可编程放大器设计报告

综合课程设计所在院系专业名称班级题目可编程放大器设计指导教师成员完成时间2014年1月2日 一、设计任务及要求：设计任务：设计并制作一个可编程放大器要 求 1、电压放大倍数由计算机的指令给定，即计算机通过数据线将BCD码N（8bit）送给数据锁存器（它是可编程放大器的一部分，其地址码由设计者选定） 后，放大器的输出电压与输入电压符合下列函数关系：2、直到计算机给它送来新的数据以前，在温度等因素不变的条件下，这个函数关系保持不变指导教师签名： 2014年1月3日 二、指导教师评语：指导教师签名： 2014年1月3日 三、成绩 验收盖章 2014年1月6 日 题 目1 设计目的（1）了解运算放大器的原理。（2）增加对单片机知识的理解和运用能力。（3）了解Proteus软件的的基本操作，熟练掌握它的用法。（4）通过这次设计增强动手能力。2 设计思路我们采用模拟电子开关实现增益可调，每档分别取0.01、0.1、1、5、10、50、100和200共八档。可设计一个反相放大器，元件的阻值就是按以上要求选取。CMOS4051为一个8选1模拟开关，这里我们用了八路。通过控制端的数码组合，选择相应的电阻接入回路。电源电压选择+5V，是为了与控制信号TTL电平兼容。3方案论证3.1控制模块 方案一：4*4矩阵键盘控制 此方案可以直接输入所需要的波形放大倍数，方便快捷，但是程序操作复杂 故不采用这种方案。方案二：独立开关控制此方案利用三个独立按键共同控制输入信号，可实现八种不同组合，以此来控制CMOS管通道的调节，由于本系统元件较少，程序设计简单，故采用此方案。 3.2显示模块 方案一：1602液晶显示此方案中液晶显示器可以由ASCll码控制，控制简单，可以显示更多的信息，比如放大倍数和单位等，但是价格相对昂贵，故不为本系统所采用。方案二：数码管显示此方案中利用共阴极数码管并对09这10数字进行编码，并利用数码管的动态扫描形式来显示不同的数字，以达到显示放大倍数的目的。由于本系统仅需对放大倍数进行显示，利用四段数码管已经足以达到要求，程序设计也相对容易，产品价格低廉，故本设计采用这种方案实现。3.3自动增益模块方案一：采用MOSFET实现此方案通过输入信号控制MOS管的Rds 来实现增益的自动调节，由于Rds不好调节，尤其是信号较小时，Rds 变化不明显，需要找到非常合适的电阻，才可以将信号幅度控制在2V3V的范围内，虽然电路简单，但准确度不高，参数的选择较为麻烦，故不采用这种方案。方案二：采用ADC0809实现此方案首先通过峰值检测电路，检测出输入信号的峰值，然后将峰值电压输入ADC0809，由A/D与单片机结合，再通过单片机控制D/A来实现增益的自动调节，该方案简单，容易调节，故采用这种方案。3.4波形放大模块方案一：采用DAC0832此方案是利用51单片机来控制D/A内部电阻网络的状态，以此来控制其内部电阻的变化，从而控制放大倍数。由于DAC0832输出的是电流信号，所以需要利用LM324N运算放大器来将其转换成电压形式，以此来输出放大后的正弦波此方案复杂，故不采用这种方案。方案二：采用模拟开关CMOS4051此方案中采用具有八路模拟开关的电子芯片CMOS4051，这样可以实现八种不同的放大倍数，若采用两片，就可以实现十六种不同的放大倍数，以此类推。显然，此方案操作方便简单故采用这种方案。4 设计过程4.1硬件设计 主要有三个模块，分别为控制模块、显示模块、波形放大模块： 控制模块：此模块可实现多种不同信号的输入，如下图1所示；图1：开关的闭合实现不同的输入信号显示模块：此模块用示波器来直观的显示实验结果，清晰直白，一目了然，如图2；图2：显示实验结果波形放大模块：此模块用CMOS4051控制不同通道从而实现接入不同电阻导致放大倍数的不同，如图3；图3：接入电阻不同导致放大倍数的改变5电路仿真与结果分析（格式同上一级标题）5.1电路仿真（格式同上二级标题）通过仿真可看出其结果差异，在放大0.01、0.1倍时波形基本上由原先的正弦波变为一条直线，如图4所示；图4:放大0.01、0.1倍时的波形而当放大200倍是明显失真，如图5所示；图5：放大200倍时的波形分析结果知：当放大1100时，其效果最明显，如图6所示；图6：放大10倍时的波形5.2结果分析我们设计，制作的可编程放大器基本完成了题目所规定的基本功能和指标，同时也完成了提高部分的显示放大倍数，步进可调，输入正弦信号电压峰峰值Vpp可达到20V。但是也有一些地方需要改进，比如自动增益模块，由于一些原因，没有调试成功。6设计体会经过努力完成了每部分电路的设计,并用Proteus对电路进行了仿真，证明了电路设计的可行性，同时完成了电路的焊接。但是经过多次的调试和仔细的调试，始终没有让本电路输出理性的波形，所以有些数据没有测的，结果系统的通频带，增益误差和最大不失真输出电压没有能从实际的电路得出。这次设计还有些需要完善的地方，放大器的零点漂移应该在设计电路中应设法抑制，通过引入负反馈来保证放大器通带内增益的稳定性。可编程增益放大器(PGA) 设计的目标通常是要求系统达到高的控制范围、高线性度、低失真、低直流失调以及大的动态范围，处理好这几个方面之间的关系成为PGA设计的主要问题。其在光纤通信、微波通信、卫星通信等通信系统以及雷达、广播电视系统中得到了广泛的应用，在接收机中具有相当重要的地位，因而具有广泛的应用前景通过课程设计的学习和锻炼，使我对电子电路有了更为深刻的研究，使得我的中英文相关资料的检索能力、电子线路设计能力、专业外文资料阅读理解能力得到一定的提高。参考文献（遵循下面的写法）（1）参考文献是期刊的格式：序号作者.篇名J.刊名，出版年份，卷号（期号）：起止页码.举例1 夏鲁惠.高等学校毕业论文教学情况调研报告J.高等理科教育，2004(1):46-52.（2）参考文献是书或专著的格式序号作者.书名M.出版地：出版社，出版年份：起止页码.举例2 葛家澍，林志军.现代西方财务会计理论M.厦门：厦门大学出版社，2001：42.（3）参考文献是会议论文的格式序号作者.篇名C.出版地：出版者，出版年份：起始页码.举例3 Almarza, G.G. Student foreign language teachers knowledge growth A. In D.Freeman and J.C.Richards (eds.). Teacher Learning in Language Teaching C. New York: Cambridge University Press. 1996. pp.50-78.（4）参考文献是学位论文（学士、硕士或博士）的格式序号作者.篇名D.出版地：保存者，出版年份：起始页码. 举例4 张筑生.微分半动力系统的不变集D.北京：北京大学数学系数学研究所, 1983：1-7.附件完整电路 / 文档可自由编辑打印