湖南省电子设计大赛

评阅成绩 20122012 年湖南省大学生电子设计竞赛设计报告年湖南省大学生电子设计竞赛设计报告 题号 题号 C C 竞赛题名称 竞赛题名称 自动增益控制放大器自动增益控制放大器 参赛队编号 参赛队编号 评阅人签名 评阅人签名 20122012 年年 8 8 月月 2727 日日 竞赛题名称 竞赛题名称 自动增益控制放大器自动增益控制放大器 一 设计思路描述 一 设计思路描述 题目要求要实现一个增益自动控制放大器 改变放大器增益的方法有很多 1 通过模拟开关切换反馈电阻 从而改变放大倍数 2 通过数字电位器改变反馈电阻改变增益 3 通过乘法型 DAC 内部的电阻网络来改变反馈电阻从而改变增益 方案 1 2 由于模拟开关和数字电位器提供的阻值变化范围较少 很难实现自动增益 的精确控制 方案 3 乘法型 DAC 内部有丰富的电阻网络可以供选择 一个 12 位的 DAC 有 4095 个 动态范围的电阻值可以选择 能很好的满足动态范围 程控放大器输入 输出用单片 机内部的 采样在单片机内部处理数据得到直流电压值或者交流电压的幅度 根 据输入确定放大倍数 测输出调整放大倍数当稳定 时根据输入和输出的值算出放 大倍数 Af vout vin 原理框图如下 二 硬件电路图二 硬件电路图 1 23 4 A M S 1117 G N D 1 2 IN 1 2 3 3V 10uF C 1 10uF C 2 3 3V 入入入 图图 1 1 3 3V3 3V 基准源基准源 MSP430G2553 Launchpad 控制器 程控 放大 器 输入信 号 电平转 换电路 1 跟随器 A D 检测 电平转 换电路 路 按键增 益设置 5110 液晶 显示 opa2227 入入 opa1602b 入入 opa1602a 入入 opa227 入入 1 2 IN 1K R 1 1K R 2 1K R 3 GND 3 3V 20KR 7 1K R 4 GND 9k 7 R 6 10K R 5 10K R 9 5k R 8 GND 1 2 adin1 Iout1 1 Iout2 2 Gnd 3 sclk 4 S din 5 sync 6 sdo 7 vdd 8 vref 9 rfb 10 U入 DAC 7811 VC CGND 1 2 3 P1 ctl 200kR 入 GND 1 2 cs opa37 入入 3 3V 20K R 13 1K R 16 9 5K R 14 10K R 15 10K R 18 5k R 17 GND 1 2 adin2 1k R 10 1k R 12 500 R 11 GND GND 入入入入 入入入入 入入入入 入入入入 A D入入 2 A D入入 1 入入入入入 图图 2 2 程控增益部分 程控增益部分 1 2 IN 10uF C 1 10uF C 2 4 26 R EF 5050 G N D 1 2 5 0V 1K R 4 170 R s 图图 3 3 0 1V 5V0 1V 5V 直流可调输出直流可调输出 三 三 算法数学描述 算法数学描述 程控放大器的放大倍数 f R9 code 40950 将所要指定的放大倍数的 code 值写入 DAC7811 从而控制放大器的输出 实现 0 2 0 5 2 5 的放大增益 1 输入信号的的测量 当输入 0 1 5V 以内的直流信号时经程控放大器后会反相 即出现负值 所以在程控放大器后再加一级反向放大器 使信号完全和输入的相同 便于信号进行采集 2 当输入是交流信号时 频率不超过 100KHz 幅值范围为 0 1 10V Vpp 要求放 大器的输出信号电压控制在 1V 左右 0 2V Vpp 的范围内 根据要求可见输入的电压远 远超过了单片机的采集电压范围 同时 交流信号的负值部分不能采集 首先 要采集 输入信号 先要经过电位器进行 1 4 衰减 如果是 10V Vpp 就衰减到 2 5V 为了消 除负值 进行电平处理 这里通过同相加法器将电位抬升了 1 53V Vpp 输出值最大值 为 2 78V 能送单片机进行采样了 在程控放大部分 同样要做电平的处理 消除负值 便于单片机进行采集 Vad in 4 1 53v vpp 10v 时 vadpp 2 5v vmin 0 28 vmax 2 78v 四 软件流程图 四 软件流程图 N Y 五 测试方法描述 五 测试方法描述 测试 1 输入信号 vpp 为 0 5v 2v 按键输入放大倍数 记录增益和输出电压 用示波 器和信号源算出 同上测出不同频率下的数据 测出通频带记录下来 测试 观察 Nokia5110 液晶上显示的值输入输出以及增益的值 在后面的测试都 有 测试 输入一个 0 1V 5V 的直流电压 用示波器观察并且记录放大器输出的电压是 否稳定在题目要求的范围内 记录稳定后的值以及它的波动范围 同时记录下液晶上显示 开始 初始化 按键扫描 待 机 模 式 0 2 倍 增 益 0 5 倍 增 益 2 倍 增 益 5 倍 增 益 自 动 控 制 1V 直 流 控 制 1V 结束 A D 采集 数据处理 控制增益 显示 的增益和输入输出值 提高要求部分也是这么测 测试 4 输入一个 0 1V 10V 的交流电压信号时 用示波器观察并且记录放大器输出的 电压是否稳定在题目要求的范围内 记录稳定后的值以及它的波动范围 提高要求部分也 是这么测 记录下液晶上的输入输出的值以及增益的读数 六 六 测试数据 测试数据 表 输入 pp 的正弦信号 在四种固定增益下的测放大器的输出 Vpp 固定增益 倍 频率 Hz 0 20 525 1K0 2080 5082 025 00 10K0 2120 5122 025 00 100K0 4520 662 024 96 表 2 直流输入 固定 1 0Vpp 的输出 输入 Vpp 0 10 40 81 21 62 02 53 03 54 04 55 0 输出 Vpp 1 031 011 031 031 021 041 081 031 021 031 031 02 误差 313324832332 表 3 交流输入 1KHz 固定 1 0Vpp 的输出 输入 Vpp 0 10 40 81 21 62 03 04 05 06 07 08 09 010 0 输出 Vpp 1 010 9520 9680 9680 9680 9680 9760 960 9920 9520 9360 9441 010 944 误差 14 83 23 23 23 22 440 84 86 45 615 6 七 数据分析与结论 数据分析与结论 小信号的输入由于电压太小用 采峰值误差较大 所以在液晶显示上误差较大 信号幅值较大时就能