增益可调高阻抗微电极放大器总体设计

1、第一章 增益可调的高阻抗微电极放大器总体设计1.1 设计要求随着生命科学技术的发展，人们对脑细胞、心肌细胞等各类细胞组织的研究日益广泛，这就需要能插入生物细胞内的微电极技术以及高质量的高阻抗微电极放大器。生物细胞的电信号具有微弱、低频、内阻高、易受干扰等特点，因此实现对此信号的高质量采集和处理需要对放大器的设计有较苛刻的要求。本课题设计的微电极放大器可以达到较高的增益，且增益可调，以适应不同幅度的细胞电信号；并且在一定频率范围内对细胞电信号进行不失真地检测；有较高的输入阻抗以保证增益的稳定性。具体性能指标为：1）输入阻抗：1013；2）增益：101000倍可调；3）输入电压：0100mV4）频

2、率响应：010kHz5）共模抑制比：80dB1.2 硬件设计模块增益可调的高阻抗微电极放大器设计系统主要包括：89C51单片机、阻抗转换模块、低通滤波模块、陷波器模块、显示模块、键盘输入模块组成本系统的设计要求。系统硬件如图1.0所示 图1.0 系统硬件框图1.2 软件设计模块硬件平台结构一旦确定，大的功能框架即形成。软件在硬件平台上构筑，完成各部分硬件的控制和协调。系统功能是由软硬件共同实现的，由于软件的可伸缩性，最终实现的系统功能可强可弱，差别可能很大。因此，软件是本系统的灵魂。软件采用模块化设计方法，不仅易于编程和调试，也可减小软件故障率和提高软件的可靠性。同时，对软件进行全面测试也是检

3、验错误排除故障的重要手段。由于编程多涉及到数值运算，比较复杂，需要多重选择判断，用我们平时常用的汇编语言编程是很难实现的，这里我们选用了移值性好、结构清晰、能进行复杂运算的C语言来实现编程基于89C51 单片机控制放大器增益的设计系统程序主要分为一下几个模块：单片机控制74HC4051位选选择放大倍数从10到1000倍可调、数码管显示放大倍数模块、独立键盘输入模块，主程序模块如图1.1所示。图1.1 主程序模块第二章 理论分析与计算2.1运算放大器的基本工作原理与增益量程的扩展图1.2 是一个由集成运算放大器组成的反相比例运算放大器电路，输入信号Vin经电阻R1 接到其反相输入端，同相输入端经

4、电阻 R2 接地，反馈电阻 接在其输出端与反相输入端，形成一个深度的电压并联负反馈电路。根据其工作在线性放大状态时具有“虚地”和“虚断”的特点，其增益为 （公式1.0）图1.2 反相比例运算放大器电路式中“-” 表示相位，决定于反馈电阻与R1 之比，而与其内部各项参数无关。由此可作出如下推断：假设(1.0) 式中 R1为定值，则放大器增益就直接由反馈电阻决定，改变就能改变放大器的增益。但在实际运用中常被设计为定值，所以，放大器增益也是固的，限制了放大器的使用范围。如果设计中能将 分为不同阻值，并按照一定规律排列，用开关分别接入放大器电路，构成多个增益量程的运算放大器，就可随时根据具体情况，通过

5、开关选择适当的增益，满足信号对放大器增益的要求。如图1.3所示，阻值不同，各量程的增益也不同，显然，分别闭合、开关，反馈电阻、.、就分别接入了放大器电路，各量程的增益分别为： （公式1.1） （公式1.2） （公式1.3） 电路中起量程转换作用的是开关，如果用电子模拟开关代替、 、 ，用单片机分别控制的接通与断开，用软件控制放大器增益，就是用单片机控制放大器增益的基本设计思路和方法。 图1.3 多量程反相比例运算电路2.2 工频信号陷波器设计理论分析陷波器的实现方法有很多，本次设计采用的是电路比较简单，易于实现的双T型陷波器。双T型带阻滤波器的主体包括三部分内容：选频部分、放大器部分、反馈部分

6、。此陷波器具有良好的选频特性和比较高的Q值。图3.1.2双T型陷波器电路图中，用作放大器，其输出端作为整个电路的输出。接成电压跟随器的形式。因为双T网络只有在离中心频率较远时才能达到较好的衰减特性，因此滤波器的Q值不高。加入电压跟随器是为了提高Q值，此电路中，Q值可以提高到50以上，调节、两个电阻的阻值，来控制陷波器的滤波特性，包括带阻滤波的频带宽度和Q值的高低。在图2中，, ， ，令， 对节点A列KCL方程，得： （1）同样，对节点B列KCL方程，得： （2）同样，对节点C列KCL方程，得： （3）由式（1）、（2）、（3）可得到电路的传递函数为： （4）令，得： （5）由带阻滤波器的标准形

7、式： （6）可得： ,其中当时，当远大于，或者远小于时，增益接近1。令，可以求得： （7） （8） （9） （10）因此，当 时，Q值极高，BW接近于零，所以我们可以改变K的值来调节带宽，Q值越大，带阻曲线越窄，限波效果约好，但是实际应用中Q值不能无限大，如果Q值过大，会引起电路的振荡，不稳定。 双T陷波器的幅频特性如图3.1.3所示图3.1.3 双T陷波器的幅频特性其中心频率的计算公式为： （11）因此T型结构中的电容和电阻用来确定中心频率的值，可以通过改变这些电容和电阻来选择需要滤除的频率值。第三章 增益可调的高阻抗微电极放大器硬件设计3.1单片机最小系统单片机采用的89C51含有MCS-

8、51内核，片内有1个串行口、5个中断源、128字节RAM、4KB Flash、最高工作频率可达12MHz，满足本系统的设计需要。单片机基本系统主要由单片机、晶振电路、复位电路组成。单片机最小系统电路图如图1.4所示。图1.4 单片机最小系统3.2 阻抗转换模块U23333AD620提供优于“自制”三运放仪表放大器设计的性能，同时具有较小的尺寸、较少的元件和低10倍的工作电流。在图1.5所示的典型应用中，要求增益为100，在-40C至+85C的工业温度范围内放大20mV满量程桥式电路输出。U13333U33333 图1.5 阻抗转换模运放A1、A2、A3构成三运放测量放大器通过计算对输入的电压信

9、号进行10倍的放大：U3=(1+R5/R4)*R6/(R3+R6)*U2-R5/R4*U1=U2-U1=(R1+R2+R3)/R2*Vin10Vin无论用于何种系统，AD620都能以更低功耗和更低成本提供更高的精度且输入阻抗达到了10G。在简单的系统中，绝对精度和漂移误差显然是最重要的误差来源。在含有智能处理器的较复杂系统中，白动增益自动归零周期将消除所有的绝对精度和漂移误差，仅留下增益、非线性度和噪声的分辨率误差，因此可以获得完全14位精度。但是考虑到该设计不需要那么高的精度和成本问题，因此，本人设计一个三个OP07运放放大器等效AD620差模输入，输入电压失调和噪声的OPO7技术规， 这是

10、因为三运放型分立仪表放大器有两个运放在其输入端，二者均对总输入误差有影响。3.2 滤波模块滤波电路是一种能使有用频率通过，同时抑制无用成分的电路。滤波电路种类很多，由集成运算放大器、电容和电阻可构成有源滤波器。有源滤波器不用电感，体积小，重量轻，有一定的放大能力和带负载能力。由于受到集成运算放大器特性的限制，有源滤波器主要用于低频场合。有源滤波器有低通、高通、带通和阻带等电路。低通滤波电路指低频信号能通过而高频信号不能够通过的电路，高频滤波电路则与低频滤波电路相反，带通滤波电路是指某一段的信号能通过而该频段之外的信号不能通过的电路，带阻滤波器和带通滤波器相反，即在规定的频带内，信号不能通过（或

11、受到很大衰减或抑制），而在其余频率范围，信号则能顺利通过。低通滤波器是用来通过低频信号衰减或抑制高频信号。图1.6 低通滤波器如图1.6所示，为二阶有源低通滤波器。它由两级RC滤波环节与同相比例运算电路组成，其中第一级电容C接至输出端，引入适量的正反馈，以改善幅频特性。本文采用microchip公司的FilterLab 2.0软件，FilterLab2.0是一款专门为单片机应用而开发的,有源滤波器设计软件。可以设计低通、带通、高通滤波器。为了简化设计,该软件使用了两种最简单的电路模式,既SallenKey和MFB。可以根据实际需要输入待设计电路的主要参数如图1.7所示的设置,软件会自动生成原理

12、图和元件参数,并对电路做幅频、相频分析。当把低通滤波器的参数设置好后，就会生成对应的电路、对应电容、电阻的参数，本设计选择截止频率为1000HZ的信号，将高于1000HZ电压信号滤除。选择二阶低通滤波器如图1.8。图1.7 低通滤波器参数设计图1.8 二阶低通滤波器电路图1.9 电路仿真图经过这个软件仿真图1.9所示，参数一一对应给出R21=7.87K、R22=13.7K、C21=0.033uf、C22=0.01uf。其截止频率为： （公式1.4）3.3 陷波器模块陷波器也称带阻滤波器（窄带阻滤波器），它能在保证其他频率的信号不损失的情况下，有效的抑制输入信号中某一频率信息。所以当电路中需要滤

13、除存在的某一特定频率的干扰信号时，就经常用到陷波器。在我国采用的是50hz频率的交流电，所以在平时需要对信号进行采集处理和分析时，常会存在50hz的工频干扰，对我们的信号处理造成很大干扰，因此50Hz陷波器在日常成产生活中被广泛应用，其技术已基本成熟。工频陷波器不仅在通信领域里被大量应用，还在自动控制、雷达、声纳、人造卫星、仪器仪表测量及计算机技术等领域有着广泛的应用。50Hz工频信号对信号采集有很大影响，必须除去。本设计采用双T有源滤波器来滤除50Hz的工频信号，电路图如图1.10所示。电路的中心频率： （公式1.5）图1.10 双T陷波器对于f f0 的高频信号，两个串联的电容C阻抗很低，

14、信号可经过电容直接传输到运放的同相输入端即Ui=U+；对于f f0 的低频信号，电容2C的阻抗非常高，信号可经两个串联的电阻R直接传输到运放的同相端即Ui=U+；只有当f=f0的信号输入时，分别经过两个通道传输：从高通滤波通道（两个电容C和一个电阻R/2构成）输出的电压比输入电压超前一个略小于/2的相位；从低通滤波通道（两个电阻R和一个电容2C构成）输出电压比输入电压落后一个略小于/2的相位。两路传输到同相输入端的电压正好大小相等、相位相反，相互抵消，因此放大器输出电压近似为零。结合可用的电容电阻，决定R、C值。于是先选定C3值约为10/500.2 uF，于是C1=C2=0.1uF则可以求出R

15、： 这里可选电阻为R31.8k（考虑电阻精度偏差可选取），但实际上由于元件精度与及元件非理想元件，这会使得陷波的中心频率不是落在50Hz，因此为减少实际的误差，Q不宜取太大。3.4 程控放大电路主体电路主电路主要由OP07集成运算放大器、74HC4051模拟电子集成开关、反馈电阻R1R8组成OP07集成运算放大器是一种性能较好、放大倍数较高，具有内部补偿的通用型放大器，其输入电阻大于1M ，输出电阻约为60，开环差模电压放大倍数大于106 dB，其使用方法简单，通用性强。74HC4051是八通道模拟多路选择器/多路分配器，带有三个数字选择端S0-S2)，一个使能端VEE)。VEE为低电平时，八

16、个开关之一将被S0-S2。选中(低阻态);VEE为高电平时，所有开关都进入高阻态，S0至S2的地址选择无效，所以，也叫输入禁止端。八个独立输入/输出端(Y0-Y7)和一个公共输入/输出端(Z)。74CH4051具有译码功能，可自动选通八个通道中的某一路。在编地址码时，只要将欲接入放大器的反馈电阻Rf与之相对应，便能得到相应的放大器增益。74HC4051的地址编码、键号排列及放大器增益逻辑关系见表1表1 74HC4051地址编码及放大器增益逻辑关系表要根据放大器增益大小选择R1-R8二的阻值.为了很好地与单片机I/O口配合，便于操作、使用，设每隔10 dB为一个量程，放大器调控范围从一20 dB

17、-+50 dB，共八个量程。按照这个要求分别对Rf取，值用电平表示(1.6)式， （公式1.6）因R9在电路中是定值，取R9=5.1k，所以： （公式1.7） 由(公式1.7)式能方便地求出R1-R8。具体数值(见表1)与此对应的程控放大器主体电路见图1.11所示。图1.11程控放大器主体电路单片机控制放大器增益主体电路工作原理。根据比例运算放大器线性工作特性，当其增益式时，放大器是一个反相器，即输入信号与输出信号幅值相等，相位相反;当其增益式时，它是一个反相衰减器，即输出信号小于输入信号，但信号的相位相反;当其增益时，其增益随Rf与R1的比值增加而增加，在相位上输入与输出信号相反。在主体电路

18、中保持原R9、R10位置不变，Rf经74HC4051跨接在运算放大器的输出端与反相输入端，由于74HC4051的开关作用，使运算放大器完全符合反相比例运算放大器基本特点，并使之增益可控。3.4 按键电路键盘电路主要用来选择放大器增益的量程，从便于使用和编程简单角度出发，采用独立式键盘电路，由AT89C51的P2口控制由于独立式键盘电路构成较为简单。键盘分编码键盘和非编码键盘。键盘上闭合键的识别由专用的硬件编码器实现，并产生键编码号或键值的称为编码键盘，如计算机键盘.而靠软件编程来识别的称为非编码键盘；在单片机组成的各种系统中，用的最多的是非编码键盘。也有用到编码键盘的。非编码键盘有分为：独立键

19、盘和行列式（又称为矩阵式）键盘。而我们用的是独立式键盘。单片机书本上对于键盘处理往往都给出了几种不同的方案，但是在一个实际的系统应用中，往往用起来感觉不是很好。主要的弊端就是实时性不好。无论是采用中断方式还是采用扫描方式，实行性都不能很好的达到要求。按键电路图如图1.12所示图1.12按键电路图通过按键的开关与芯片74H4051相连，来选择与运放相连的电阻从而改变放大倍数。S1放大10倍，S2放大50倍，S3放大100倍，S4放大200倍，S5放大400倍，S6放大600倍，S7放大800倍，S8放大1000倍。3.4 显示电路LED数码管结构及驱动显示方式，根据发光二极管的个数可将数码管分成

20、7段数码管和8段数码管，8段数码管比7段数码管多一个用于显示小数点的发光二极管；根据内部连接形式可将数码管分成共阳数码管与共阴数码管，图1.13为数码管的外形及其内部结构图。图1.12 LED数码管外形及内部结构数码管显示可以在测试行业应用，例如在测温、测压、测试度等行业。数码管是一类显示屏，通过对其不同的管脚输入相对的电流会使其发亮，从而显示出相对应的数字，能够显示时间、日期、温度等所有可用数字表示的参数。由于它的价格便宜、使用简单，在电器特别是家电领域应用极为广泛，空调 热水器、冰箱等等.绝大多数热水器用的都是数码管，其他家电也用液晶屏与荧光屏用显示电路显不选择量程。根据本设计的电路要求，

21、用四位数码管即可满足要求，因此，采用四位共阴极LED数码管0831B型显示器件动态显示，将其所有位段选线并联，由单片机的P0口控制，而共阴极公共端分别由相应的P3口控制，实现各位的选通功能，见图1.13所示图1.13 数码管显示电路第四章 增益可调的高阻抗微电极放大器软件设计4.1 总体软件设计框图 软件设计是实现运算放大器增益控制的关键，必须以单片机资源分配为核心，这里AT89C51的资源分配是:P2口控制键盘，P1口中的P1.0-P1.2控制74HC4051模拟开关地址，P0口控制显示器段码，P3口中的P3.0-P3.3中控制显示器的位码软件功能:当某一按键按下时，通过74HC4051模拟

22、开关选通对应的Rf电阻，接入运算放大器，中间不能出现错选、误选、显示器显示正确的档位，采用键盘查询法编程，主要思路是:先扫描键盘，确定有无键盘闭合;调延时，去十扰，再确定有无闭合，是哪一键闭合;计算对应键的放大器量程值;显示量程;最后，看键释放(断开)了没有，没有释放继续显不，释放了，返回重新扫描键盘。其软件编程逻辑图如图1.14所示图1.14 总体软件设计框图4.2 按键扫描键盘电路主要用来选择放大器增益的量程，从便于使用和编程简单角度出发，采用独立式键盘电路，由AT89C51的P2口控制由于独立式键盘电路构成较为简单。按键扫描软件流程图如图1.15所示。图1.15 按键扫描软件流程图由AT

23、89C51的P2口控制独立式键盘的输入判断按键是否按下来确定选择的档位和数码管显示的放大倍数，以下是一个按下的程序例子。/* 按键扫描子程序 * */void key1() if(P20=0) /S1选10倍的放大倍数显示 delay(); if(P20=0) key=1; P12=0; P11=0; P10=0; 按键在编写程序时，应注意问题，如消颤，一般有物理消颤和软件消颤，我们这使用软件消颤。具体操作是，当按键按下，用软件延时一段时间，再次扫描按键情况，如果确实有按键按下，就进入相应的操作。当操作完后要做一个按键是否断开的判断，其依据如图1.16所示：图1.16 键闭合和断开时的电压抖动

24、4.3 显示程序设计数码管显示原理由上面硬件介绍中分为共阳与共阴数码管，其中引脚图的两个COM端连在一起，是公共端，共阴数码管要将其接地，共阳数码管将其接正5伏电源。一个八段数码管称为一位，多个数码管并列在一起可构成多位数码管，它们的段选线（即a,b,c,d,e,f,g,dp）连在一起，而各自的公共端称为位选线。显示时，都从段选线送入字符编码，而选中哪个位选线，那个数码管便会被点亮。数码管的8段，对应一个字节的8位，a对应最低位，dp对应最高位。所以如果想让数码管显示数字0，那么共阴数码管的字符编码为00111111，即0x3f；共阳数码管的字符编码为11000000，即0xc0。可以看出两个

25、编码的各位正好相反。如下图1.17所示：图1.17 共阳与共阴数码管共阳极的数码管0f的段编码是这样的：unsigned char code table= /共阳极0f数码管编码0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,/030x99,0x92,0x82,0xf8,/470x80,0x90,0x88,0x83,/8b0xc6,0xa1,0x86,0x8e /cf;共阴极的数码管0f的段编码是这样的：unsigned char code table=/共阴极0f数码管编码0x3f,0x06,0x5b,0x4f,/030x66,0x6d,0x7d,0x07,/470x7f,0x6f,0x77,0x7

26、c,/8b0x39,0x5e,0x79,0x71/cf;当AT89C51的P2口控制独立式键盘的输入按键按下时，确定好选择的放大倍数的档位并通过数码管显示的放大倍数流程图如1.18所示：图1.18 数码管显示流程图/* 显示数据的计算 * */void sjzh(uint dat) a1=dat/1000; /千位计算a2=(dat%1000)/100; /百位a3=(dat%100)/10; /十位a4=dat%10; /个位/* 显示程序 * */void display()P3=0xfe;/0010 0000 P0=tablea1;/显示第一个数码管delay();P3=0xfd;/00

27、01 0000P0=tablea2;/显示第二个数码管delay();P3=0xfb;/0000 1000P0=tablea3;/显示第三个数码管delay();P3=0xf7;/0000 0100P0=tablea4;/显示第四个数码管delay();第五章 系统调试与测试结果分析本章主要介绍了软件设计中的主程序、按键扫描、显示程序的流程图以及对其内容的简要介绍，以及相关的软件程序。5.1 软件调试Proteus内容全面包括其能实验的内容包括软件部分的汇编、C51 等语言的调试过程，也包括硬件接口电路中的大部分类型。对同一类功能的接口电路，可以采用不同的硬件来搭建完成，因此采用Proteus

28、 仿真软件进行实验教学，克服了用单片机实验教学板教学中硬件电路固定、学生不能更改、实验内容固定等方面的局限性，可以扩展学生的思路和提高学生的学习兴趣。Proteus是目前最好的模拟单片机外围器件的工具，它可以仿真51系列、AVR，PIC等常用的MCU及其外围电路(如LCD，RAM，ROM，键盘，马达，LED，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件)。当然，软件仿真精度有限，而且不可能所有的器件都找得到相应的仿真模型，用开发板和仿真器当然是最好选择，可是对于单片机爱好者，或者简单的开发应该是比较好的选择。Proteus与其它单片机仿真软件不同的是，它不仅能仿真单片机CPU的工作情况，也能仿真

29、单片机外围电路或没有单片机参与的其它电路的工作情况。因此在仿真和程序调试时，关心的不再是某些语句执行时单片机寄存器和存储器内容的改变，而是从工程的角度直接看程序运行和电路工作的过程和结果。对于这样的仿真实验，从某种意义上讲，是弥补了实验和工程应用间脱节的矛盾和现象。KeilC51是美国KeilC 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。KeilC5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

30、译后生成的汇编代码，就能体会到KeilC51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。5.1.2 陷波器模块软件调试利用以上两种软件，就可以进行增益可调的高阻抗微电极放大器设计仿真工作了。仿真数据记录及简要分析表2 =49Hz、50Hz、51Hz时数据记录频率/Hz输入幅值/V输出幅值/V衰减/dB相位差499.9998.523-1.39-0.196509.9970.586-24.64-0.4519.9998.876-1.0340.204表2 仿真数据记录图1.19 =50Hz时实测波形图图1.20 =49Hz时实测波形图图1.

31、21 =51Hz时实测波形图分析：当频率为49Hz的信号通过陷波器时，由于该频率小于第一窄带阻带的，因此衰减较少，所以该信号能通过陷波器。当频率为50Hz的信号通过陷波器时，由于该频率等于第一窄带阻带的中心频率，所以该信号不能通过陷波器。当频率为51Hz的信号通过陷波器时，由于该频率大于第一窄带阻带的，因此衰减较少，所以该信号能通过陷波器。注：本小节Proteus仿真图中黄色（颜色较浅）是输入曲线，红色（颜色较深）是输出曲线陷波器模块对非工频的电压信号的频谱图如图1.22所示：图1.22 频率响应曲线5.1.2 整体模块软件调试（1） 首先绘制电路图，运行PROTEUS的ISIS程序后，进入该

32、仿真软件的主界面。在工作前，要设置VIEW菜单下的捕捉对齐和SYSTEAM下的颜色、图形界面大小等项目。通过工具栏中的P (从库中选择元件命令)命令，在PICK DEVICES窗口中选择电路所需的元件，放置元件并调整其相对位置，元件参数设置，元器件间连线，将电路图绘制完毕。（2） 在利用KEIL51生成HEX文件。具体方法如下：(1) 打开单片机软件开发系统KEIL uVision，单击“uVision”菜单中的“PROJECT”，在此下拉菜单中单击“NEW PROJECT”后。弹出“CREAT NEW PROJECT”对话框。键入新建项目名称。(2) 键入新建项目名并单击“确定后”，在弹出的

33、“SELECT DEVICE”对话框中选择合适的单片机型号，如89C51。(3) 单击“uVision”菜单中的“FILE”，在此下拉菜单中选择“NEW”后，打开一个空的文本编辑口，在此窗口总键入程序，创建新的源程序“增益可调的高阻抗微电极放大器设计.C”(如是汇编语言程序的话为“增益可调的高阻抗微电极放大器设计.ASM)文件。(4) 在左边的“PROJECT”窗口的“FILE”页中单击文件组，再单击鼠标右键后，在弹出的窗口中选中“ADD FILES TO GROUP” “SOURCE GROUP1”选项，将“增益可调的高阻抗微电极放大器设计.C”程序导入到“SOURCE GROUP 1”中。

34、(5) 在“PROJECT”下拉菜单中，选择“OPTIONS FOR TARGET”对话框，在此对话框中“OUTPUT”选项卡中的“CREAT HEX FILE”选项。(6) 在“PROJECT”下拉菜单中，选择“REBUILD ALL TARGET FILES”项。若程序编译成功，将生产“增益可调的高阻抗微电极放大器设计.HEX”文件。图1.23 未运行的仿真结果最后观察调试与结果在PROTEUS ISIS编辑窗口中，单击鼠标右键选中单片机89C51并单击鼠标左键，弹出“EDIT COMPONET”对话框，在此对话框的“CLOCK FREQUENCY”栏中设置单片机晶振频率为12MHz，在“

35、PROGRAM FILE”栏中单击浏览选中KEIL生成的HEX文件。单击运行，就可以看到仿真的结果如图1.23所示。图1.23 仿真后输入信号电压图1.24 仿真后输出信号电压由仿真结果我们可以看出输入的信号为10mV，输出信号为500mV，最后通过计算出放大倍数为50，和理论的值是一样，因此，本仿真符合本课题的设计要求。5.1 硬件调试第一步，首先在没有上电的情况下，检查PCB板线路是否无误。对照原理图，PCB图，用万用表的蜂鸣档检查每条线路是否都导通。检查+5V的电源线是否全部连接好，把PCB板原来的连通导线刮断，通过细致的检查，发现有些过孔有虚焊的现象，用铬铁重新焊了一下。用万用表的蜂鸣

36、档从连通的起始端每个触点都检查，发现问题则相应地进行解决。第二步，在不插芯片的情况下，给PCB板上电，然后把万用表打到电压档，查看每块芯片的供电电压是否正常。89C51RC供电电压为+5V，CPU的I/O口都采用了排阻进行提拉，提拉后的电压都为I/0口都为高电平；74HC4051模拟电子集成开关的供电电压为+5V，OP07供电电压为+5V，确保每块芯片的供电电压均正常。第三步，断开电源线，把所有芯片全部插到芯片插槽中，接通电源，用手去触摸每块芯片，看是否发烫。结果每块芯片都工作正常，没有芯片发烫，说明电路正常。第四步，调试CPU是否工作正常，用示波器检测89C51RC的P3.1端是否输出方波脉

37、冲，可检测CPU是否工作。采用P0口直接驱动段选动态显示，则编写了一个放大倍数显示的程序并尝试下载到单片机中。具体的调试步骤如下：1) 将数码管连接到单片机的I/O口上； 2) 用9针串口线把PC机与PCB板上的串口母头相连； 3) 打开STC-ISP V35，单片机程序下载软件，将生成的HEX文件装载； 4) 点击下载，再给PCB板上电。由于使用的是单片机作为核心的控制元件，使得电路的可靠性比较高，功能也比较强大，而且可以随时的更新系统，进行不同状态的组合。但是在我们设计和调试的过程中，也发现了一些问题，譬如红灯和绿灯的切换还不够迅速，红绿灯规则的效率还不是很高等等，这需要在实践中进一步完善

38、。让我更加清楚的明白单片机的运用就是对其端口的控制，同时外围电路的设计以及了解，比如：电路、数、模电子技术、单片机技术、自动检测技术、电路板设计、智能仪器的设计应用与传感器的使用。在硬件电路检查过程中我们发现了一个缺点，就是在计算放大倍数的时候忽略了74HC4051芯片的内阻，电路图1.25所示：图1.25 程控放大电路如果不考虑74HC4051芯片的内阻的话，该过程的放大倍数如下： (公式1.8)假设74HC4051芯片的内阻为，则放大倍数为： (公式1.9)从上面两式子中我们可以看出内阻对我们的放大倍数产生了很大的影响，尽管74HC4051芯片的内阻只有40欧姆。因此我们提出了两种解决方案

39、：一种是把R1R8电阻全部换成滑动变阻器，这样就可以补偿内阻对电压放大倍数的影响；另一种是把R1R8 电阻不用74HC4051芯片，而转化用继电器来控制R1R8放大倍数的控制，不过继电器常开触电也有几欧姆，但是相比74HC4051芯片的内阻来说影响还是降低啦。第六章 总结与体会通过这次毕业设计，加强了我动手、思考和解决问题的能力。电路原理和连接，和芯片上的选择,也略懂。巩固数字逻辑电路的理论知识，并对芯片有了新的认识，懂得它的功能与其它芯片替换等. 更重要的是如何将逻辑电路灵活运用于实际生活。协作的重要性。我沉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课

40、程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，主要是因为没有动手实践过吧！认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。故一个小小的设计，对我们的作用是如此之大。通过本次课程设计，对单片机有了更进一步的了解和掌握，对I/O口的扩展，中断，定时/计数器等应用有了更深的体会。程序调试过程，使我平时所学的理论和实践相结合，切实提高了自己的动手能力。其实,我在开始做设计时，难度很大，很迷茫。不积跬步何以至千里，通过求助于许老师、理清了思路。同时，在图书馆里、网上查阅资料，攻克了设计中的道道难题。最后经过指导老师许老师的耐心指点和连续的奋战才算基本合格。本次设计我能和团队一起完成，算是有了很大的收获。总的感受有以下几方面：（1）巩固了课本上的知识。通过本次设计，我不但对单片机有了更为深入的了解，对一个课题如何画流程图，编程序等，有了一定的认识。（2）在本次设计中，我进一步加强了自己的动手能力和运用专业知识的能力，从中学习到如何去思考和解决问题，以及如何灵活地改变方法去实现设计方案；特别是深刻体会到的是软件和硬件结合的重要性，以及两者的联系和配合作用。（3）通过本次设计，让我了解到增益可调的高阻抗微电极放大器设计对当今人