单片机控制的自增益放大器--第九组.docx

单片机控制的自增益放大器摘要本设计以程控增益调整放大器为核心，通过单片机MSP430控制各模块，实现电压增益连续可调，输出电压基本恒定系统由5个模块组成：前级缓冲模块，峰值检测模块，控制与显示模块，电压增益调整模块，后级输出缓冲模块将输入信号经前级缓冲电路输入给峰值检测电路检测输入信号，并送给单片机AD采样基准电压进行比较，来确定增益的倍数，将倍数信号输入程控放大器模块进行电压的放大通过后级缓冲电路输出，再将放大倍数通过显示模块显示，实现自动增益放大的要求 关键词： 自动增益控制 单片机 CD4052 目录 前言： 随着微电子技术、计算机网络技术和通信技术等行业的迅速发展，自动增益控制电路越来越被人们熟知并且广泛的应用到各个领域当中自动增益控制线路，简称AGC线路，A是AUTO（自动），G是GAIN（增益），C是CONTROL（控制）它是输出限幅装置的一种，是利用线性放大和压缩放大的有效组合对输出信号进行调整当输入信号较弱时，线性放大电路工作，保证输出声信号的强度；当输入信号强度达到一定程度时，启动压缩放大线路，使声输出幅度降低，满足了对输入信号进行衰减的需要。

也就是说，AGC功能可以通过改变输入输出压缩比例自动控制增益的幅度，扩大了接收机的接收范围，它能够在输入信号幅度变化很大的情况下，使输出信号幅度保持恒定或仅在较小范围内变化，不至于因为输入信号太小而无法正常工作，也不至于因为输入信号太大而使接收机发生饱和或堵塞在电路设计中，这种线路被大量的运用，从尖端的雷达技术到日常的广播电视系统，自动增益控制无疑很好的解决了各种技术中存在的信号强度问题目前，实现自动增益控制的手段有很多，在本文中，主要研究的是如何以放大器来实现自动增益控制的目的，也就是自动增益控制放大器一、 总体方案设计： 1、方案选择 方案一： 通过51单片机编程来控制模块功能电路实现对本次设计所要求的功能，优点是电路简单、稳定性性强、可移植性好，操作简单，但是单片机对外电路的要求比较高，成本较高 方案二：通过硬件分立与集成元件实现，虽然硬件电路比较繁琐，开发周期长，但硬件电路相对软件可靠性强，更加直观 综合实验要求及时间限制问题，选择方案一 2、模拟多路开关模块的选择 方案一： 选用CD4051，CD4051是单8通道数字控制模拟电子开关，有三个二进控制输入端A、B、C和INH输入，具有低导通阻抗和很低的截止漏电流。

方案二：选用CD4052，是一个差分4通道数字控制模拟开关，有A、B两个二进制控制输入端和INH输入，具有低导通阻抗和很低的截止漏电流 综合考虑，本设计需要二位的双通道数据选择器，故选择方案二3、 放大模块的选择方案一：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LF411，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 综合实验设计要求比较两个方案，选择方案二4、 单片机方案一： 采用AT89C51,4k 字节FLASH闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，2个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路同时，AT89C51降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种可选的节电工作模式空闲方式体制CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器体制工作并禁止其他所有不见工作直到下一个硬件复位需要外接AD转换器方案二： 采用MSP430，MSP430单片机称之为混合信号处理器，是由于其针对实际应用需求，将多个不同功能的模拟电路、数字电路模块和微处理器集成在一个芯片上，以提供“单片机”解决方案。

其功耗低，并自带AD转换功能 结合实验以及要求需要，需要采集输入信号的峰值，并将其转换为数字信号，因此我们采用自带AD转换的MSP430二、 各单元模块设计：1、反馈电阻选择电路 经单片机输出的A、B信号分别送入CD4052选择反馈电阻电路，当A、B为不同的0、1组合时，CD4052会选通不同阻值的电阻接入放大器的反馈回路，实现不同放大倍数的选择 当控制端A和B为不同数值时，电路的几种工作状态： 当A=0，B=0时，即X与X0接通，即Y与Y0接通，即此时的增益为10倍； 当A=0，B=1时，即X与X1接通，即Y与Y1接通，即此时的增益为7倍；当A=1，B=0时，即X与X2接通，即Y与Y2接通，即此时的增益为5倍； 当A=1，B=1时，即X与X3接通，即Y与Y3接通，即此时的增益为2倍2、放大电路 放大电路选用集成单运放LF411，其管脚图如下： 1和5为偏置(调零端)，2为正向输入端，3为反向输入端，4接地，6为输出，7接电源 8空脚 根据题目要求需要放大2、5、7、10，则比例放大电路应选择反相比例放大，放大后再对输出进行反相放大电路如下：其中放大器的2号与6号引脚连接反馈电阻选择电路，根据反相放大电路的放大倍数公式：Av=-Rf/R1. 则当Rf=90KΩ时，放大倍数分别为2、5、7、10是R2应对选择90KΩ、22.5KΩ、15KΩ、10KΩ。

图一 程控放大模块显示模块3、整体流程框图波峰检测电路MSP430单片机前级缓冲电路输入信号 程控放大器信号输出四、 系统调试：图一 放大十倍图二 放大七倍图三 放大五倍图四 放大两倍由以上系统调试图可以看出：各放大倍数档位放大效果良好，在合理的误差范围内，可以认为本次调试达到了系统所需的要求显示功能：1. 测试运用微动开关改变放大倍数时，数码管是否能正确显示倍数 2．增益放大功能：测量各个增益倍数下的实际输出电压是否正确，用它们与理论值做比较并计算误差误差范围应在3％内五、 系统功能、指标参数：测试仪器：直流稳压电源、信号发生器、示波器最终测试结果：输入输出增益六、 设计总结：自动增益控制是限幅输出的一种,它利用线性放大和压缩放大的有效组合对助昕器的输出信号进行调整当弱信号输入时,线性放大电路工作,保证输出信号的强度;当输入信号达到一定强度时,启动压缩放大电路,使输出幅度降低也就是说,AGC功能可以通过改变输入输出压缩比例自动控制增益的幅度AGC细分为AGCi(输入自动增益控制)和AGCo(输出自动增益控制) 增益控制AGC是为了在扩大量程范围基础上，减少A/D的量化误差而设计的。

该电路使A/D转换精度得以充分利用，保证平衡机的指标不因信号小而降低本系统的增益控制可以实现人工控制和自动控制的切换一般情况下选用“自动增益控制”方式，当干扰特别强烈并且起伏较大时建议选用“人工增益控制”方式在本次实验仿真过程中，我们也遇到了问题并且最终在队友们的配合及努力之下，完美的完成了本次实验比如在电阻的选择与设计上，既要尽可能的满足放大倍数的理论设定，同时又要考虑实验室内电阻值的种类组合性，有时候为了更好的简化电路并且达到一定的实验效果，需要等效一部分电阻，这样就自然而然的从理论上产生了一些误差，但是在可控范围之内在实验的过程中，队友之间配合越来越默契，大家的团队意识有了显著的提高为了一个目的而一起努力的奋斗，最终获得了成功同时要感谢指导的老师及学长，孜孜不倦的着我们，监督着我们，让我们在电子设计上有了长足的进步附录一、元件清单电位器若干、多路模拟开关CD4052一片、INA128P一块、单片机MSP430一块二、参考文献【1】 《全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编：2007》,【作　者】全国大学生电子设计竞赛组委会编,【出版项】 北京：北京理工大学出版社 , 2008.122】 《模拟信号调理技术》，【作　者】张金著【出版项】， 北京：电子工业出版社 , 2012.01。

《MSP430系列单片机原理与工程设计实践》，【作　者】王兆滨，马义德，孙文恒等编著，【出版项】 北京：清华大学出版社 , 2014.10。