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1、吉首大学信息科学与工程学院课程设计报告书课 程 单片机课程设计 课 题： 自动增益控制放大器 姓 名： 学 号： 专 业： 年 级： 指导教师： 基地指导教师： 2014 年 11 月一、项目介绍与设计目的（1）此为2014年湖南电子设计大赛C题的设计报告，要求为： 一、基础部分 1、输入一个电压为0.01-0.03V的直流电压（峰值），要求输出电压为10V（峰值） 2、输入一个电压为0.1V的直流电压（峰值），要求输出电压为10V（峰值） 3、输入一个电压为10V的直流电压（峰值），要求输出电压为10V（峰值） 二、提高部分 1、输入一个电压为0.01-0.03V的交流电压（峰值），要求输出
2、电压为10V（峰值） 2、输入一个电压为0.1V的交流电压（峰值），要求输出电压为10V（峰值） 3、输入一个电压为10V的交流电压（峰值），要求输出电压为10V（峰值）（2）目的在于培养我们的实践创新意识与基本能力、团队协作的人文精神和理论联系实际的学风； 有助于我们工程实践素质的培养、提高我们针对实际问题进行电子设计制作的能力。二、设计方案1项目环境要求基于MSP430单片机2项目功能模块1、 放大电路：考虑到负载电阻为10，输出值要等于10V，所以电压仍需放大，第1部分为输入缓冲和固定增益放大模块，运放搭建电压跟随器作为输入缓冲，同时提高输入阻抗，固定增益放大部分将输入的微弱信号放大到适
3、合后级处理的电压范围，前级放大将小信号放大50倍。VCA810增益控制电路增益后达不到所需要求，所以在后又加了一个放大电路图一为前级放大电路，图二为后级放大电路 图一 图 二 2、压控增益电路 可控增益调节部分我们使用压控增益放大器 VCA810，VCA810 在宽频带工作模式下，增益控制范围为-40dB+40dB ，且控制电压与增益dB 数成线性关系，满足设计要求。其中 1 脚为了匹配输入阻抗并接了50的电阻，8 脚接25的偏置电阻，其中 5 脚接 500的负载电阻.如图所示 。3设计内容一、 总体设计思想。根据要求，总体电路可由三个电路构成：1.前级放大电路；2.自动增益电路；3.后级放大
4、电路。前级放大自动增益后级放大1、 放大电路方案一：选择运放LM324，LM324是四运放集成电路，正负电源供电，无需外部偏置元件，但对高频信号的放大效果不好。方案二：选用运放A74，是高增益单运算放大器，也是正负电源供电，适应电压范围广，对高频信号的放大效果较好。综合两个方案，选择方案二2、增益控制部分方案一：采用场效应管或三极管控制增益。主要利用场效应管的可变电阻区（或三极管等效为压控电阻）实现增益控制，本方案由于采用大量分立元件，电路复杂，稳定性差。 方案二：根据题目对放大电路增益可控的要求，考虑直接选取可调增益的运放实现（如运放 VCA810）。其特点是以dB 为单位进行调节，可调增益
5、40dB，可以用单片机方便地预置增益。 方案三电路集成度高、条理较清晰、控制方便、易于数字化用单片机处理。所以本系统采用方案三。二、 理论分析与计算前后级固定增益放大器为同相比例运算电路，根据虚短与虚段的概念，可求出公式uo=（1+Rf/R）u1根据前后电压放大倍数，及增益的计算公式，gain=20log（VOUT/VIN），可以算出前后放大的固定增益大约为50db。由于VCA810的线性增益调节范围为-4040 dB，如图所示。但经实际电路测试当增益高于30 dB或者低于-30db时，电路容易出现自激振荡，由于前后级固定增益大约为50db，加上VCA810的增益调节范围后实际图像不失真范围可
6、达到0-80db的增益，远远达到所需要求。三、 整体方案流程图1、硬件电路流程图后级放大电路输入信号前级放大电路自动增益电路=1否是2、程序流程图：开始系统初始化ADC_Voltage = 1NDAC_DAT =ADC_VoltagePID算法处理ADC_Voltage结束Y 3、算法：首先，通过ADC_0采样输入信号的峰值Vpp_0，根据ADC_0的值确定DAC输出值；然后同ADC_1采样输出信号峰值Vpp_1,经PID算法处理，反馈调节DAC输出值，使输出放大电压稳定。四、 系统测试及数据分析1、 测试方法（1）用直流稳压源输入要求幅值的信号（2）用示波器观察输出信号幅值，2、 测试仪器（
7、1）直流稳压源030V/2A（2）函数信号发生器（3）双踪示波器3、 总结和分析1、 测试数据基础部分直流信号幅值0.010.020.030.110输出电压9.5810.410.310.311.62、 数据分析 由表数据在0.03V以下范围内输出电压控制并不稳定,但是误差较小，在0.1V与10V输出时误差较大，但较稳定，且整体电路增益倍数已超过题目要求。 3、结论 3.1作品达到了题目所有基本和部分扩展功能及指标的要求： （1） 完成了基本要求，但误差较大（2）。 作品在高频率中失真较严重，在低频率下波形较好，但是不太稳定。（3）输入电压在TFT屏上可以显示，且精度高于稳压源电压，便于数据记录
8、。 3.2存在问题及改进措施： 问题：对电路增益控制不太精确，且电压过小时会出现失真。措施：需要对软件的程控分析的更加细致，同时硬件进行电路改进减少误差，使用更廉价的芯片或者运放达到所需要要求。部分设计代码：void main()unsigned int adNum5; float value0,value1,V1;float V2=0.5,VG1,VG2,VG3,Vg1;uint gain,VG=0;LcdInit();V1=0.52;while(1) Pcf8591SendByte(3); /发送外部输入电压转换命令adNum0=Pcf8591ReadByte()*2;/将前一次转换结果读
9、走value0=adNum0/2*0.01953; /转为电压值/value0=value0*100;adNum0=value0*100; /保留两位小数LcdWriteCom(0x80+0x40);LcdWriteData(0+adNum0%1000/100);LcdWriteData(.);LcdWriteData(0+adNum0%100/10);LcdWriteData(0+adNum0%10);LcdWriteData(V); adNum0=Pcf8591ReadByte()*2; /ADC读取外部输入电压 Pcf8591SendByte(2); /发送转换命令adNum1=Pcf8
10、591ReadByte()*2; value1=adNum1/2*0.01953; /转为电压值adNum1=value1*100; /保留两位小数LcdWriteCom(0x80+0x46);LcdWriteData(0+adNum1/1000);LcdWriteData(0+adNum1%1000/100);LcdWriteData(.);LcdWriteData(0+adNum1%100/10);LcdWriteData(0+adNum1%10);LcdWriteData(V); key_scan(); if(num=0) if(value11.2)V1=V1-0.05;if(value10.6)V1=V1-0.05;if(value10.4) V1=V1+0.05;VG1=2*V1+0.43; if(VG10) Vg1=VG1*(-1); VG=1; else Vg1=VG1; VG=0 ; LcdWriteCom(0x80); LcdWriteData(g); LcdWriteData(a); LcdWriteData(i); LcdWriteData(n); LcdWriteData(:); / LcdWriteCom(0x87); LcdWriteCom(0x86); gain=20*Vg1*10; A1=gain/10%10; A2=gain%10; A3=ga
