《程序控制运算放大器》由会员分享，可在线阅读，更多相关《程序控制运算放大器（21页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、目 录1 引言.12 程序控制运算放大器概述 .22.1 放大器的种类 .22.2 程控放大器的应用及特点 .22.3 设计要求 .22.4 设计方案 .22.4.1 设计方案的选择.22.4.2 系统的设计原理和结构.33 系统的硬件设计 .33.1 单片机控制系统 .33.1.1 单片机的介绍 .33.1.2 单片机控制功能的实现 .53.2 模拟开关集成块 CD4066.53.2.1 模拟开关 CD4066 的介绍.53.2.2 CD4066 工作状况和技术要求.53.2.3 模拟开关 CD4066 功能的实现.63.3 运算放大器 LM741 .63.3.1 运算放大器 LM741 的
2、介绍 .63.3.2 LM741 的技术要求和实现方式.73.4 数码显示管 .83.4.1 数码管介绍 .8I3.4.2 主要参数.84 系统的软件设计 .94.1 软件总体说明 .94.2 按键消除抖动模块描述 .104.3 数码管显示模块 .104.4 动态扫描模块 .115 软件的调试 .115.1 keil 软件的调试 .115.2 Proteus 软件的调试.125.2.1 Proteus 软件的介绍.125.2.2 Proteus 软件的操作步骤.125.3 仿真结果.136 结论 .14参考文献 .15附件 1 程序清单.16附件 2 电路原理图.18Abstract .190
3、程序控制运算放大器的设计摘要：在这个数据信息的时代里，数据和信息的快速采集与分析很重要，而程序控制运算放大器正好可以实现自动控制增益或量程自动切换，所以程序控制运算放大器得到广泛的应用。随着电子技术和计算机技术的发展，程序控制运算放大器有着广大的应用前景，并将朝着集成化、智能化、多功能化方向发展。本设计制作一个增益可数字化控制的线性放大器电路，通过改变 4 个开关的分合状态，可以形成 4 种不同增益方式。用模拟开关集成块（如 CD4066）实现这一开关阵，就可方便地通过单片机小系统控制放大器的增益值的改变。运算放大器集成芯片使用 LM741，单片微型计算机集成芯片使用 ATMEL 公司的 AT
4、89C51 或 AT89C52 ，写出满足要求的程序，合理的调试各个软件，最终得出仿真结果。仿真结果分析表明该设计达到了预期要求，也验证了设计的程序控制运算放大器的可靠性和可行性。关键词关键词：运算放大器；单片机；集成芯片；程控增益1 1 引言引言随着半导体技术的飞速发展，以及移动通信，网络技术，多媒体技术在嵌入式系统设计中的应用，单片机1从4位，8位，16位到32位，其发展历程一直受到广大电子爱好者的极大关注。单片机功能越来越强大，价格却不断下降的优势无疑成为嵌入式系统方案设计的首选，同时单片机应用领域的扩大也使得更多人加入到基于单片机系统的开发行列中，推动着单片机技术的创新进步。在工程上常
5、采取改变放大器增益的方法对幅值大小不一的信号进行放大。在计算机数控系统中，为实现不同幅度信号的放大，往往不希望甚至也不可能利用手动的方法来实现增益变换。利用程控放大器可以很好的解决上述问题。程控放大器2也称为可编程放大器，是根据使用要求由程序控制改变增益的放大器，具有控制方便，线性度高，稳定可靠等优点。在多通道或多参数的数据采集系统中，多个通道或多个参数共用一个测量放大器。就每个通道的数据采集而言，还可实现自动控制增益或量程自动切换，因此程控增益放大器得到广泛应用。程控一般有两种方法，一个是模拟的，叫做自动增益控制（AGC）3，另外，还有先监测输出，然后调整程控增益放大器的增益，前者简单，但人
6、工介入较麻烦，后者人工介入较简单但成本高复杂。“先监测输出，然后调整程控增益放大器的增益”是说通过编制程序去控制电路实现。 本文分析了程控放大器的基本原理，当改变按钮闭合状态时测量放大器的增益也相应地加以改变。这种变化通常是自动进行,即不需要人为的改变电路连接,而是通过软件控制放大器增益的改变。这样可以实现仪器量程的自动切换。另外,通过改变增益的方法使系统功能增强。本次设计中我们应用 AT89C52单片机、LM741运算放大器、CD4066双向模拟开关4的概况及应用做的简单程控放大器，通过软件控制放大器增益的改变，采用这向项技术，可以使测量系统有宽的适用范围，提高系统的适应性，同时提高系统的测
7、量精度。12 2 程序控制运算放大器概述程序控制运算放大器概述2.12.1 放大器的种类放大器的种类 一、A 类放大器：是指电流连续地流过所有输出器件的一种放大器。 这种放大器，由于避免了器件开关所产生的非线性，只要偏置和动态范围控制得当，仅从失真的角度来看，可认为它是一种良好的线性放大器。 二、B 类放大器：是指器件导通时间为50的一种工作类别。这类放大器可以说是最为流行的一种放大器，也许目前所生产的放大器有99 是属于这一类。 三、AB 类放大器 ：实际上是 A 类和 B 类的结合，每个器件的导通时间在50100之间，依赖于偏置电流的大小和输出电平。该类放大器的偏置按 B 类设计，然后增加
8、偏置电流，使放大器进入 AB 类。AB 类放大器在输出低于某一电平时，两个输出器件皆导通，其状态工作于 A 类；当电平增高时，两个器件将完全截止，而另一个器件将供给更多的电流。这样在 AB 类状态开始时，失真将会突然上升，其线性劣于 A 类或 B 类。2.22.2 程控放大器的应用及特点程控放大器的应用及特点 程控放大器是一种放大倍数可以控制的放大器，缩写符号 PGA。程控放大器在实际当中有很多应用，可以通过程序来自动调节放大器的放大倍数。例如，在一些比较高档的电子测量仪器中可以根据输入信号的大小自动调整量程的范围，就是通过改变放大器的放大倍数来实现的。在多通道或多参数的数据采集系统中，多个通
9、道或多个参数共用一个测量放大器。各通道或各参数送入测量放大器的信号大小并不相同，但都要放大至 A/D 变换器输入要求的标准电压，因此各个通道要求测量放大器的增益就每个通道的数据采集而言，还可实现自动控制增益或量程自动切换，因此程控增益放大器得到广泛应用。程控放大器使用方便、性能好，故可在数据采集系统、自动增益控制、动态范围扩展、远程仪表测试等方面使用尤为适宜。在使用放大器的场合中，往往希望增益能够调整，以使波形显示更完美，数据采集更精确，而程控增益调整比手工调整更优越。2.32.3 设计要求设计要求在给定的单片机小系统板上提供人机操作界面，使操作者能通过按键操作，来控制放大器的增益等级，相应的
10、增益值在数码管上显示。具体指标如下：1） 通过按键操作能够实现 1 倍、20 倍、30 倍、50 倍的放大；2） 输出信号用示波器显示出来并且无明显失真；3） 将具体的放大倍数通过数码管显示出来。2.42.4 设计方案设计方案2.4.12.4.1 设计方案的选择设计方案的选择方案一：集成程控增益放大器。它具有低漂移、低非线性、高共模抑制比和宽频带等优点，但其增2益有限，只能实现特定的几种增益切换。所以我们不采用此方案。方案二：运放+模拟开关+电阻网络。这种方法利用模拟开关切换电阻反馈网络，从而改变放大器电路的闭环增益。此种方法通用性强，经济实惠，效果显著。所以我们选用此方案。2.4.22.4.
11、2 系统的设计原理和结构系统的设计原理和结构设计一个实现增益可变可控的放大器电路。通过手动改变开关的分合状态，来控制单片机小系统 I/O端口的高低电平，从而来控制模拟开关的各引脚的通断，每对引脚分别与运放的四条支路串联，而每对引脚之间则是两两并联，即实现单片机小系统对增益实现模块的控制功能，同时在数码管上显示相应的增益值。具体电路分析：将程序控制放大电路的程序写入单片机中并实时的检测电路的放大，通过 P2口键盘扫描程序判断是哪个按键按下，并从 P1口输出相应的键值，选通相应的模拟开关从而实现电路中对信号的放大作用。本设计由四个模块电路组成：单片机模块、运算放大器模块、模拟开关模块和数码显示管模
