通用组可控放大器

1、 可控放大器设计报告组员姓名： 何林、曾聪杰、黄佳骏 专业班级： 微电子科学与工程 组别 ： 通用组 2015 年 8 月 3 日 目录摘要- 3第一章 设计原理与论证1.测量放大部分-4（1）前置放大电路的设计-4（2）程控增益放大部分-52.滤波部分-63.程控滤波部分-94.电路仿真结果- 95.软件流程- -10第二章 参数测试分析1.放大器测试-102.程控滤波器测试-113.测试结果及其分析-11附录（总程序）-12摘要： 本设计以单片机STC90C516为核心，由放大电路、滤波电路、显示模块和矩阵按键模块组成。通过烧写程序控制单片机I/O口，继而控制数字电位器X9C103的电阻变

2、化，从而实现高低通滤波电路截止频率的步进和变化。放大器部分采用DAC8032芯片，通过A/D转换实现放大器倍数以5db的倍数步进增加。本系统还具有参数设置和显示功能，可通过按键设置输入信号的电压增益和输出信号的截止频率，并用LCD1602液晶屏显示。 关键词: 单片机STC90C516 数字电位器X9C103 高通滤波 低通滤波 D/A转换芯片DAC0832、液晶屏LCD1602要求：1、基本要求 （1）放大器输入正弦信号电压振幅为20mV，电压增益为45dB，通频带为100Hz20kHz，放大器输出电压无明显失真。 （2）滤波器可设置为低通滤波器，其-3dB截止频率fc在1kHz10kHz范

3、围内可调，调节的频率步进为1KHz，2fc处放大器与滤波器的总电压增益不大于30dB,RL=1kW。 （3）滤波器可设置为高通滤波器，其-3dB截止频率fc在1kHz10kHz范围内可调，调节的频率步进为0.5kHz，0.5fc处放大器与滤波器的总电压增益不大于30dB, RL=1kW。 （4）截止频率的误差不大于10%。 （5）有设置参数显示功能。 2、发挥部分 （1）放大器电压增益为55dB，输入正弦信号电压振幅为20mV，增益10dB步进可调，通频带为100Hz50kHz。 （2）制作一个带通滤波器，中心频率25kHz，通频带5kHz，在20kHz和30kHz频率处，要求放大器与带通滤波

4、器的总电压增益不大于45dB。 （3）上述带通滤波器中心频率可设置，设置范围15kHz35kHz，步进为2kHz。 （4）电压增益、截止频率误差均不大于5%。 （5）其他。 第一章 设计原理与论证 1、 测量放大部分（1）前置放大电路的设计 方案一：本次设计选择此方案，采用NE5532运算放大器，NE5532是高性能低噪声双运算放大器（双运放）集成电路。与很多标准运放相似，但它具有更好的噪声性能，优良的输出驱动能力及相当高的小信号带宽，电源电压范围大等特点。因此很适合应用在高品质和专业音响设备、仪器、控制电路及电话通道放大器。用作音频放大时音色温暖，保真度高，在上世纪九十年代初的音响界被发烧友

5、们誉为“运放之皇”，至今仍是很多音响发烧友手中必备的运放之一。为了达到45db的要求，采用两个运放级联，第一级放大10倍，第二级放大17倍左右：电路图如下所示： 方案二： 用LM324放大器，其电源电流很小且与电源电压无关，输入偏流电阻是温度补偿的，也不需外接频率补偿，可做到输出电平与数字电路兼容，但其带宽参数无法满足本设计要求故不采用。 （2）程控增益放大部分 方案一：运放+模拟开关+电阻网络。如图1这种方法利用模拟开关切换电阻反馈网络，从而改变放大电路的闭环增益。由于增益步进较多，此种方法需要许多电阻网络，接线不方便，因此不采用此方案。 图1方案二：采用D/A转换模块芯片DAC0832，通

6、过单片机控制I/O口的高低电平变化，控制DAC0832输出电压的变化，在通过一个后级放大实现步进。本设计采用方案二，电路如下图所示：2、 滤波部分 在工业业自动化的许多领域都要使用滤波器。一般有源滤波器均由运算放大器和RC元件或LC元件组成 ，本方案采用元算放大器和RC元件组成。本实验采用方案一。方案一：使用RC网络， RC电路可以做到体积小和廉价，采用二阶巴特沃兹有源滤波器。图2 （1）、二阶低通滤波电路原理图如图2所示。输入电压Ui经过两级RC低通电路后，再接到集成运放的同相输入端。因此，在高频段，对数幅频特性将以-40dB十倍频的速度下降，使滤波特性比较接近于理想情况。电路中第一级的电容

7、不接地而改接到输出端，这种接法相当于在二阶有源滤波电路中引了一个反馈，其目的是为了使输出电压在高频段迅速下降，但在接近于通带截止频率的范围内又不致下降太多，从而有得改善滤波特性。设C1=C2=C,R1=R2=R,则其中心频率为， （1）令截止频率等于中心频率，通过改变R和C，就可以改变截止频率。参数及其计算公式：二阶有源低通滤波器传输函数：Au=（） =1+为通带放大倍数， 为品质因数。 当取时，根据设计要求电压增益为-3dB，则有 （）由式（3）解得,又由得。因此根据式 =1+选择R3=39K,Rf=22.85K(因没有22.85K的电阻，因此采用20K的电阻，电路的截止频率可能稍有偏差）。

8、 当时,将此关系带入公式3，则有：=24.6dB所以总增益为:，满足设计要求中在处放大器与滤波器的总电压增益不大于30dB。R2图3 二阶高通滤波电路（2）：二阶高通滤波电路如图3所示。二阶高通电路同样与低通电路一样，也引入了正负反馈，提高了电路的滤波特性。而且其也是通过改变电路中R和C的阻值来改变电路的截止频率。参数及其计算公式： .取R1=R2=R，C1=C2=C，则有。 .二阶有源高通滤波器传输函数的通式：Au=（4） 其中 =1+为通带放大倍数，为品质因数。 当取时，根据设计要求电压增益为-3dB，则有（5）同于低通二阶滤波解得有, 。因此选择R3=39K,Rf=22.85K当时,将其

9、带入公式5解得电压增益为24.6dB，所以总增益为:，满足设计要求中在处放大器与滤波器的总电压增益不大于30dB。其中的电容我们在高通滤波器选择15nf的电容，在低通滤波器选择22nf的电容。 方案二：使用MAX262可编程开关电容通用滤波器,它是美国MAXIM公司开发的一种通用有源滤波器，可用微处理器编程控制，方便的构成各种低通、带通、高通、陷波和全通配置，而且不需要外部元件，可靠性高，对使用环境的要求不高。但由于其成本较高，故本实验不采用此方案。3、 程控滤波部分 通过单片机控制数字电位器的变化，从而改变滤波电路的截止频率的变化和步进。数字电位器X9C103的管脚图如下图所示；其中的1脚、

10、2脚、7脚是控制输出电阻变化的端口，5脚和6脚是输出电阻的接入口、4、 电路仿真结果低通滤波器仿真结果：高通滤波器仿真结果：5、 软件流程图 第二章 参数测试分析1、前级放大电路电压增益Avf=Vo/Vi=45.2db，可以根据电位器来调节放大倍数的大小。 2、滤波电路的测量从滤波器的输入端输入不同频率的正弦波，用双踪示波器分别观察高低通的输出信号，测量它的振幅，记录于表二、表三、表四、表五、表六，并计算它的增益。 表二 低通滤波电路性能测量fc(KHz)低通滤波器输入信号振幅A0（v）低通滤波输出信号幅度A1（v）T2(该截止频率处的增益T1=原增益倍数=5.8/3.525=1.64=4.3

11、(dB)T2/T133.5254.121.171.640.71353.5254.081.151.640.70173.5254.161.181.640.71993.5254.21.191.640.725 表三 高通滤波电路性能测量fc(KHz)高通滤波器输入信号振幅A0（v）高通滤波输出信号幅度A1（v）T2(该截止频率处的增益T1=原增益倍数=5.56/3.525=1.58T2/T143.5253.921.111.580.70363.5253.821.081.580.683123.5253.801.091.580.689203.5253.961.121.580.708表四 2fc处放大器与低通

12、滤波电路的总增益测量（放大器增益为45dB）fc(KHz)放大器输入信号振幅A0（mv）低通滤波输出信号幅度A1（v）总增益 （dB ）1201.5237.612201.6038.063201.6038.065201.5237.61表五 0.5fc处放大器与高通滤波电路的总增益测量（放大器增益为45dB）fc(KHz)放大器输入信号振幅A0（mv）高通滤波输出信号幅度A1（v）总增益 （dB ）3201.2435.845201.4426.226.5201.2837.158.5201.2435.84表六 截止频率的测量（放大器增益为20dB）截止频率设值fc(KHz)低通截止频率测量值fc1(K

13、Hz)低通截止频率误差（%）截止频率设定值fc(KHz)高通截止频率测量值fc2(KHz)高通滤波截止频率误差（%）32.91344.133.2565.862.366.213.577.324.57.57.72.688.2439.59.83.16测试结果及其分析： 由以上表可知，设计的截止频率基本能满足%5的设计要求，但是还存在一定的误差。低通滤波器和高通滤波器在2fc处和0.5fc处的增益均不满足小于30dB的要求，这是由于二阶滤波器只有-12dB，而三阶则有-18dB，四阶则有-24dB,高通滤波的效果要比低通滤波的效果好。电路的误差主要是由于滤波电容本身存在很大的误差，且还会漂移，使得实际

14、测量值鱼理论计算值相差较大。附录：程控滤波主程序：/voidxianshihup()unsignedchari;unsignedcharj;unsignedcharxianshi118=45dBhigh1khz;unsignedcharxianshi1518=45dBhigh1.5khz;unsignedcharxianshi218=45dBhigh2khz;unsignedcharxianshi2518=45dBhigh2.5khz;unsignedcharxianshi318=45dBhigh3khz;unsignedcharxianshi3518=45dBhigh3.5khz;unsig

15、nedcharxianshi418=45dBhigh4khz;unsignedcharxianshi4518=45dBhigh4.5khz;unsignedcharxianshi518=45dBhigh5khz;unsignedcharxianshi5518=45dBhigh5.5khz;unsignedcharxianshi618=45dBhigh6khz;unsignedcharxianshi6518=45dBhigh6.5khz;unsignedcharxianshi718=45dBhigh7khz;unsignedcharxianshi7518=45dBhigh7.5khz;unsig

16、nedcharxianshi818=45dBhigh8khz;unsignedcharxianshi8518=45dBhigh8.5khz;unsignedcharxianshi918=45dBhigh9khz;unsignedcharxianshi9518=45dBhigh9.5khz;unsignedcharxianshi1018=45dBhigh10khz;b+;switch(b)case(1):LcdWriteCom(0x01);for(j=0;j18;j+)LcdWriteData(xianshi1j);break;case(2):LcdWriteCom(0x01);for(j=0;

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18、dWriteData(xianshi25j); UDH=0;CSH=0;for(i=0;i9;i+)INCH=1;Delay10ms(1);INCH=0;Delay10ms(1);CSH=1;break;case(5):LcdWriteCom(0x01);for(j=0;j18;j+)LcdWriteData(xianshi3j); UDH=0;CSH=0;for(i=0;i5;i+)INCH=1;Delay10ms(1);INCH=0;Delay10ms(1);CSH=1;break;case(6):LcdWriteCom(0x01);for(j=0;j18;j+)LcdWriteData(

19、xianshi35j); UDH=0;CSH=0;for(i=0;i3;i+)INCH=1;Delay10ms(1);INCH=0;Delay10ms(1);CSH=1;break;case(7):LcdWriteCom(0x01);for(j=0;j18;j+)LcdWriteData(xianshi4j); UDH=0;CSH=0;for(i=0;i3;i+)INCH=1;Delay10ms(1);INCH=0;Delay10ms(1);CSH=1;break;case(8):LcdWriteCom(0x01);for(j=0;j18;j+)LcdWriteData(xianshi45j)

20、; UDH=0;CSH=0;for(i=0;i2;i+)INCH=1;Delay10ms(1);INCH=0;Delay10ms(1);CSH=1;break;case(9):LcdWriteCom(0x01);for(j=0;j18;j+)LcdWriteData(xianshi5j); UDH=0;CSH=0;for(i=0;i1;i+)INCH=1;Delay10ms(1);INCH=0;Delay10ms(1);CSH=1;break;case(10):LcdWriteCom(0x01);for(j=0;j18;j+)LcdWriteData(xianshi55j); UDH=0;CS

21、H=0;for(i=0;i1;i+)INCH=1;Delay10ms(1);INCH=0;Delay10ms(1);CSH=1;break;case(11):LcdWriteCom(0x01);for(j=0;j18;j+)LcdWriteData(xianshi6j); UDH=0;CSH=0;for(i=0;i1;i+)INCH=1;Delay10ms(1);INCH=0;Delay10ms(1);CSH=1;break;case(12):LcdWriteCom(0x01);for(j=0;j18;j+)LcdWriteData(xianshi65j); UDH=0;CSH=0;for(i

22、=0;i1;i+)INCH=1;Delay10ms(1);INCH=0;Delay10ms(1);CSH=1;break;case(13):LcdWriteCom(0x01);for(j=0;j18;j+)LcdWriteData(xianshi7j); break;case(14):LcdWriteCom(0x01);for(j=0;j18;j+)LcdWriteData(xianshi75j); break;case(15):LcdWriteCom(0x01);for(j=0;j18;j+)LcdWriteData(xianshi8j); UDH=0;CSH=0;for(i=0;i1;i+

23、)INCH=1;Delay10ms(1);INCH=0;Delay10ms(1);CSH=1;break;case(16):LcdWriteCom(0x01);for(j=0;j18;j+)LcdWriteData(xianshi85j); UDH=0;CSH=0;for(i=0;i1;i+)INCH=1;Delay10ms(1);INCH=0;Delay10ms(1);CSH=1;break;case(17):LcdWriteCom(0x01);for(j=0;j18;j+)LcdWriteData(xianshi9j); break;case(18):LcdWriteCom(0x01);f

24、or(j=0;j18;j+)LcdWriteData(xianshi95j); break;case(19):LcdWriteCom(0x01);for(j=0;j18;j+)LcdWriteData(xianshi10j); UDH=0;CSH=0;for(i=0;i1;i+)INCH=1;Delay10ms(1);INCH=0;Delay10ms(1);CSH=1;break;case(20):b=19;break;2015/8/323:17:18/voidxianshihdown()unsignedchari;unsignedcharj;unsignedcharxianshi118=45

25、dBhigh1khz;unsignedcharxianshi1518=45dBhigh1.5khz;unsignedcharxianshi218=45dBhigh2khz;unsignedcharxianshi2518=45dBhigh2.5khz;unsignedcharxianshi318=45dBhigh3khz;unsignedcharxianshi3518=45dBhigh3.5khz;unsignedcharxianshi418=45dBhigh4khz;unsignedcharxianshi4518=45dBhigh4.5khz;unsignedcharxianshi518=45

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27、dBhigh9khz;unsignedcharxianshi9518=45dBhigh9.5khz;unsignedcharxianshi1018=45dBhigh10khz;if(b!=0)b-;switch(b)case(0):LcdWriteCom(0x01);for(j=0;j18;j+)LcdWriteData(xianshi1j); UDH=1;CSH=0;for(i=0;i45;i+)INCH=1;Delay10ms(1);INCH=0;Delay10ms(1);CSH=1;break;case(1):LcdWriteCom(0x01);for(j=0;j18;j+)LcdWri

28、teData(xianshi15j); UDH=1;CSH=0;for(i=0;i17;i+)INCH=1;Delay10ms(1);INCH=0;Delay10ms(1);CSH=1;break;case(2):LcdWriteCom(0x01);for(j=0;j18;j+)LcdWriteData(xianshi2j); UDH=1;CSH=0;for(i=0;i8;i+)INCH=1;Delay10ms(1);INCH=0;Delay10ms(1);CSH=1;break;case(3):LcdWriteCom(0x01);for(j=0;j18;j+)LcdWriteData(xia

29、nshi25j); UDH=1;CSH=0;for(i=0;i5;i+)INCH=1;Delay10ms(1);INCH=0;Delay10ms(1);CSH=1;break;case(4):LcdWriteCom(0x01);for(j=0;j18;j+)LcdWriteData(xianshi3j); UDH=1;CSH=0;for(i=0;i4;i+)INCH=1;Delay10ms(1);INCH=0;Delay10ms(1);CSH=1;break;case(5):LcdWriteCom(0x01);for(j=0;j18;j+)LcdWriteData(xianshi35j); U

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