变化缓慢，含有直流成分，经放大后才便于检测、记录和处理。此外，在许多情况下，被测信号源的内阻高，要求放大器具有高增益和高输入阻抗。具有这种特性的直流放大器也适合用作运算放大器。电子管直流放大器的研究从三十年代开始发展，由于特制的小栅流静电计管的出现和变直流为交流放大方法的采用，制成了灵敏度极高、稳定性极好的直流电压放大器和微电流放大器，近十余年来，电子学的突飞猛进，促使直流放大器得到进一步发展，相继出现许多新方法，使电子管直流放大器的特性有很大的改善。虽然如此，直流放大器还不能认为十分完美和满意，因而仍有待于今后的继续努力。五十年代以来的另一进展，乃是半导体管直流放大器的出现。可以说近代科学技术的许多领域都需用直流放大器，很多物理过程、化学过程和生理过程所引起的某种量的变化，可以通过传感器转换成电信号。传感器输出的信号通常很微弱，不足以直接用仪表测量，而必须在传感器和测量仪表之间加接放大器。如果电信号变化非常缓慢，则放大这种信号就必须用直流放大器。因此，物理学、化学、生物学、医学和天文学等方面都用到直流放大器。1.2.3宽带直流放大器的应用宽带直流放大器能够放大直流信号或变化极其缓慢的交流信号，它广泛应用于自动控制仪表，医疗电子仪器，电子测量仪器等。目前在无线通信、移动电话、卫星通信网、全球定位系统(GPS)、直播卫星接收(DBS)、ITS通信技术及毫米波自动防撞系统等领域有着广阔的应用前景，在光传输系统中，直流宽带放大器也同样占有重要地位。在无线通信、电子战、电磁兼容测试和科学研究等领域，对射频和微波宽带放大器有极大需求，且这些领域对宽带放大器要求各不相同，特别是在通信系统和电子战系统的应用中，对宽带低噪声和功率放大器的性能指标有特殊要求。在设计上传统窄带放大器的端口匹配，一般是按照低噪声或者共扼匹配来设计的，以此获得低噪声放大器或者最大的输出功率。但是，在宽带的条件下，输入输出阻抗变化是比较大的，此时使用共扼匹配的概念是不合适的。这些电路要求运算放大器具有较高的频带宽度，电压增值。为此，以可变增益放大器AD603为核心，设计一种可编程宽带运算放大器。1.3设计要求1.3.1 主要指标（1） 设计并制作一个宽带直流放大器及所用的直流稳压电源（2） 电压增益AV40dB，输入电压有效值Vi20mV。AV可在040dB范围内手动连续调节。（3）最大输出电压正弦波有效值Vo2V，输出信号波形无明显失真。（4）3dB通频带05MHz；在04MHz通频带内增益起伏1dB。 （5） 放大器的输入电阻50W，负载电阻（502）W。（6） 设计并制作满足放大器要求所用的直流稳压电源。1.3.2 说明（1）宽带直流放大器幅频特性示意图如图1-1所示。 图1-1 幅频特性示意图（2）负载电阻应预留测试用检测口和明显标志，如不符合（502）W的电阻值要求，则酌情扣除最大输出电压有效值项的所得分数。（3）放大器要留有必要的测试点。建议的测试框图如图1-2所示，可采用信号发生器与示波器和交、直流电压表组合的静态法或扫频仪进行幅频特性测量。图1-2 幅频特性测试框图1.4 完成设计的方法（1） 搜集国内外对该课题所涉及的研究资料，掌握当前的研究发展以及研究方向。（2） 对目前已有的方案进行进一步的研究，了解已有的一些算法的优点和不足，并对其提出改进或者提出新的方案。（3） 对改进方案或提出的新方案进行仿真、设计论证方案的可行性。32第2章 系统方案设计2.1 宽带直流放大器基本原理本系统以增益控制放大器AD603为核心，采用两级放大电路的模式，其放大倍数由单片机通过D/A转换器调整AD603的控制电压Vg并根据公式：增益GAIN=40Vg+10（dB）来设定。以AT89S52单片机为主控制器，通过键盘来设置电压增益AV,步进可以为5dB、10dB、1dB也可以为0.1dB连续调节，并由1602LCD显示设置增益。本系统由单片机程控输出数字信号，经过D/A转换器（MAX531）输出增益控制电压，控制AD603改变电压增益，并通过单片机由LCD显示电压增益值。2.2 系统框图设计根据题目要求，本设计系统主要包括以下几部分：增益控制、后级放大、控制模块、键盘、显示器及自制稳压电源等。如图2-1所示： 图2-1 系统框图 本设计有三个重点:一是增益控制；二是后级放大；三是抑制干扰和噪声。解决办法：利用12位的D/A转换器MAX531输出电压信号到增益控制放大器AD603可进行增益控制，后级放大也起到50负载驱动的作用，采用电流反馈型放大器AD844。增益控制部分需装在屏蔽盒中，盒内采用多点接地和就近接地的方法避免自激，在焊接过程中输入级连线要尽可能短，尽可能避免引入高频噪声。2.3 主要模块选择与论证2.3.1 程控增益放大方案方案一：使用多个高速运放和模拟开关构成程控增益放大。通过控制模拟开关选择不同的反馈电阻实现可控增益。这种方案结构简单，易实现，但由于模拟开关其导通电阻很大，使得各通道信号容易相互干扰，甚至影响通频带宽，同时若要实现增益连续可调，整体结构复杂，调试麻烦。方案二：通过调节反馈电阻调节增益。在系统放大器中采用电压负反馈电路，通过改变反馈电阻来改变放大器的增益。例如可以采用数字电位器，但此方法用于增益控制比较麻烦，而且成本比较高。方案三：采用可控增益放大器AD603。根据题目对放大电路增益可控的要求，可以直接选用可调增益运放AD603其内部由R2R梯形电阻网络和固定增益放大器构成，加在梯形网络输入端的信号经衰减后，有固定增益放大器输出，衰减量是由加在增益控制口的参考电压决定；而此参考电压通过单片机进行运算并控制D/A芯片输出控制电压得来，从而进行较精确的控制。此外AD603能提供由直流到30MHz以上的工作频带，单级实际工作时可以提供超过20dB的增益，两级级联后可得到40dB以上的增益，通过后级放大器放大输出在高频时也能提供超过60dB增益，而且AD603增益正好是以dB为单位计算。再经过由低成本、宽频带、高输出转换速率、低输入失调电压和极佳的交流直流电气性能的运算放大器AD844构成的后继放大电路，使该放大器的增益以及带宽都能达到设计的要求。此方法可以使电路集成化提高，条理清晰，控制方便，易于数字化处理。综上所述：本设计采用方案二，用高精度12位DAC输出直流电压控制AD603实现程控增益放大。2.3.2 后级放大为使在负载为50W电阻上最大输出电压正弦波有效值Vo2V，且波形无明显失真，需要添加电流驱动能力强的电路。方案一：互补三极管射级跟随输出。两只三极管轮流供电给负载电流，工作效率高。输入信号通过耦合至三极管的基极，所以对交、直流信号都可跟随。但是跟随信号范围不宽，在高频时幅度有些许衰减。方案二：采用电流驱动的运放。采用低成本、宽频带、高输出转换速率、低输入失调电压和极佳的交流直流电气性能的运算放大器AD844可以方便的实现电路功能且能够调节整体电路的放大倍数达到最佳。通过分别测试、比较上述两种方案：方案一噪声太大，方案二能够很好的满足要求，最终选择方案二。2.4 理论分析与计算2.4.1带宽增益积带宽增益积(GBP)为带宽与增益的乘积，描述的是某一种运放的一个固有特性，是一个恒值。当增益提高时，相应的带宽变窄;同理增益降低时，相应带宽就变宽。AD603主要有三种工作模式：当脚5和脚7短接时，AD603的增益为40Vg+10,这时的增益范围-10dB30dB，带宽为90Mhz。当脚5和脚7断开时，其增益为40Vg+30，这时的增益范围为10dB50dB。带宽为9Mhz;当5脚和7脚接上电阻，其增益与带宽范围将处于上述两者之间。本设计采用脚5和脚7短接模式，两个AD603级联增益范围为-2060dB，带宽约为80MHZ,带宽增益积超过1000MHZ,完全满足题目设计要求。2.4.2通频带内增益起伏控制根据带宽增益积的原理：当频率变化时，增益也将发生起伏变化。为实现05MHz通频带内增益起伏1dB，采用单片机、A/D与D/A构成反馈闭环控制系统。通过采用12位A/D芯片ADS7822,对负载电压的实时采集、分析再经12位高精度D/A芯片MAX531控制AD603压控脚从而达到增益起伏1dB。2.4.3抑制直流零点漂移由于直流宽带放大器直接耦合，其中任何一点静态电位的变动，都会经耦合放大后在输出中呈现出来，即使没有输入信号，由于温度的变化和电源电压不稳定的影响，输出端也会出现电压的缓慢变动，这种现象叫做零点漂移。直流放大器中，起点的零点漂移会被逐级放大，以致最后一级的输出端产生很大的漂移电压，而这种漂移信号与直流放大器所放大的缓慢变化的信号又十分相似，所以当漂移严重时，就无法分辨清楚输出电压的变化性质，它究竟是由于输入信号的变化引起的，还是由零点漂移而造成的。为了有效地抑制直流零点漂移，采用DC/DC模块供电，并采用基于差模放大原理构成的差动式放大电路。2.4.4 放大器稳定性提高放大器稳定性能的方法有中和法与适配法。中和法通过在输入端和输出端引入中和电路来抵消晶体管内部的反馈作用。适配法利用阻抗不匹配原理，减少了反馈信号对输入电路的影响，使增益减少，提高稳定性。2.4.5 线性相位一个单一频率的正弦信号通过一个系统，假设它通过这个系统的时间需要t，则这个信号的输出相位落后原来信号wt的相位。可以看出，一个正弦信号通过一个系统落后的相位等于它的wt；反过来说，如果一个频率为w的正弦信号通过系统后，它的相位落后delta,则该信号被延迟了delta/w的时间。在实际系统中，一个输入信号可以分解为多个正弦信号的叠加，为了使得输出信号不会产生相位失真，必须要求它所包含的这些正弦信号通过系统的时间是一样的。因此每一个正弦信号的相位分别落后，w1t,w2t,w3t。落后的相位正比于频率w，如果超前，超前相位的大小也是正比于频率w。本设计中设计的多阶低通滤波器就是基于本原理设计的。第3章 硬件电路设计3.1程控增益放大电路增益控制部分需装在屏蔽盒中，盒内采用多点接地和就近接地的方法避免自激，在焊接过程中输入级连线要尽可能短，尽可能避免引入高频噪声。该部分采用AD603典型接法中通频带最宽的一种，此中接法通频带为90MHz，增益为10+30dB，输入控制电压Ug的范围为0.5 +0.25V。AD603的输入电阻为100左右，基本可以满足设计对输入阻抗50的要求。AD603为单通道、低噪声、增益变化范围线性连续可调的可控增益放大器。带宽90MHz时，其增益变化范围为-10dB +30dB；带宽为9M时范围为+10 +50dB。增益变化范围可分为三种控制模式:当5脚与7脚短接时，增益变化范围为-10dB +30dB（图3-1），公式为：Gain(dB)= 40Vg+10 dB；当5脚与7脚之间接一个电阻时，可使增益变化范围进行平移（图3-2），公式为：Gain(dB) =40Vg+20 for 0 + 40 dB；当5脚与7脚断开时，增益变化范围为+10 +50dB（图3-3），公式为：Gain(dB)=40Vg + 30 for + 10 to +50dB。图3-1 -10dB +30dB 图3-2 0dB +40dB 图3-3 +10dB +50dB AD603的简化原理框图如图3-4所示，它由无源输入衰减器、增益控制界面和固定增益放大器三部分组成。图中加在梯形网络输入端（VINP）的信号经衰减后，由固定增益放大器输出，衰减量由加在增益控制接口的电压决定。增益的调整与其自身电压值无关，而仅与其差值Vg有关，由于控制电压GPOS/GNEG端得输入电阻高达50m，因而输入电流很小，致使片内控制电路对提供增益控制电压的外电路影响减小。以上特点和适合构成程控增益放大器。为了增大控制范围，我们采取两级AD603级联的方法。AD603的5、7脚相连，单片AD603的可调范围为-10dB30dB，两片级联增益可调范围为-2060dB。两级的控制端GNEG都接地，另一控制端GPOS接12位D/A输出，从而精确地控制AD603的增益。增益公式为：AD603的增益与控制电压成线性关系，其增益控制端输入电压范围为500mv500mv，增益调节范围为40dB，当步进1dB时,控制端电压需增大VG=25 mv，由于两级AD603由同一电压控制，所以，步进1dB的控制电压变化幅度为25mv/2=12.5mv。因为AD603的最大输出电压为2V，为了使输出电压大于2V需要后级放大20 dB，所以控制AD603的的增益可调范围为-10 dB +40 dB。由于AD603的控制电压需要比较精确的电压值，使用的是精密12位的D/A MAX531。电路如图3-5所示：图3-4 AD603内部结构图图3-5 增益控制电路3.2后级放大考虑到AD603输出最大有效值在2V左右，为了保障输出电压的最大有效值，增加了以低成本、宽频带、高输出转换速率、低输入失调电压和极佳的交流直流电气性能的运算放大器AD844为核心构成的后级放大电路驱动50负载。后级理论放大20dB,但考虑到前级放大出现线性误差，通过调节2K可调电阻来调节放大倍数使之达到精确值。电路如图3-6所示：图3-6 负载驱动电路3.3控制部分这一部分由AT89S52单片机、D/A和键盘组成。使用12位串行D/A芯片MAX531将有键盘输入的数值转换为AD603的增益控制电平。因为MAX531内部自带基准Ref=2.048V，故此时省去了基准电路。由单片机编程控制MAX531的输出电压范围可达0.5V +0.25V，如图3-7所示：键盘单片机D/A键入值控制控制电平Ug图3-7 控制部分方框图通过控制部分可以实现放大器增益的预置，步进调整，连续调整等多种模式操作，并通过LCD显示。要实现放大器整体增益的精准度，稳定度，控制电平Ug的指标至关重要。采用的12位D/A转换器 MAX531，精度足够；其内带基准，加上其外围电路可以保持很好的输出电压稳定度。3.4 LCD液晶显示电路选用LCD1602液晶显示作为显示器件，电路简单，显示稳定可靠。1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码。通过发送命令和发送所需要显示字符的代码，即可获得所需显示的字符。1602液晶显示功能齐全，操作简单。LCD1602的主要功能：A、40通道点阵LCD 驱动；B、可选择当作行驱动或列驱动; C、输入/输出信号：输出能产生202个LCD驱动波形;输入接受控制器送出的串行数据和控制信号，偏压(V1V6)； D、通过单片机控制将所测的频率信号读数显示出来 。如图3-8所示：图 3-8 液晶显示电路3.5稳压电源部分由于该系统采用了单片机、双极性DAC，AD603、AD844等所以需要5V、15V的直流电压，该部分由变压器、整流器、滤波器、可调电阻以及三端固定正、负稳压器组成。选用220V/双18V的带中心抽头的变压器。为使单片机最小系统稳定工作，使用LM317和LM337通过可调电阻可以准确的得到5V和15V的直流电压。该系列稳压器有过流、过热保护功能，以防过载而损坏。 通过万用表测试，自制电源产生的电压分别为+15V、-15V、+5V、-5V几乎没有误差，可见自制电源精度很高，可满足电路对电压的要求。第4章 系统软件设计及流程图4.1 AT89S52单片机简介4.1.1 主要性能(1) 与MCS-51单片机产品兼容(2) 8K字节在系统可编程Flash存储器(3) 1000次擦写周期(4) 三级加密程序存储器(5) 32个可编程I/O口线(6) 三个16位定时器/计数器(7)八个中断源(8) 全双工UART串行通道(9) 低功耗空闲和掉电模式(10) 看门口定时器(11) 双数据指针(12) 掉电标识符4.1.2 功能特性描述AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能：8K字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机停止一切工作，直到下一个中断或硬件复位为止。4.2 软件流程图Keil-C51：机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码，用于MCS-51单片机的汇编软件有早期的A51，随着单片机开发技术的不断发展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发，单片机的开发软件也在不断发展，Keil软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部份组合在一起。运行Keil软件需要Pentium或以上的CPU，16MB或更多RAM、20M以上空闲的硬盘空间、WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。下面详细介绍Keil C51开发系统各部分功能和使用。Keil C51单片机软件开发系统的整体结构C51工具包的整体结构，其中uVision与Ishell分别是C51 for Windows和for Dos的集成开发环境(IDE)，可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人员可用IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件。然后分别由C51及A51编译器编译生成目标文件(.OBJ)。目标文件可由LIB51创建生成库文件，也可以与库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件(.ABS)。ABS文件由OH51转换成标准的Hex文件，以供调试器dScope51或tScope51使用进行源代码级调试，也可由仿真器使用直接对目标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如EPROM中。本系统单片机控制部分用不同模式控制MAX531，通过输出电压来控制放大器的增益。由于AD603设定的增益跟实际增益有误差，故软件上还要进行校正，软件流程图如4-1所示： 图4-1 程序流程图第5章 系统调试和结果5.1 测试方法和仪器（1）测试方法将各部分电路连接起来，先调整0dB，使输出信号幅度和输入信号幅度相等，接上50的负载电阻进行整机测试。采用点频发测试（2）测试仪器20MHz信号发生器、数字示波器、三位半万用表5.2 测试结果（1）输出电压有效值测量，输入频率为1MHz、调整信号的幅值，用示波器测得不失真最大输出电压有效值大于2V，在2.5V左右，满足设计要求。（2）频率特性测量。增益设为30dB挡，输入端加峰峰值为30mv的正弦波，从50Hz开始测量，至20MHz结束，测试的数据如表5-1所示。绘成幅频特性曲线如图5-1所示。表5-1 频率特性测试数据频率50.0 100.0 500.0 1k2k5k10k50k100k500kVout960.0 960.0 965.0 958.0 957.0 968.0 960.0 968.0 960.0 968.0 Au(dB)30.1 30.1 30.1 30.1 30.1 30.2 30.1 30.2 30.1 30.2 频率1M2M3M4M5M6M7M8M9M10MVout960.0 950.0 945.0 920.0 900.0 920.0 950.0 990.0 1010.0 1030.0 Au(dB)30.1 30.0 30.0 29.7 29.5 29.7 30.0 30.4 30.5 30.7 频率11M12M13M14M15M16M17M18M19M20MVout960.0 900.0 750.0 600.0 600.0 500.0 450.0 360.0 320.0 270.0 Au(dB)30.1 29.5 28.0 26.0 26.0 24.4 23.5 21.6 20.6 19.1 由图可得：09M频带内增益起伏1dB,满足设计要求。增益误差测试。输入峰峰值为30mv，频率为1MHz的正弦信号，然后预设增益值测量输出信号来计算增益误差。测试数据见表5-2. 表5-2 增益误差分析增益误差分析预置增益/dB10152025303540输出信号/mv80110280552100017603040实际增益/dB8.5193746511.2854319.4007425.2963630.4575735.3678340.11505增益误差/dB-1.4806254-3.71457-0.599260.2963560.4575750.3678280.115047由表中数据可得,增益误差在1.5dB误差最大。总体误差在0.6左右。 图5-1 幅频特性曲线5.3 误差分析实验测量的误差主要来源是电磁干扰，没将增益放大级屏蔽，所以测量噪声比较大。由于整个电路都是采用万用板焊接，故分布参数较大，由于没有使用频谱仪测试，只是使用信号发生器和示波器进行点频调试，造成测量误差。5.4 总结本系统采用可编程增益放大器AD603,实现了增益连续可调，在0-9Mhz带宽范围内增益起伏1dB;同时，输出电压在一定范围内，波形无明显失真。自制的基于DC/DC的直流稳压电源具有很高的效率。本系统从方案设计，理论计算，实际制作，软硬件调试等方面进行了紧张而又认真仔细的工作，实现了宽带直流放大系统。在理论设计计算方面，充分运用了所掌握的知识，力争做到更好。但在实际制作过程中，经常会卡在一些小问题上，说明了我还是缺少实际的工程经验，导致加工工艺和板子的可靠性方面做得不是很好。通过此次毕业设计，使我获益匪浅，尤其对电子设计的整个制作流程和设计过程中遇到的问题有了深入的体会。如果在设计与制作中利用数模隔离、电源隔离、滤波和去耦等技术,不但能有效减少噪声和干扰的影响,同时还能提高系统的稳定性。在每个模块都能正常工作的情况下，整机连调的时候会出现“共地”问题，导致整机会有一个50HZ的工频干扰。改进措施是系统地线不能出现环路，所有地线最好一点接地，包括单片机的数字地和模拟地。在方案实施过程中，由于时间比较紧，来不及制版，而实验板的结构受限，导致频率过高的时候会引入干扰。如果能在精确调整之后，将整体电路利用PCB开参考文献1 张毅坤，陈善久，裘雪红. 单片微型计算机原理及应用. 西安电子科技大学出版社1997.2 孟立凡，蓝金辉传感器原理及应用电子工业出版社. 20073 阎石数字电子技术基础 高等教育出版社19984 华成英，童诗白模拟电子技术基础高等教育出版社 20015 黄智伟全国大学生电子设计竞赛电路设计北京航空航天大学出版社2006 6 戴仙金51单片机及其C语言程序开发实例清华大学出版社20087 谭浩强C程序设计清华大学出版社1999.128 戴伏生基础电子电路设计与实践国防工业出版社20029 李广弟单片机基础北京航空航天大学出版社2001.710 全国大学生电子设计组委会全国电子设计大赛获奖作品汇编北京理工大学出版社200411 Wayne Labs Level measurement: Pressure methods DominateJ I&CS 1990附 录附录1宽带直流放大器系统电路