程控放大器系统设计设计

1、程控放大器系统设计设计A加信息聃业牧木摩憶毕业设计程控放大器系统设计系电子信息工程系专业 电子信息工程技术姓名 杨晨班级 电信101 学号1001043136指导教师陈洁 职称副教授设计时间江苏信息职业技术学院毕业设计摘要本设计介绍一种基于AT89C51单片机的简易程控放大器系统，主要由单片机、 数模转换器和运算放大器组成。系统的基本工作原理:单片机通过改变DAC0832 的数字输出量改变系统的增益。单片机通过按键改变DAC0832的数字量，使得 程控放大器的增益发生变化。增益放大倍数和输出电压值通过液晶显示。关键词：AT89C51单片机，DAC0832,数模转换器，运算放大器江苏信息职业技术

2、学院毕业设计31_1目 录II第1章绪论11.1课题来源112设计思路1第2章方案设计22.1核心模块的方案论证与比较22.1.1控制模块22.1.2显示模块22.2系统设计要求.22.3系统设计思路22.4系统硬件框图3第3章系统硬件设计43.1单片机的应用与选择43.2芯片简介4321 AT89C51性能简介43.2.2 AT89C5的主要特性4223 AT89C51管脚功能53.2控制显示电路3.3键盘电路3.4 D/A转换电路3-4.1脚功能3.4.2 D/A转换电路103.5放大电路113.6整机电路11第4章软件设计及仿真124.1软件流程图124.2程序代码124.3仿真设计12

3、4.3.1 VW简介134.3.2 PROTUES 仿真总结17参考文献18致 谢19附录A程序20附录B系统原理图25江苏信息职业技术学院毕业设计第1章绪论1.1课题来源程控放大器，又名可编程放大器，是一种放大倍数由程序控制的放大器。 程控放大器可以通过软件改变增益，利用模数转换器可以自动适应大范围变化 的模拟信号电平，因此越来越多地应用在自动控制系统、智能化仪器仪表中。 本课题适用于科学教研、生产实践和教学实验等领域。它是有AT89C51单片机、 DAC0832。通过按键来实现放大的产生。1.2设计思路本系统的主控制模块是由单片机最小系统，两个独立按键构成的，每一个 按键对应一种调整模式。

4、按下按键后，会执行相应的按键功能，松开后停止。具体实现过程：系统上电后先对DAC0832和LCD1602液晶初始化，再对 按键进行扫描。当按键有按下时，系统的数字输入量发生改变，从而改变系统 的增益，使得输出电压发生相应的变化。系统的放大倍数和输出电压通过液晶 实时显示。江苏信息职业技术学院毕业设计第2章方案设计2.1核心模块的方案论证与比较2.1.1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，故不釆用这种方案。方案二：独立按键控制此方案利用两个独立按键共同控制放大倍数，其中一个按键用来控制倍数 的放大，另外一个控制倍数的衰减，以此来

5、达到放大倍数的调节，由于本系统 元件较少，而且51单片机正好有两个外部中断口可以利用，程序设计简单，故 采用此方案。2.1.2显示模块方案一：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，利用四段数码管己经足以达到要求，但程序设计相对 繁琐，故本设计不采用这种方案实现。方案二：1602液晶显示此方案中液晶显示器可以由ASCH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，故为本系统所采用。2.2系统设计要求本系统设计的程控放大器可以实现如下功能：(1) 可以

6、通过按键输入来控制输出的电压大小。(2) 输出的值可通过LCD1602液晶显示。(3) 可以通过按键输入改变放大器的放大倍数。2.3系统设计思路本系统的主控制模块由单片机最小系统，两个独立按键构成的，每一个按 键对应一种调整模式。按下键后，会执行相应的按键功能，松开后停止。程控放大器的输出电压V0与DAC0832的输入电压Vref的关系式：VO=-(Vref Rf)/2nR(Dzl -2n-l+Dn-2 2n-2+.+D0 20). Rf 为系统的反馈信 号输入线电阻，R为DAC0832的数字输出量，就相当于改变系统的增益。具体实现过程：系统的数字输入量发生改变，从而改变系统的增益，使得 输出

7、电压发生相应的变化。系统的放大倍数和输出电压通过液晶实时显示。2.4系统硬件框图11图2. 1系统硬件框图系统硬件设计3.1单片机的应用与选择8051是MCS-51系列单片机中的代表产品，它内部集成了功能强大的中央 处理器，包含了硬件乘除法器、21个专用控制寄存器、64kB的程序存储器、 256B字节的数据存储器、4组8位的并行口、两个16位的可编程定时/计数器、 一个全双工的串行口以及布尔处理器。由于MCS-51集成了几乎完善的8位中央处理单元，处理功能强，中央处 理单元中集成了方便灵活的专用寄存器，硬件的加、减、乘、除法器和布尔处 理机及各种逻辑运算和转移指令，这给应用提供了极大的便利。3

8、.2芯片简介3.2.1 AT89C51性能简介AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压，高性能 CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制 造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8 位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控 制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。3.2.2 AT89C51的主要特性(1) 8031 CPU 与 MCS-5

9、1 兼容(2) 4K字节可编程FLASH存储器(寿命：1000写/擦循环)全静态工作：0HZ-24KHZ三级程序存储器保密锁定128*8位内部RAM(6)32条可编程I/O线两个16位定时器/计数器(8)5个中断源可编程串行通道W)低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路223AT89C51管脚功能MCS-51系列单片机芯片均为40个引脚，HMOS工艺制造的芯片采用双列直插(DIP)方式封装，其引脚示意及功能分类如图3.1:4WR2RS34A7e-L8XTAL1PO.O/ADOP0.1/AD1P0.2/AD2XTAL2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6RSTP0

10、.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10PSENP2.3/A11ALEP2.4/A12EAP2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P1.0P3.0/RXDP1.1P3.1/TXDP1.2P3.2/INT0P1.3P3.3/INT1P1.4P3.4/TOP1.5P3.5FP1.6P36WRP1.7P3.7/RDUf19189AT89C5129 匸31-WFF13JHI-2225262728DOmmM图3.1 MCS-51引脚图MCS-51系列单片机的40个引脚中有2个专用于主电源的引脚，2个外接 晶体的引脚，4个控制或与其它电源复用的引脚，以及32条输入输出I/O引脚。V

11、CC：供电电压。GND：接地。 P0 口（P0.0P0.7）为双向8位三态I / O 口，当作为I/O 口使用时，可 直接连接外部I/O设备。它是地址总线低8位及数据总线分时复用口，可驱动8 个TTL负载。一般作为扩展时地址/数据总线口使用。 P1 口（P1.0-P1.7）为8位准双向I / O 口，它的每一位都可以分别定义 为输入线或输出线（作为输入时，口锁存器必须置1）,可驱动4个TTL负载。 P2 口（P2.0P2.7）为8位准双向I / O 口，当作为I/O 口使用时，可直 接连接外部I/O设备。它是与地址总线高8位复用，可驱动4个TTL负载。一 般作为扩展时地址总线的高8位使用。 P

12、3 口（P30P3.7）为8位准双向I / O 口，是双功能复用口，可驱动4 个TTL负载。P3 口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：P3 口管脚备选功能P3.0 RXD （串行输入口）P3.1TXD （串行输出口）P3.2 /INTO （外部中断0）P3.3/INT1 （外部中断1）P3.4 TO （记时器0外部输入）P35 T1 （记时器1外部输入）P3.6AVR （外部数据存储器写选通）P3.7/RD （外部数据存储器读选通）P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高 电平时间。ALE/PROG：

13、当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于 锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时, ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它 可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数 据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址 上置0。此时，ALE只有在执行MOVX, MOVC指令是ALE才起作用。另外, 该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2；来自反向振荡器的输出。综上所述，MCS

14、-51系列单片机的引脚作用可归纳为以下两点：单片机功能多，引脚数少，因而许多引脚都具有第2功能；单片机对外呈3总线形式，由P2、P0 口组成16位地址总线；由P0 口分 时复用作为数据总线；由ALE、PSEN/、EA/与P3 口中的INTO/、INTI/、TO、 Tl、WR/、RD/共10个引脚组成控制总线。3.2控制显示电路本设计用AT89C51单片机最小控制系统，显示部分采用LCD1602液晶显 示器LCD引脚图如图32所示。LCD?LM016L-ICMlCOl V1 1 1图3.2 LC01602引脚图脚号管脚 名称LEVER管脚功能描述nxrrl7r+tt+t rrr*TTtjl r亠

15、 rr4RSH/LRS= “H”，表示DB7DBO为显示数10D3H/L数据线11D4H/L数据线12D5H/L数据线13D6H/L数据线14D7H/L数据线图3. 3显示控制电路LCD1602引脚及其功能介绍如表31所示。表3.1AT89S52的P0 口接上拉电阻，P0 口输出显示数据，控制信号由P1 口部分 引脚控制输出。3.3键盘电路键盘电路如图3.4所示，通过按键控制输出电压大小。P3.0接输出增加按钮,P3.1接输出减小按钮江苏信息职业技术学院毕业设计P3.0 舷DP3.inm P3.2/iNT0 P3.3/INTTP3.4ZT0P3.ST1P3.6/WRP3.7/RDHiHigHf

16、图34键盘电路3.4 D/A转换电路D/A转换电路采用DAC0832来实现，首先来介绍下DAC0832芯片。3.4.1管脚功能CSVCCWRTILE(BY1/BY2)GNDWR2DI3XFERDI2DI4DI1DI5DIODI6VREFDI7RFBI0UT2GNDI0UT1DAC083211020J877花亘73J2TTDAC0832管脚功能如图3.5所示。图3. 5 DAC0832管脚图DAC0832的主要特性参数如下：*分辨率为8位；*输出为电流信号，电流的建立时间为lus；*可单缓冲、双缓冲或直接数字输入；*只需在满量程下调整其线性度；*单一电源供电（+5V+15V）,低功耗，20mW；

17、*参考电压可以达到土 10V；*直接的数字接口可以与任何一款单片机相连。DAC0832的引脚功能：* DOD7： 8位数据输入线，TTL电平，通常与单片机的数据总线相连， 用于输入CUP送来的待转换数字量。有效时间应大于90ns（否则锁存器的数据 会出错）；*ILE：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效；* CS：片选信号输入线（选通数据锁存器），低电平有效；* WR1：数据锁存器写选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500I1S）有效。 由ILE、CS、WR1的逻辑组合产生LE1,当LE1为高电平时，数据锁存器 状态随输入数据线变换，LE1的负跳变时将输入数据锁存；* XFER：数据传输控制信号

18、输入线，低电平有效，负脉冲（脉宽应大于 500ns）有效；* WR2： DAC寄存器选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。 由WR1、XFER的逻辑组合产生LE2,当LE2为高电平时，DAC寄存器的 输出随寄存器的输入而变化，LE2的负跳变时将数据锁存器的内容打入DAC寄 存器并开始D/A转换。*IOUT1：电流输出端1,其值随DAC寄存器的内容线性变化；* IOUT2：电流输出端2,其值与IOUT1值之和为一常数；当DAC寄存器内容全为1时，IOUT1为最大，IOUT2=0；当DAC寄存器内容全为0时，IOUT1=0, IOUT2为最大；为了保证输出电流的线性，应将IOUT1及IO

19、UT2接到外部运算放大器的 输入端上。*Rfb：反馈信号输入线，改变Rfb端外接电阻值可调整转换满量程精度；*Vcc：芯片工作电源，范围为+5V+15V；* VREF：基准电压输入线，VREF的范围为J0V+10V；*AGND：模拟信号地，为模拟信号和基准电源的参考地；* DGND：数字信号地，为工作电源地和数字逻辑地3.4.2 D/A转换电路单片机的P2 口输出信号给0832的8位并口数据输入，控制端口控制信号+5V O图36 D/A转换电路由P1 口部分引脚控制输出。输出信号至运算放大器。3.5放大电路运放与DAC0832连接的运放电路如图3-5所示o DAC0832输出的转换结果 为电流

20、形式，在本设计中利用一个高输入阻抗的线性运算放大器一一 TL061AMN将其转换为模拟电压信号。运放的反馈电阻通过Rfb端应用片内固 有电阻。图中所示运算放大器U2的作用是反向器，是输出的电压与D/A转换的电压相同。运放与DAC0832连接的运放电路如图3.6所示。图3. 7运放与DAC0832连接电路图3.6整机电路U2LCOiLV1IUWWHAO11 *_LC1 丄 C2- * TX12 CAM 巴叫gA5 t JL* J02*3P3.Fpj7*rt02 ARPXVTiPJiWTWM43. 8整机电路图第4章软件设计及仿真4.1软件流程图图4.1软件流程图4.2程序代码见附录A4.3仿真设

21、计硬件电路完成以后，进行系统的软件设计，首先要分析系统对软件的要求， 然后进行软件的总体设计，包括程序总体结构设计和对程序进行模块化设计。 按照整体功能分成多个不同模块，单独设计、编程、调试然后将各个模块装配 调试，组成完整的软件。在编程语言方面，选择的是C语言进行编程。C语言是近年来国内外普遍使用的一种编程语言，C语言功能丰富，表达能 力强，使用灵活方便，应用面广，目标程序效率高，可移植性好，而且能直接 对计算机硬件进行操作。既有高级语言的特点，又有汇编语言的特点。4.3.1 VW 简介1. 双平台DOS版本，WINDOWS版本。其中WINDOWS版本功能强大。中文界面, 英文界面可任选，用

22、户源程序的大小不再有任何限制，支持ASM, C, PLM语 言混合编程，具有项目管理功能，为用户的资源共享，课题重组提供强有力的 手段。支持点屏显示，用鼠标左键点一下源程序中的某一变量，即可显示该变 量的数值。有丰富的窗口显示方式，多方位，动态地显示仿真的各种过程，使 用极为便利。本操作系统一经推出，立即被广大用户所喜爱。2. 双工作模式1软件模拟仿真（不要仿真器也能模拟仿真）。2硬件仿真。双CPU结构，100%不占用户资源。全空间硬件断点，不受任何条件限制，支持地址、数据、外部信号、事件 断点、支持实时断点计数、软件运行时间统计。3. 双集成环境编辑、编译、下载、调试全部集中在一个环境下。多

23、种仿真器，多类CPU仿真全部集成在一个环境下。可仿真51系列，196 系列，PIC系列，飞利蒲公司的552. LPC764. DALLAS320,华邦438等51 增强型CPU。为了跟上形势，现在很多工程师需要面对和掌握不同和项目管理 器、编辑器、编译器。他们由不同的厂家开发，相互不兼容，使用不同的界面。 学习使用都很吃力。伟福WINDOWS调试软件为您提供了一个全集成环境，统 一的界面，包含一个项目管理器，一个功能强大的编辑器，汇编Make、Build 和调试工具并提供一个与第三方编译器的接口。VVV编译如图4.2所示彌 v 鬲齐 nws(atw$s2)frjj文怦 AM*) IM5)H8C

24、)!MTQ) SQ(l)MftQp RXatQ)期妙2632|7010:MR W如瞬切6 |B7p=H I BcdZ 丨c|mma： oogHE： ECH1 CTU ATtGS. “呂久不枪T -H0CJFWCutssxr*，&?XS”.h”iMldeMiTrir.3 nRit oa=Pl*0;ix Covr-PX-l;it icdr5-PLAS:i& lcarv-FiA;LZ A8FHzz lcS_fLG-F3-；岸2d dl it:xd Xc pachar(unvxcned cha:ohar 026*昇2, 3,w,3,6,，&斜jLndioza char 026&lcd.R2io【：2=

25、OXJO, 9x31*0x32C*x33Ox34/ ?X350x3f Cxi?, 0x38z0x39“Gx56“Ox2e：Gggxb Go： ai：2： :ej-i；X2,0x2f 0x2C/:X-r2Cfk2 :：x2,0x2，” 2仃X：Insrt7FHTFnTFn7Fnnnn it rritnitnitrrnrrtyIk KHnH11HnHnnn rvnnnnnrrnuvrJi KH11H11HTl”WHn tvnnnnnunnnFf f?itnifnhnmpphn nnnhnnntyhn刑 E (贝 SA OTX图4. 2 VW编译界面图4.3.2 PROTUES 仿真Protues软

26、件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件。它不 仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前 最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单 片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的 青睐。其特点是：支持当前的主流单片机，如51系列、AVR系列、PIC12系列、 PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列、68000系列等14。1）提供软件调试功能2）提供丰富的外围接口器件及其仿真RAM, ROM,键盘，马达，LED, LCD, AD/DA,部分SPI器件，部分 nc器件

27、。这样很接近实际。在训练学生时，可以选择不同的方案，这样更利于 培养学生。3）提供丰富的虚拟仪器利用虚拟仪器在仿真过程中可以测量外围电路的特性，培养学生实际硬件的调试能力。4）具有强大的原理图绘制功能在PROTUES绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件：*.HEX, 可以在PROTUES的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程15。系统的仿真结果图如下所示，初始状态如图4.3,当按下“输出增加”键时如图44,当按下“输出减小”键时如图45。LW1图4.4按下输出增加键时LVSlU003 0O5U53 Bfu 8fi&aais8B丄ClXI 2U*rrvuawiiios.心“ VAX叼&心丸

28、wmtW vMrm:P2*42 02 S) 刃SM92$,amm)Hl 2PIiSdKJF14px9sbit dacs=PlAO;sbit dawr=PlAl;sbit lcdrs=PlA5;sbit lcdrw=PlA6;sbit lcde=PlA7;sbit lcd_flag=P0A7;void disp(void);void lcd_delay(unsigned int);void lcd_deal(unsigned char unsigned char .unsigned char);void _1602(void);void lcdjnit(void);void lcd_moveto

29、(unsigned char unsigned char);void lcd_putchar(unsigned char);unsigned char code shuzi=0,1,234,5,697,8,9;unsigned char code lcd_Assic12=0x30,0x31,0x32,0x33,0x34,0x35,0x36,0x37,0x38,0x39,0x56,0x2e;unsigned char dis216=0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20，0x2

30、0,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20;0x20默认输出是空，即空格unsigned char val=0;void main (void)dacs=0;dawr=0;P2=0;disp(); while (1)switch (P3)unsigned char i;case Oxfe:lcd_delay(10);if(0xfe=P3)val+;disp();for(i=0;i=100;i+)lcd_delay(10);if (0xfe=P3)contlnue; else break

31、;for (i=0;i+) lcd_delay(10); if(0xfe=P3)if (i%50=0) val+; disp();if (i=250) 1=0; else break;for (；)while (0xfe=P3); lcd_delay(10);If (0xfe=P3) continue; else break;break;case Oxfd:lcd_delay(10); if (0xfd=P3)val-; disp();for (i=0;i=100;i+) lcd_delay(10);If (0xfd=P3) continue;else break;for (i=0;i+) l

32、cd_delay(10); lf(0xfd=P3)if (i%50=0) val-; disp();if (l=250) 1=0;else break;for (；)while (0xfd=P3); lcd_delay(10);if (0xfd=P3)continue;else break;break; default: break;void disp(void)P2=val;lcd_deal(0909val/100);lcd_deal(O,l,val % 100/10);lcd_deal(0,2,val% 10);lcd_deal( 1,2,(unsigned char)(float)vaI

33、/256*5)% 10);lcd_deal(l,3,ll);/.lcd_deal( 1,4,(unsigned char)(float)val/256*50)% 10); lcd_deal( 15,(unsigned int)(float)val/256*500)% 10);lcd_deal(l,6,10); UN.1602();void lcd_delay(unsigned int k) / 12Munsigned int 10;unsigned char 1J; for(l0=0;i00;i-) for(J=97;J0;J);void _1602(void) unsigned char *p; lcdjnit();初始化lcd.delay(lO); lcd_moveto(0,0); for(p=dis0;pdis0+16