程控增益直流放大器

1、程控增益直流放大器程控增益直流放大器设计报告 学院： 专业： 队员：目录摘要.31、设计任务与要求.41.1、设计任务.41.2、设计要求.41.3、发挥部分.42、 系统方案论证.43、 系统设计与理论分析.53.1、STC89C52单片机最小系统模块.53.2、数模转换模块.63.3、放大模块.83.4、信号采集模块.93.5、显示模块.104、系统调试.114.1、调试仪器仪表.114.2、误差分析.115、设计总结.116、元件清单.127、参考文献.128、程序清单.12摘要 本系统以STC89C52单片机最小系统为核心，用AD603作为差分放大器，以单片机控制DAC0832转换器和

2、NE5532输出一线性变化的控制电压，在控制电压的控制下，信号通过AD603实现可编程放大，并能实现步进，差分放大后的信号通过OP07实现后级放大。用单片机把控制电压变化的数字信号转换成放大增益并由1602液晶屏显示。用ADC0804芯片采集输出电压转换成数字信号并送至单片机，单片机将信号转换成输出电压值并由1602液晶屏显示。系统采用AD603实现前级放大，减小共模信号的影响，提高信号放大的可靠性。关键字：STC89C52 AD603 可编程放大 步进Summarythis system with STC89C52 SCM smallest system as the core, using

3、 AD603 as a differential amplifier, MCU control DAC0832 converter and NE5532 changes in a linear output control voltage, under the control of voltage control signal through the programmable amplifier AD603 implementation, and can achieve step by step, after differential signal after amplification by

4、 OP07 amplifier application. Using single chip microcomputer to control digital signal into a voltage change amplifier gain and the 1602 LCD display. By ADC0804 chip output voltage into a digital signal collected and sent to the MCU, MCU will output signal into voltage value and the 1602 LCD display

5、. System level before is realized by using AD603 amplification, reduce the influence of common mode signal, to improve the reliability of signal amplification.Key words: STC89C52 AD603 programmable amplification step by step1、设计任务与要求1.1、设计任务在温度检测、力学实验、桥式电路中，输出的电信号往往极其微弱，通常为毫伏级，而环境共模干扰的幅度往往大于被测电信号，放大

6、微弱的电信号是直流放大器的最基本性能。设计一个直流放大器。输入信号Vi取自桥式测量电路的输出，如图1。当R1R2R3R4时，Vi0。通过调节R4，产生直流电压信号Vi，经直流放大器放大后，输出电压Vo。1.2、设计要求（1）差模电压放大倍数AVD=1250,可手动调节；（2）最大输出电压Vo为10V，非线性误差105。（4）写出设计报告。1.3、发挥部分采用微控制器设计增益可调的直流放大器，数码管或LCD显示参数。（1）可通过按键调节差模电压放大倍数AVD，调节范围1500，步进10；（2）实时显示差模电压放大倍数；（3）测量并显示输出电压Vo电压值。2、系统方案论证以STC89C52单片机和

7、AD603放大器作为核心芯片，通过DAC0832转换器和NE5532放大器实现单片机输出的数字信号转化成一系列可变的线性电压，以NE5532输出的线性可变电压作为AD603放大器的控制电压，信号从AD603输入，在可变电压的控制下实现电压信号的可编程放大，以OP07放大器作为系统的后级放大，输出最终放大的电压。用单片机把控制电压变化的数字信号转换成放大增益并由1602液晶屏显示，用ADC0804芯片采集输出电压转换成数字信号并送至单片机，单片机将信号转换成输出电压值并由1602液晶屏显示。AD603是一种低噪声且由电压控制的增益放大器， 它提供精确的、可由管脚选择的增益, 它的增益是线性变化的

8、, 且在温度和电源电压变化时有很高的稳定性。总体框架图如下所示：3、系统设计与理论分析3.1、STC89C52单片机最小系统模块STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPRO

9、M，MAX810复位电路，3个16 位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。另外 STC89C52 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，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz，6T/12T可选。3.2、数模转换模块3.2.1、D/A转换模块如图所示，DAC0832芯片把单片机输出的数字信号转化成模拟信号，由于模拟信号是电流，输出的电流信号通过NE553

10、2芯片转换成电压信号，从而实现数模转换。其中DAC0832的+1V基准电压由OP07芯片提供，输出电压（是基准电压）。3.2.2DAC0832芯片 DAC0832是8分辨率的D/A转换集成芯片。与微处理器完全兼容。这个DA芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到广泛的应用。D/A转换器由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成3.2.3、NE5532芯片NE5532是一种双运放高性能低噪声运算放大器。NE5532特点： 1、小信号带宽：10MHZ 2、输出驱动能力：600，10V有效值 3、输入噪声电压：5nV/Hz(典型值) 4、直

11、流 电压增益：50000 5、交流电压增益：2200-10KHZ 6、功率带宽： 140KHZ 7、转换速率： 9V/s 8、大的电源电压范围：3V-20V 9、单位增益补偿 3.2.4、op07芯片op07的功能介绍：Op07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。由于OP07具有非常低的输入失调电压（对于OP07A最大为25V），所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07同时具有输入偏置电流低（OP07A为2nA）和开环增益高（对于OP07A为300V/mV）的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面

12、。OP07芯片特点： 1、超低偏移： 150V最大 。 2、低输入偏置电流： 1.8nA 。3、低失调电压漂移： 0.5V/ 。 4、超稳定，时间： 2V/month最大 5、高电源电压范围： 3V至22V 6、 工作电源电压范围是3V18V；OP07完全可以用单电源供电，你说的5V,-5V绝对没有问题，用单5V也可以供电，但是线性区间太小，单电源供电，模拟地在1/2 VCC. 建议电源最好8V，否则线性区实在太小，放大倍数无法做大，一不小心，就充顶饱和了。我一直用+12V，-12V双电源供电。3.3、放大模块3.3.1、放大模块如图所示，AD603是一种低噪声且由电压控制的增益放大器， 它提

13、供精确的、可由管脚选择的增益, 它的增益是线性变化的。AD603的电压增益，由AD603的反馈决定，由图所示的反馈可知=20.后级放大由UA741芯片构成的求差电路构成，对AD603输出的电压进一步放大。3.3.2、AD603芯片AD603芯片是一种低噪声且由电压控制的增益放大器1它提供精确的、可由管脚选择的增益, 它的增益是线性变化的, 且在温度和电源电压变化时有很高的稳定性, 增益变化的范围40dB, 增益控制转换比例25mVdB, 响应速度为40dB, 变化范围所需时间小于1Ls1AD603内部包含一个七级R22R梯形网络组成的0dB到- 42. 14dB的可变衰减器和一个固定增益的放大

14、器, 此固定增益放大器的增益可通过外接不同反馈网络的方式改变, 以选择AD603不同的增益变化范围。3.3.3、UA741芯片UA741芯片是高增益运算放大器，用于军事，工业和商业应用。这类单片硅集成电路器件提供输出短路保护和闭锁自由运作。 UA741芯片还具有广泛的共同模式，差模信号范围和低失调电压调零能力与使用适当的电位。 。3.4、信号采集模块3.4.1、信号采集模块如图所示，由ADC0804芯片采集输出电压并将模拟信号转化成数字信号。3.4.2、ADC0804芯片ADC0804是用CMOS集成工艺制成的逐次比较型摸数转换芯片。分辨率8位，转换时间100s，输入电压范围为05V，增加某些

15、外部电路后，输入模拟电压可为 + 5V。该芯片内有输出数据锁存器，当与计算机连接时，转换电路的输出可以直接连接在CPU数据总线上，无须附加逻辑接口电路。3.5、显示模块3.5.1、显示模块如所示，由单片机最小系统输出的数字信号经过程序的函数转换为AD603的放大增益，并由1602液晶屏显示。将ADC0804芯片采集转化后的信号送入单片机并由单片机控制将信号转换成输出电压值并由1602液晶屏显示。3.5.2、1602液晶显示屏1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，

16、每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形（用自定义CGRAM，显示效果也不好）。1602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。4、系统调试4.1、调试仪器仪表仪器名称型号数量信号发生器DP1308A1数字万用表DT9205A1双踪示波器DS1052D14.2、误差分析造成误差的原因有： (1)零点漂移：由于运算放大器的零点漂移，温度漂移等带来的误差，可以差分放大器件来解决此误差。(2)A/D，D/A转换误差：受AD转换器精度及基准源稳定程度的限制，不可避免地带来一定的误差。为

17、了更精确的输出电源电压，选用更多位数的AD，DA芯片。 （3）因外界突发干扰或仪表显示值等引起的随机误差或粗大误差。 （4）采样电阻自热效应引起的误差：由于电阻在温度上升时阻值会发生变化，因此会引起温度飘移，给系统带来测量的误差。 （5）测试仪器造成的误差。5、设计总结程控增益直流放大器可以实现如下功能：(1)可以输出最大为10V的电压。(2)可以实现步进，通过按键调节差模电压放大倍数AVD。 （3）可以有LCD实时显示差模电压放大倍数。 （4）可以测量并显示输出电压Vo电压值。本设计基本制作完成了题目基本部分的要求和发挥部分的大部分要求。目前，在温度检测、力学实验、桥式电路中经常要用到程控增

18、益直流放大器，有时要求应具有良好的稳定性，而且精度较高。该设计完全符合了这些要求，如果再经过结构优化，将具有良好的市场前景。通过本次电子设计大赛的学习，对51单片机的应用有了基本的了解，并对DAC0832、ADC0804、AD603等一系列芯片的功能和特点有了一定的了解，并能够较熟练的应用，这对我们来说是一个质的提高。在本次设计大赛的过程中，我们的团队精神体现了重要的作用。6、元件清单STC89C52芯片一片NE5532芯片一片OP07芯片一片UA741芯片一片DAC0832芯片一片ADC0804芯片一片AD603芯片一片1602液晶显示屏一个电阻、电容若干7、参考文献【1】可变增益放大器AD

19、603及其使用 许正望 (湖北工学院电气工程与计算机科学系, 湖北武汉430068)【2】程控低噪声宽带直流放大器设计 徐娟，周启忠，岳琨，刘伟平 ( 宜宾学院 物理与电子工程学院; 实验与教学资源管理中心，四川宜宾644000 )【3】基于AD603程控增益大功率宽带直流放大器的设计 杜月林 蒋雪飞 梅明涛 陈自龙（南京邮电大学电子科学与工程学院 南京 210046）【4】几种放大器的程控增益电路设计 薛开昶 王应吉 (1.吉林大学仪器科学与电气工程学院,吉林长春 130026; 2. 地球信息探测仪器教育部重点实验室, 吉林长春 130026)8、程序清单 /* 描述: * 1602字符型

20、LCD显示演示程序 * 在第一行显示 welcome * 在第二行显示 www.PRECHIN.com * */#include /51寄存器文件#include #include #define DATADISP P0#define DATAOUT P2#define DATAINP1 typedef unsigned char uchar;/用uchar代替unsigned char typedef unsigned int uint;/uint代替unsigned inttypedef bit BOOL ;/用BOOL代替bit void delay(uchar ms);BOOL lcd

21、_bz();void lcd_init();void lcd_wcmd(uchar cmd);void lcd_wdat(uchar dat1);void lcd_pos(uchar pos);void display(uchar *str);void transgain(uchar dat2); void transvolt(uchar vdd);void inter_init(void);sbit key=P32;sbit rs= P33; /1602复位端sbit rw = P34; /1602写数据端sbit ep = P35;/1602使能端sbit wr=P36; /ADC0804的写入控制端sbit rd=P37; /ADC0804的 读出控制端u