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1、成都工业学院毕业设计 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 题题 目目: 基于单片机的电可调衰减器设计 专专 业业: 电子测量技术与仪器 班班 级级: 10251 学学 号号: 16 姓姓 名名: 张 杰 指导老师指导老师: 傅 林 成都工业学院 二一三年五月 成都工业学院毕业设计 摘 要 设计一个大功率电可调衰减器，实现由用户设定的特定功率 信号的衰减，该衰减器以单片机实现控制，并且接受上位机的指 令执行，从而实现电可调衰减量。 利用 LabVIEW2011实现上位机的编程，ALTIUM 9.0实现电 路图的绘制，KeilUV4实现单片机程序的编写，MULTISIM 实现简 单的衰减设计仿真，借
2、助这些软件的仿真功能实现了系统软、硬 件的交互仿真，性能测试表明该器件的步进量为0.1dB，衰减动 态范围为0110dB，并且可以经过对上位机指令的修改，从而实 现扩充衰减的范围。通过仿真后，可根据仿真图做出实际的衰减 器。 关键词：关键词：可调，单片机，衰减器 成都工业学院毕业设计 Abstract Design a high-power electric adjustable attenuator, achieve the specific power signal attenuation, set by the user with single-chip microcomputer to
3、 control for the attenuator, instruction execution the and receive the upper machine,so as to realize the electric adjustable attenuation. Using Labview2011 PC programming, ALTIUM 9.0 implementation circuit diagram drawing, KeilUV4 realize single chip microcomputer,MULTISIM attenuation design implem
4、ent a simple simulation， write with the help of the software of simulation function, realized the simulation of the interaction of the software and hardware system, the performance test show that the device step quantity of 0.1 dB, attenuation of 0 110 dB dynamic range, and can after modification of
5、 the upper machine instructions, so as to realize the scope of expansion of attenuation. After the simulation, can make a practical single-chip microcomputer according to the simulation diagram. Key Words:Adjustable, MCU, attenuator 成都工业学院毕业设计 目目 录录 摘要摘要I I ABSTRACTABSTRACTIIII 第一章第一章 绪论绪论 5 5 1.11.
6、1 课题背景课题背景5 5 1.11.1 选题意义选题意义5 5 1.31.3 题目要求题目要求5 5 1.3.11.3.1 基本要求基本要求 5 5 1.3.21.3.2 发挥部分发挥部分 5 5 1.41.4 目的目的5 5 第二章第二章 整体设计思路整体设计思路 6 6 第三章第三章 硬件设计硬件设计7 7 3.13.1 衰减器电路设计衰减器电路设计7 7 3.1.13.1.1 引言引言7 7 3.1.23.1.2 整体结构及基工作原理整体结构及基工作原理7 7 3.1.33.1.3 衰减器形式衰减器形式7 7 3.1.43.1.4 衰减器的选择形式衰减器的选择形式8 8 3.1.53.
7、1.5 衰减器的仿真衰减器的仿真9 9 3.1.63.1.6 衰减器整体形式分类衰减器整体形式分类1 15 5 3.23.2 单片机电路设计单片机电路设计2 20 0 3.2.13.2.1 MCUCU 单元电路图单元电路图 2 20 0 3.2.23.2.2 单片机程序单片机程序2 21 1 3.2.33.2.3 程序调试程序调试2 28 8 第四章第四章 软件设计软件设计 2929 4.14.1 软件部分选择软件部分选择2 29 9 4.24.2 VASIVASI 的作用的作用 2 29 9 4.34.3 VISAVISA 配置串口配置串口用用 3 30 0 4.44.4 程序仿真程序仿真3
8、 33 3 参参 考考 文文 献献3 35 5 成都工业学院毕业设计 第一章第一章 绪论绪论 1.1 课题背景 为了满足对系统衰减的需要，需设计一个衰减器，第一是对于幅值过大的 电信号，进行衰减以后，作为下一级的输入信号；第二是衰减器的读数作为自动 测试测试系统被测滤波器的衰减量数据。 1.2 选题意义 任何通信或电子系统，在一些给定的点应该有一个正常范围的电平值，调节 到正常电平值的部件就是放大器或衰减器。过低电平点是杂音引入点，过高电平 点又将引起过载从而使放大部件出现不能容忍的非线性失真。通过衰减器把过高 的电平引入到正常电平和需要的电平，让其更有利于系统正常的运行。 1.3 课题要求
9、设计制作一个大功率电可调衰减器，实现由用户设定的特定功率信号的衰减。 步进量 0.1dB ，最大衰减 110dB，可以在 220V、12A 条件下工作。 1.3.1 基本要求 （1）最大衰减 110 dB；步进 0.1 dB。 （2）实现 51 单片机控制，并且接受上位机的指令执行。 （3）功率满足要求。 （4）工作频率范围为 25Hz30MHz。 （5）输出波形幅度范围 05V（峰-峰值） ，可按步进 0.1V（峰-峰值）调 整。 1.3.2 发挥部分 （1）频率范围高端扩展至 GHz。 （2）步进量小于 0.01。 （3）考虑其他因素：如温度补偿、特性测试等。 1.4 目的 通过上位机发出
10、信号给单片机，单片机对衰减网络的控制，从而实现需要 的 衰减量。 成都工业学院毕业设计 第二章第二章 整体设计思路整体设计思路 通过对设计的理解，进行了分析，利用模块化设计容易满足题目的要求，主 要分成三模块：上位机模块，单片机模块，衰减器模块，其中上位机称为软件部 分，单片机和衰减器称为硬件部分。分别对每个模块进行仿真，最后使用串口线 让上位机和单片机相连接，使用导线让单片机和衰减器相连接。 下面为总的设计图： 上上上上上 上上上上上上 上上上上 上上上上 上上上上上上上上 上上上 上上上 上上 上上上 图（2-1） 图（2-1）：通过上位机发出的指令控制微控制器的管脚，微控制器的输出 信号
11、直接影响衰减器的衰减量，同时对衰减器进行信号的输入，则可实现对信号 的衰减。 但是将衰减器和微控制器分离开来，这样就算没有控制器，通过手动也可以 控制衰减器的衰减值。微控制器和上位机通过串口连接，通过上位机发送命令控 制具体的衰减量，现在的笔记本电脑已经没有串口了，可以购买 USB 转串口线得 以解决这个问题。 成都工业学院毕业设计 第三章第三章 硬件设计硬件设计 3.1 衰减器硬件电路设计 3.1.1 引言 程控步进衰减器是一种由外部控制的，可任意调整衰减量的无源微波器件， 它的适用频率宽，精度高，重复性好，可调范围大，广泛使用于微波合成信号源、 矢量网络分析仪器、频谱分析仪等自动化测试仪器
12、中，也可使用于各种需要实现 微波信号电平调节的系统中。 3.1.2 整体结构及基本工作原理 直通线 直通线 输入 输出 衰减片 衰减片 图（3-1）共 16 级 由 N 个衰减单元组成，衰减量最高为（1、2、4、4）*10N（如： 99=40+40+10+4+4+1）可组合为任意的衰减量。 a)衰减器内部使用继电器选择直通或者衰减。继电器的直通时的电阻几乎为 零，对于 1000 欧姆以上的负载，可以忽略不计。此种配制高频响应差。 b）边缘线型传输线结构（边缘线型传输线最早由美国 HP 公司提出，广泛用 于各类微波机械开关，微波步进衰减器等微波部件中） c）宽带高精度衰减片结构 衰减片按设计方案
13、划分主要有集总参数和分布参数两大类。集总参数衰减片 又分为T 型和型两种,其设计方法相对简单, 衰减量的控制可以通过控制分立 电阻实现, 但其高频频响差, 很难应用到微波频段。微波宽带衰减器大多采用分 布参数、薄膜电路设计。利用真空镀膜、化学刻蚀的方法, 将薄膜电阻做在很薄 的陶瓷墓片或白宝石基片上。 d）与c)配置的衰减器可实现在DC18GHZ的宽带范围内，实现步进任一整数 衰减，具有频带宽、误差量大、步进量小、衰减平坦度好等特点。整个衰减器直 通插入损耗小于3dB,端口驻波小于2.0，衰减切换时间小于20ms。 3.1.3 衰减器形式 成都工业学院毕业设计 固定衰减器的几种电路形式： 不平
14、衡型 平衡型 a）L 型： R1 R1 U1R2 U2 U1 R2 U2 RC1 RC2 RC1 R1 RC2 图（3-2a） 图（3-2b） L 型衰减器主要用于阻抗变换 b）T 型： R1 R1 R1 R1 U1 R2 U2 U1 R2 U2 RC1 RC2 RC1 R1 R1 RC2 图（3-3a） 图（3-3b） T 型衰减器用于对信号的衰减 c)型： R1 R1 U1 R2 R2 U2 U1 R2 R2 U2 RC1 RC2 RC1 R1 RC2 图（3-4a） 图（3-4b） 型衰减器主要用于衰减 d）桥 T 型： R1 R1 R2 R2 R2 R2 U1 R3U2 U1 R3 U
15、2 RC1 RC2 RC1 R2 R2 RC2 图（3-5a） R1 图（3-5b) 桥 T 型衰减器适用于对信号的衰减 上图中 L 型为不对称衰减器，主要用于阻抗变换，其中 T 型，型，桥 T 型 为对称衰减器主要用于衰减。一端接地的称为不平衡衰减器，两端不接地的称为 平衡衰减器。RC1 为信号源内阻；RC2 为负载电阻； 3.1.4 衰减器的选择形式 成都工业学院毕业设计 a）选择型的电路形式,选取平衡形式。如上图(3-4b)所示。 电压衰减倍数 N=(U1/U2)，特性阻抗 Zc b）硬件设计流程：先将每个衰减单元单独计算并仿真，观察是否能达到具体 的衰减要求。达到要求后，再将这些衰减单元连接起来。 c）计算：
