基于msp430自动增益控制放大器,综述

1、自动增益控制放大器（AGC设计摘要：本设计以程控增益调整放大器 AD603为核心，通过单片机MSP43控制各模 块，实现电压增益连续可调，输出电压基本恒定。系统由5个模块组成：前级缓冲模块，电压增益调整模块，峰值检测模块，后级输出缓冲模块，控制与显示模块。 将输入信号经前级缓冲电路输入给程控增益调整放大器AD603,将信号放大输出，通过峰值检测电路检测输出信号，并送给单片机 AD采样，与理想输出信号数值进 行比较，若有多偏差，则通过调整对 AD60的增益控制电压，来调整放大倍数，从而实现输出信号的稳定。整个设计使用负反馈原理，实现了自动增益的控制。关键字：AD603 MSP430 峰值检测自动

2、增益控制一、方案设计与论证1.1整体方案方案一：采用纯硬件电路实现，由AD60：和运放构成的电压比较器和减法电路 实现。把实际电压与理论电压的差值通过适当幅值和极性的处理，作为AD60的控制信号，从而实现放大倍数的自动调整，实现输出电压恒定。优点：该方案理论简单，制作起来也相对容易，只有硬件电路。缺点：理论低端，精度不够，没有创新，通用性不好。方案二：采用AD60侨口单片机结合，通过单片机对输出信号 AD采样并转化为数 字量，与理论输出电压值进行比较，得到差值转换为控制电压，通过 DA专化，对 程控增益放大器AD603勺放大倍数惊醒调整，从而实现输出电压的恒定。优点：该方案控制精确，自动控制速

3、度快，系统可移植性强，功能改变和增 加容易，对后期改善和提升电路性能有益。缺点：需要软硬件配合，系统稍复杂。通过对两个方案的综合对比，我们选用方案二。1.2控制模块方案一：采用MCS-51 In tel公司的MCS-5的发展已经有比较长的时间，以其 典型的结构、完善的总线、SFR勺集中管理模式、位操作系统和面向控制功能的丰 富的指令系统，为单片机的发展奠定了良好的基础，应用比较广泛，各种技术都 比较成熟。MCS-5优点是控制简单，二缺点也明显因为资源有限，功能实现有困难，而且需要大量外扩单元。方案二：采用TI公司的MSP430 MSP43是一个16位的、具有精简指令集的、 超低功耗的混合型单片

4、机，基于闪存的产品系列，具有最低工作功耗，在 1.8V-3.6V的工作电压范围内性能高达25MIPS。包含一个用于优化功耗的创新电 源管理模块。由于它具有极低的功耗、丰富的片内外设和方便灵活的开发手段。MSP43的优点是资源丰富，操作语言灵活，但对编程的要求有所提高。所以综合考虑，我们采用MAP43作为我们的主控制器。1.3电压增益调整模块AD60由5脚和7脚的连接方式不同而有三种：方案一：5脚和7脚短接，增益为-10dB30dB,带宽为90MHz;方案二：5脚和7脚间接一个2, 5k电阻，再经5.6pF电容接地，该方案增益为 0dB40dB，带宽为 30MHz方案三：5脚接18pF电容到地，

5、该方案增益为10dB50dB,带宽为9MHz 综合考虑课题要求，增益在约0dB30dB之间，再考虑带宽所以采用方案一， 芯片连接图如下图1所示。VC12心EGVINPGPOS VPOS(8AD603VqutC1.4峰值检测模块41COMMVNEG6FDBK f5VPOSVNEGVour2.15kll 京56p F方案一：一个二极管和电容器组成最简单的峰值检测器，电路如图2所示,而仅一个二极管和电容器组成的峰A值检测器可以工作，但并不是很理想，对于的电容器，100m后达到稳定的峰值，误差达10%而且没有输入输出缓冲电路,然1nF在实际应用中，电容器中的电荷会被其他部分电路负载消耗，造成峰值检测器

6、无 法保持信号峰值电压。C10.01|iF图2二极管电容峰值检测电路方案二：分立二极管电容型。其原理图如图 3所示。先将信号整流成半波，然 后通过对电容的充电得到输入信号峰值。将场效应管当二极管用，可以有效减小反向电流同时增加第一个运放的输出驱动力优点：该方案性能优良，检测相对准确。缺点：制作稍复杂，带宽不够宽，并且随检测幅值不同，带宽也会有所改变综合对比上述方案，我们选用方案二。IIW*10pF 10kQ、理论分析及计算输出电压变化范围13V，而输入信号为100mA度为2V Av在20倍，根据程控增益调节放大器的连接 -I阿I公式为G=(40Vg+lO)dB,带宽90MHz所以将AD采集得到

7、的输出电压Vout,与预置电 压进行比较，调整Vg大小，NOTE：1V,定出幅胃畀曾益的计算2.1增益积计止设计目来改变增益，从而实现输出幅值稳定在某一个数值。一 (1) Reverse polarity for negative peak detection.2.2后级缓冲及稳幅因为要用到单片机内部的分立采样管电容，型所以一定要保证单片机的安全，在通过峰值检测电路的检测之后，把检测到的峰值经过一个后级缓冲电路再接一个3V稳压管之后送给单片机，既保证单片机端口的安全，同时把电路与单片机隔离 2.3前级缓冲因为AD603输入阻抗只有100Q ,考虑到信号源的输出阻抗是 50Q，所以在 信号输入之

8、前加了一个前级缓冲电路，以增加输入阻抗，提高电路对信号的索取 能力。三、系统总体设计3.1系统整体设计框图系统整体框图如下图4所示。3图4系统整体设计框图3.2硬件原理图系统硬件部分设计原理图如图 5所示12VJ U1A_vss12V+ TU2ACDVCC3.3软件流程图系统软件流程图如图6所示，开发板系统初始化后，预置输出一个控制电压， 然后启动AD转化，采样得到输出信号，然后与标准电压比较，修改增益控制电压, 稳定输出电压。图6软件流程图四、系统测试及数据分析4.1测试仪器（1）直流稳压源：YB1732A 3A（2）数字存储示波器：SIGLENT SDS1102CFL 100MHZ 2GS

9、a/s（3）数字万用表：UNI-T UT802（4）信号发生器：F120型1Uhz20MHZ4.2测试方案及数据分析测试方案： 稳幅测试：输入频率10KHZ峰值为100m啲正弦波信号。测试输出信号, 通过示波器读取输出信号峰值，然后改变输入信号峰值，测量输出信号的峰值变 化，计算相对误差。测试数据如表1所示。输入信号（mV100150200250300350400450500550输出信号1.61.61.61.61.61.61.61.61.61.6（V）2444422222输入信号（V）6006507007508008509009501000输出信号1.61.61.61.61.61.61.61

10、.61.6（V）842622222表1稳幅测试测（测试数据分析：系统基本可以按照预置输出电压稳定输出，我们输出信号 稳定电压为1.62。 频率响应：输入峰值分别为为100m训1V的正弦波信号，将信号频率从10Hz调整到输出信号不是真即500KH为止，测试数据如表2表3所示。对应的频率响应特性图像如图7和图8所示表2 100mV频率响应输入信号频率（KHZ0.010.050.15001510152030试:输出信号2.01.61.61.61.61.61.61.61.61.6数(V440444444据 分;输入信号 、频率（KHZ4050100150200250300350400500析输出信号1

11、.71.61.81.81.92.02.02.01.91.9:(V2808600066放lOOmV频率响应曲线aj 图7100mV频率响应特性曲线表3 1V频率响应输入信号0.0 0.00.11510152030409测试数据分析：可以通过表2和表3看出，当输入信号为100m时，在频率很低 10Hz时，频率响应很差，从50Hz直到100KH时，信号输出幅值都很稳定。当输入 幅值为1V寸，10Hz响应依然不好，直到50Hz直到30KHz输出很稳定，在30Hz到100Hz 时，输出幅值略有增加，但依然可以稳定。（3）增益控制特性曲线输入信号为10KHZ,峰值为500m时，改变Vc的值，测 量相对应的

12、放大倍数。表3 1V频率响应控制电压-0.630-0.530-0.430-0.330-0.230-0.130-0.030-0.069Vc(mV)89999991放大倍数Av0.340.3560.5280.71.21.822.824.56测试数据分析：通过用软件画增益控制特性曲线，可以看出，放大倍数Av和增益控制电压Vc为指数关系，随着Vc的增加Av以指数形式增加。4.3误差分析误差可由多种因素导致：由峰值检测电路产生，由于峰值检测电路在不同频率，不同幅值输入信号时， 测量存在误差，AC采集到的峰值就会存在误差。造成输出信号与预置输出电压存 在误差。由稳压管产生误差，为保证单片机端口安全，在信号

13、输入前，我们加了一个 3V稳压管，它会对ADM量也会产生一定影响。电压源不稳定，由于AD60电压控制端2端口，基准电压为电阻分电源电压得 到，而电源电压存在一定的波动，导致增益控制电压 Vc会有一定的波动，这个微 小的波动对信号增益造成误差。受器件影响，我们采用的是普通集成运放芯片 TL072,这款芯片的通频带只有 3MH左右，也会影响系统的频率响应。五、设计总结系统能够满足题目基本要求：（1）输出信号可以在输入信号改变时，而不改变稳定输出。（2）测得100m输入信号可以稳定输出幅值不变的截止频率为 50KHz（3）测得1V输入信号可以稳定输出幅值不变的截止频率为 40KHz（4）测得的增益控

14、制电压Vc和放大倍数Av绘制的增益控制特性曲线可以得 出，Av和Vc成指数关系，跟AD60数据手册给出的计算增益的公式基本吻合。本设计基本完成了题目要求，实现了的增益自动控制，由于受到器件和部分 电路本分影响，频率响应略低，可以使用高速更优性能的芯片，提高峰值检测的 精度，或在软件部分给予补偿误差。六、参考文献1 康华光.电子技术基础模拟部分R.北京：高等教育出版社，2006.12 康华光.电子技术基础模拟部分R.北京：高等教育出版社，2006.13 李先允，姜宁秋.电力电子技术R.北京：中国电力出版社，20064 蔡凌云等，自动增益控制技术应用电子工程师200217 尤德斐，数字化测t技术（

15、上），北京：机械工业出版社，19906 张风言编著，电子电路基础，高等教育出版社7 高吉祥、黄智伟、陈和，高频电子线路 年（第一版）8 高吉祥、高天万、陈和，模拟电子线路 年（第一版）9 哀孝康，自动增益控制与对数放大器，北京：附录一、元器件列表：I. UA741系列通用型放大器42.2N3819型场效应管3.OA81型整流二极管4.4.7千欧电阻5.39千欧电阻6.220欧电阻7.10千欧电阻8.5.6千欧电阻9.15千欧电阻10.10千欧可变电阻II. 100千欧可变电阻12.1兆欧可变电阻13.4.7微法电解电容14.1微法电容15.100纳法电容16.5.6千欧可变电阻17.正负15伏

16、电源二、主要源程序4档切换1994M，北京：电子工业出版社，2003M，北京：电子工业出版社，2004:国防工业出版社，1987137111111111114个个个个个个个个个个个个个个个个void cha nge_4(uchar num)switch (num)case 1:shuaijia n;in fo.beishu=0.2;in fo.code=2048;LCD_writestr(6,2,1(0.2);DAC write(info.code);in fo.da ngwei=num; break;case 2:shuaijia n;in fo.beishu=0.5;in fo.code=

17、819;LCD_writestr(6,2,2(0.5);DAC_write(i nfo.code); in fo.da ngwei=num; break;case 3:no t_shuaijia n;in fo.beishu=2.0;in fo.code=2048;LCD_writestr(6,2,3(2.0);DAC_write(i nfo.code); in fo.da ngwei=num; break;case 4:no t_shuaijia n;in fo.beishu=5.0;in fo.code=819;LCD_writestr(6,2,4(5.0);DAC_write(i nfo.code); in fo.da ngwei=num; break;/连续档void cha nge(double num)static uchar last_shuaijia n=2; uchar no w_shuaijia n;if (num 50 )num=50;/if (num 0.9&num 1.1) num=1.0;in fo.beishu=num;if (num 1)no w_shuaijia n=true;elseno w_shuaijia n=false;if (no w_shuaijia n