自动增益放大器资料

1、自动增益控制放大器一、设计思路描述本自动增益控制放大器系统以msp430g2553控制核心。利用单片机内部 adc10寸末级输出信号采样，可由按键控制三种模式以及增益倍数的切换，也可 根据采样得到的末级输出信号幅度大小，自动控制dac781作为tlc085反馈电阻网络，从而实现对末级自动增益控制。 在软件设计中，我们实现三种不同的模 式切换：1 .交流手动模式中。根据选择增益倍数不同，我们可以算出不同的code值, 将code值传给dac7811例如：当我选择0.2倍增益时，那么需要控制前级衰 减，同时code值为2048,因此增益倍数 av=0.1*4096/2048=0.2 。2 .直流自

2、动换挡模式。根据单片机内部adc10寸输出信号采样幅度大小，自 动控制前级是否衰减、控制cd4051bj op及227反馈电阻，从而实现0.2、0.5、 2、5的最大增益倍数。3 .自动增益模式。根据利用单片机内部adc1cm输出信号采样幅度大小自动 控制前级是否衰减，控制 cd4051选才? opa 2227反馈电阻。二、硬件电路设计2.1 前级信号衰减电路vdd16151413cd40511220kq2kq+5vf1110p1.39gnjgndvovddvi20kq182 opa 73 2227 6图2.1前级衰减电路如图2.1所示，前级衰减电路由 cd4051 opa2227 20k?以

3、及2k?电阻组 成，其中cd4051为单刀八掷开关。在该电路中，单片机 msp430g2553过p1.3 口进行对cd4051中两种电阻进行选择，改变 opa222夜馈电阻，从而实现0.1 倍与1倍的控制。在整个电路中，前级衰减电路十分重要，它不仅仅是对输入信号进行衰减，还可以对单片机 msp430g255进行保护。102.2 末级dac7811增益自动控制电路vo16vi15vdd14tlc085121110dac3p2.01389gnd7811vddp2.2p2.1图2.2 dac7811增益自动控制电路图2.2为末级dac781储益自动控制电路。利用单片机内部adc10寸输出信号经过op

4、a2340绝对值整形后的波形进行采样，根据幅值控制cd4051选择opa222及馈电阻，进而控制衰减10倍或1倍。该电路由tlc085f dac781即成，其中tlc085为四路运算放大器，在这次 设计中，我们只使用两路，一路作电压跟随器使用，起缓冲作用；另一路放大器 是与dac781华成反馈电路，实现增益调节。在dac781酌数据手册中，我们可以根据公式：av =4096 code单片机 msp430g2553过控制p2.0 p2.1 p2.2 三个端口，给 dac7811发送 数据。由上公式可知，当av=5时，我们只需要控制单片机 msp430g2553 dac7811 发送相对应的cod

5、e值。在该电路中，dac7811特别小，因此将其焊在洞洞板上是非常困难的，建议 使用脚距为0.5mm的转接板，也不要随意掰具引脚，谨防引脚断裂！ ！ ！ ！2.3 键盘显示模块在键盘中，我们采用三个键设计，其关系如下图 2.3所示，它们分别为模式 选择键、增益选择键和确定键。模式选择键可以在交流自动、 直流换挡自动和自 动增益三种模式切换；增益选择可以选择0.2、0.5、2、5四种增益；最后的确定键的作用为总开关， 只有当确定键按下之后，单片机才会运行相应的模式。0.2模式2模式3二-：模式选择键auto0auto增益选择键i确定键vout = in父管 图2.3键盘设计电路 code显示部分

6、比较麻烦，为了节省i/o端口，开始我们用74hc164w 1602显示, 这样只需要4个i/o端口。但是在实际中这种方案是不可行的，因此我们最后选 择用12864作为显示，需要2个i/o端口，实际运行通过。三、软件程序设计3.1 adc10采样模块在程序中，每隔1607个时钟周期对输入的交流进行一次 ad采样，因为1607 是一个质数，所以基本可以保证采样在不同的正弦相位， 通过10000次取点计算显示峰值出峰峰值。其流程图如图3.1所示3.11adc10主要特性：1）有内部基准1.5v或2.5v,还可以外接基准电压。2）采样对象：可直接向内部温度传感器、芯片供电电 压、外部基准电压采样3）

7、ad采样起始信号触发方式，软件触发和timer_a 制触发4）采样的方式：单通道单次，单通道多次，多通道轮 流，多通道重复。5）可单独关闭adcffi基准电压adc10mem6）采样数据可自动存储在指定的存储空间 寄存器中3.12adc10初始化设置：主要是基准电压与通道选择的配置1）内部基准电压1.5v或2.5v两种基准电压。adc10内部集成有带隙电压基准，可以产生使用内部基准电压具体配置如下：1.5v )adc10ctl0|=refon （配置内部基准电压adc10ctl0|=refon+ref2_5v配置内部基准电压 2.5v ）refon内部基准电压发生器控制0关闭内部基准电压发生器

8、1开启内部基准电压发生器ref2_5v:内部基准电压选择1.5v/2.5v0选1i1.5v内部参考电压1选;fi2.5v内部参考电压2）外部基准电压使用外部基准电压具体配置如下：adc10ctl0|=sref_xsrefx :基准源选择0 vr+=avcc, vr-=avss1 vr+=vref+, vr-=avss2 ,3 vr+=veref+, vr-=avss4 vr+=avcc, vr-=vref-/veref-5 vr+=avcc, vr-=vref-/veref-6 ,7 vr+=avcc, vr-=vref-/veref-3）通道选择adc10ctl1|= conseq_xcom

9、seqx转换模式0 单通道单次转换1序列通道单次转换2 单通道多次转换3 序列通道多次转换3.2 dac7811 模块在该模块的软件设计中，我们控制单片机 msp430g2553 3个i/o端口，通 过单片机给dac5片写入code值，控制增益倍数。dac总共16位，12位为数据 位，为4096,因此dacr大值为4096。3.3 cd4051 模块在该模块的软件设计中，我们控制单片机 msp430g25531个i/o端口，控 制cd4051选才? opa222夜馈电阻，进而控制衰减10倍或1倍。3.4 主程序附件1为主程序流程图。在该流程图中，我们通过三个按键的切换，选择不 同的模式和增益倍

10、数，进而选择不同的子程序。其关系如下表所示：表3.4增益倍数与模式关系表手动档0.2前级衰减code=4096/10av0.5前级衰减code=4096/10av2前级不哀减code=4096/av5前级不哀减code=4096/av自动档av1 时前级不哀减code=4096/avav1 时前级衰减code=4096/10av3.5 交流换挡模式附件2为交流换挡程序流程图。在交流换挡子程序中，主要根据按键选择增 益倍数不同，控制前级cd4051是否衰减，以及da9计算出相应的code值，这 些值都是固定的，如下表3.5。当adc1床样之后，我们需要计算出输入电压的 值，并将其显示在12864

11、上。表3.5交流换挡模式表增益倍数avcd405m犬态dac781程序中code值0.20衰减20480.50衰减8192.00不衰减20485.00不衰减8193.6 直流自动换挡模式附件3为直流自动换挡程序流程图。在直流自动换挡主程序中，我们把0.1 5v的电压划分为很个区间，在区间内，其电压正义和前级衰减关系是固定的， 选择最大增益档位，这样的方法便于程序运行，不需要其判断是否为最大增益， 节省时间，其区间关系如下表所示：表3.6 直流自动换挡模式表输入电压区间cd4051状态dac781程序中 code 值实现最大增益0.1vi0.4不衰减20485.000.4=vi1不衰减8192.

12、001=vi4衰减20480.504=vi5衰减8190.203.7 自动增益模式附件4为自动增益程序流程图。在自动程序中，我们把输入电压0.110v的输入电压分为十个区间，先通过采样值判断其区间，然后在区间里确定其code 值。在判断其是否为最佳增益时，我们选用了求最小值方法，codel和code0的采样值都在10.2v的区间内，那么如果codel比code。小,则保留codel的值， 并等待下次比较值，若codel采样值为最小，则codel为最佳增益。采用区间划分的方法可以节省更多的时间，因为在自动增益中其输入电压是渐变的，并不是稳定不变的，因此我们采样处理时间要尽可能的短一些，如果觉得区

13、间划分法所需时间很长，可以 code从每次自加1提高到每次自加10,也可 以考虑pid算法。四、心得与体会在分配任务值初，应该合理的分配i/o端口，在单片机上只有14个端口可 以让我们使用，那我们在显示方面使用2个i/o端口佬控制12864;在按键方面， 我们使用3个i/o端口； cd4051使用1个i/o端口； dac781使用3个i/o端口。 因此在i/o端口方面，还是够用的。另外要主要的是，组长应该在分配任务值初，规定一下程序编程时格式要求、 变量定义和文件名称的统一，这样在后面调试的时候更加轻松。在硬件方面要特别注意，opa222祈口 dac7811tb是非常小的芯片，不要随意 的去掰具引脚，很容易断裂，在焊接时，应采用转接板进行焊接，对芯片起到一 个很好的保护。在显示方面，1602加74hc16较不可以显示的，我们采用12864显示，使用 的i/o端口更少，并且12864能显示汉字，这是1602不能做到的。在按键上，可以有很多种方法，但是那个确定键是必不可少的。如果没有确 定键的话，我们要进入模式 3自动增益模式，那么按