增益可调射频宽带放大器_图文

1、 毕 业 设 计(论文 2016 届题 目 增益可调射频宽带放大器设计专 业 电子信息工程学生姓名 朱崇尚学 号指导教师论文字数完成日期湖 州 师 范 学 院 教 务 处 印 制增益可调射频宽带放大器设计摘 要 :射频放大器是通信系统中与收发信号中的一块重要组成部分,其各个方面的性能好坏会直接影 响整个系统的运行 1。随着当今社会信息化的发展,对于射频宽带放大器的要求也越来越高。鉴于此, 本文实现了一种以 STC89C52为控制核心来实现增益可调的射频宽带放大器设计。本设计的放大部分采 用三级放大, 高速运放 OPA695作为前置固定增益放大, 用于阻抗匹配并降低信号源输入的噪声, VCA82

2、1作为中间级的增益可调放大, THS3201作为后级的功率放大。 该放大器具有前后级工作互不影响, 频率 特性良好的特点,而且整个系统稳定性强,实现了宽带放大, 最后根据实际测量的数据,本设计的放大 器能够较好完成增益可调宽带放大。关键词:宽带放大,增益可调, VCA821The Design of Gain Adjustable RF Broadband AmplifierAbstract: Radio frequency amplifier is an important part of the communication system, and the performance of th

3、e RF amplifier can directly affect the operation of the whole system. 1. With the development of information technology in today's society, the requirements for RF broadband amplifiers are becoming higher and higher. In view of this, this paper realized a kind of RF broadband amplifier design wi

4、th STC89C52 as the control core. The design of the amplifier using three amplifier, high speed operational amplifier OPA695 as a pre fixed gain amplifier for impedance matching and noise reduction signal input, VCA821 as the middle level adjustable gain amplifier, THS3201 power amplifier as post. Th

5、e amplifier has the characteristics of good performance of the front and rear, the frequency characteristic is good, and the stability of the whole system is strong, and the broadband is amplified. Finally, according to the actual measurement data, the design of the amplifier can achieve a better ga

6、in adjustable broadband amplifier.Key words: Broadband amplification, gain adjustable, VCA821目 录第 1章 绪 论 . . 1 1.1 选题背景及意义 . 1 1.2 射频放大器研究现状及发展趋势 . 1 1.2.1 射频放大器研究现状 . 1 1.2.2 发展趋势 . 1 1.3 设计目标 . 2 第 2章 系统硬件设计 . . 3 2.1 系统整体框图 . 3 2.2 单片机最小系统 . 3 2.2.1 单片机 STC89C52RC 简介 . 3 2.2.2 复位电路 . 4 2.2.3 晶振电路

7、 . 4 2.2.4 按键电路 . 4 2.3 中间级可调增益模块 . 5 2.3.1 方案讨论 . 5 2.3.2 中间级增益可调放大模块 . 5 2.4 前置固定增益放大模块 . 6 2.5 后级功率放大模块 . 7 2.6 DA 数模转换模块 . 8 2.7 显示模块 . 9 2.8 供电模块 . 9 2.9 系统硬件总结 . 9 第 3章 系统软件设计 . . 11 3.1 系统软件流程图 . 11 3.2 中断服务子程序 . 12 3.3 按键处理子程序 . 13 3.4 DA 数模转化子程序 . 13 3.5 系统软件总结 . 14 第 4章 设计结果与总结 . . 15 4.1

8、设计总结 . 15 4.2 设计结果 . 15 4.3 检测结果 . 16 参考文献 . . 18 致 谢 . . 19湖州师范学院本科毕业论文第 1章 绪 论1.1选题背景及意义现在的社会是一个信息化极度爆炸的社会, 所以对于信息的处理以及应用在社会上的各个行业都非 常重视, 并且投入相当大的人力与财力进行相应的研究与设计。 而随着全球技术的日渐成熟, 传统的通 信方式正在逐步接受新兴模式的挑战, 无线通信就是这样的一种信息化发展下的一种新兴产业, 这其中 的关键部分就是有关于射频功率放大器的构建,同时依赖于社会当今运算放大器的发展。随着当今社会电子技术的发展,人类对于信息的传递手段从最初的

9、有线通信逐步发展到无线通信, 同时对于无线通讯的要求愈发严格和精确。 在无线通讯中, 射频宽带放大器起到了至关重要的作用, 是 无线通讯中不可或缺的一部分。 在无线通讯这个系统中, 高增益、 宽频带的放大器会为整个系统提供的 更大的方便, 因此追求更高增益、 更宽频带以及增益可调的射频宽带放大器也对无线通讯的发展起到了 一定的推动作用,积极促进了信息通讯的发展以及让人们更便捷的进行通信交流。本设计根据原有的宽带放大器技术水平上进行扩展提升, 通过选用高精度的高速运放来提高宽带放 大的技术指标,同时为应对不同情况下的需求,设计为增益可调节,即利用 TI 德州仪器公司 3生产的 VCA821芯片来

10、设计相应的增益调节电路。 VCA821是一款可以调节增益的宽带放大器,在放大倍数为 10倍的情况下输出信号的带宽为 150MHz ,完全符合本设计要求。在完成增益可调的同时,后级功率 放大选择用 THS3201芯片来提高放大器驱动负载能力。1.2射频放大器研究现状及发展趋势1.2.1射频放大器研究现状伴随着当今社会中电子行业的高速发展, 对于硬件的要求也逐渐提高, 往往要求硬件更加趋于小型 化与适用化, 这样一来对于射频类放大器的设计要求也会越来越高, 而且对于该放大器的各类指标也会 越来越严格。 更加的小型化设计也会要求射频放大器的布局以及走线的要求也会提高, 不然的话会在其 频带范围里增加

11、各种不确定的干扰因素, 从而使得射频放大器的使用效率不高, 因此对于射频放大器的 线性优化是如今很有必要的研究。 当然随着射频放大器的发展, 各种方案的优化也层出不穷, 这也是依 赖于当今社会的技术发展以及更加高性能芯片的产生,推动了射频放大器的设计发展 4。1.2.2发展趋势在近些年的无线通讯发展中, 射频宽带放大器得到了很好的发展, 其中射频放大器的增益、 频带已 经精确性都得到很好的提高, 但同时为了提高该放大器的系统及稳定性, 还要进行更加合理的设计以及 做相应的抗干扰能力, 其中, 噪声的干扰是非常严重以及很难驱除的因素, 这就对芯片的性能以及选型 提出了很高的要求。 对于带宽的要求

12、也很重要,在实际应用中,往往带宽越宽,对于整个系统的性能会 有很大的提高, 相对的对于芯片本身的带宽的要求会更高, 往往会要求芯片的带宽越宽越好, 才能供给 整个系统来良好运行。伴随着无线通讯技术的快速发展, 射频放大器的效率以及线性化技术更加成为研究领域的重点的研 究对象。 射频宽大放大器的性能好坏将会直接决定了整个系统的通信质量以及使用效率。 在使用射频放 大器的使用效率的问题上, 就要关注于能源消耗问题, 即以绿色通信关联考虑, 要降低能耗的同时具有 较高的工作效率 5。1.3 设计目标本设计目标要实现放大器在宽频带的要求下可以进行增益可调, 同时能够保证经由放大器的信号输 出波形良好,

13、波形无明显失真; 该放大器要具有一定的宽频带,同时在频带的增益波动要小,增益曲线 要相对平稳;输入输出阻抗匹配。实现下列目标:(1放大器的电压增益:dB A V 40 ,输出波形无明显失真;(2 3dB -的通频带不窄于 100MHz 60MHz ;(3在 90MHz 75MHz 频率范围内增益波动不大于 dB 2;(4实现增益可调,增益可调范围 47倍 100倍。第 2章 系统硬件设计2.1 系统整体框图整个系统硬件主要包括单片机最小系统、 前置固定放大模块、 中间级可调增益放大模块、 后级功率 放大模块、按键模块、 DA 数模转换模块、显示模块等。 图 2.1 系统整体框图由图 2.1可知

14、,本设计采用 3级放大,分别为前置固定放大,可调增益放大以及后置功率放大,小 信号(峰 -峰值 mV 20 经过 3级放大器后实现放大 40dB 6, 同时在信号输入系统时进行阻抗匹配。在 可调增益放大模块中选择压控可调增益放大器芯片, 电压控制端的电压模拟量输入由 51单片机控制 DA 模块来产生, 通过程序来进行增益调节, 同时液晶显示模块根据 DA 模块产生的电压模拟量来显示相对 应此时的放大增益。2.2 单片机最小系统2.2.1 单片机 STC89C52RC 简介STC89C52RC 是 STC 公司生产的一款具有低功耗、 高性能 CMOS 特点的 8位单片机, 具有 8K 在 系统可

15、编程 Flash 存储器。 STC89C52相比于传统的 51单片机具有更多的改进。 使其具备了很多超越传 统 51单片机的功能。 51系列单片机是目前范围使用范围最广的一类微处理器, 其价格低廉, 功能强大, 受到广大电子设计爱好者和工程师的喜欢。 51单片机内部具有丰富的硬件资源 13,例如定时 /计数器、 中断系统、串行接口,且其还提供了详尽的指令操作系统,可以方便地进行程序设计。 图 2.2 STC89C52RC单片机引脚图2.2.2复位电路在单片机运作其软件程序的时候, 如若遭受到外界干扰的情况, 程序会发生跑飞的状况而使得单片 机进入一个死循环, 从而会让单片机不能正常工作, 继而

16、影响到各个模块的正常运行。 这种时候就需要 通过外部人为的操作才能使得单片机回归正常工作状态。 单片机的复位方式有外部按键手动复位、 外部 低压检测复位、 软件复位、上电复位等等。本设计采用了外部按键手动复位的方式。在单片机的 9号引 脚人为通过按键键入高电平,当单片机检测到 RST 引脚有高电平输入时,单片机会初始化重新开始运 行程序。复位电路如图 2.3所示, S6是一个轻触按键, C9为 10uf 的电解电容, R11是一个 1K 的色环电阻, 其中电容与电阻串联分压,当按键按下时,电容被短路, RST 相当于连接电源电压,即看做在 RST 端 口键入了一个高电平。 图 2.3 复位电路

17、2.2.3晶振电路晶振电路为单片机系统的运行提供了一个基本的时钟信号, 通常一个系统共用一个晶振, 这是为了 让各模块运行的时候保持同步。 图 2.4 晶振电路晶振电路的连接示意图如图 2.4所示, Y1为 11.0592MHz 的晶振, C10、 C11是 2个 30pf 的瓷片电 容,是为了使晶振正常工作的电容, 如果不接这两个电容,则振荡部分可能会因为没有回路而停振, 从 而导致整个电路不能正常工作。2.2.4按键电路在本设计中,除去复位按键外只接有 2个功能按键, S1按键接入单片机 P1.0口,控制的是增加 DA 模块的输出电压。 S2按键接入单片机 P1.1口,控制的是减小 DA

18、模块的输出电压。按键电路图如 图 2.5所示。 图 2.5按键电路2.3 中间级可调增益模块2.3.1 方案讨论方案一:AD835乘法器。 AD835为一款具有 4个象限电压输出的模拟芯片。它能够显示线性的 x 与 y 电压输入的结果, 且输出 -3dB 的信号频带为 250MHz 左右。 满量程为 1V 至 +1V, 且在上升至下降 的反应大约为 2.5ns 的时间, 20ns 为 0.1%建立的时间。 x与 y 是 AD835的微分乘法输入, z 端口为其 加法的高阻抗输入端口。方案二:VCA810。 VCA810是直流耦合、 宽带、 连续可变电压控制增益放大器。 35MHz 是 VCA8

19、10的恒定带宽,而且其增益控制带宽达到了 25MHz 。它提供了差分输入单端输出转换,用来改变高阻抗 的增益控制输入超过 - 40dB增益至 +40 dB的范围内成 dB/ V的线性变化。方案三:VCA821。 VCA821是宽带、大于 40dB 调节范围、 dB 线性可变增益放大器,它提供了 一个差分输入到单端的转换具有高阻抗输入增益控制用于改变增益下降 40分贝标称最大增益的增益设 置电阻(RG 和反馈电阻(RF 。 VCA821装置内部结构由两输入缓冲器和输出电流反馈放大器阶段 事半功倍的核心提供了一个完整的可变增益放大器(VGA 集成系统,不需要外部缓冲。最大增益设 置外部电阻,提供了

20、设计的灵活性。最大增益的目的是设置在 6分贝和 32分贝之间。±5V 电源供电, 为 VCA821装置的增益控制电压来调节增益线性 dB 作为控制电压变化范围从 0V 到 + 2 V。在 GAIN=+2V 时 , 小信号的带宽达到了 710MHz ,同时具有 2500V 的高压摆率。分析:方案一用 AD835模拟放大器,能够输出为 250MHz 的信号,但是随着增益的增加,会减小 带宽,对于 100MHz 的带宽要求会有所局限。同时对于 -1V1V的可调电压控制,正电压比较好实现, 但是对于正负电压同时可调实现起来会有所麻烦, 不容易实现即会增加控制的不确定性, 同时导致整个 系统的

21、不稳定;方案二用 VCA810芯片,很明显的, VCA810芯片的带宽只有 35MHz ,远远小于目标 所要的 100MHz , 且压控端为负电压可调, 比较难实现; 方案三用 VCA821, 带宽足够, 为正电压控制, 且可调增益范围广,符合设计要求。所以选择方案三作为增益可调放大器的方案。2.3.2 中间级增益可调放大模块选择 VCA821作为增益可调放大器,该放大器模块原理图如图 2.3所示。该模块最大放大倍数为:545665112C sR C sR R R G += (2 在实际的电路中,又有没有用到 R6与 C5,即最大放大倍数该为: 652R R G = (3 转化增益为:lg(2

22、02G Av = (4在该模块中, P5、 P6为 SMB 接口。 P4端口为电压控制端,即接入 DA 模块,为电压模拟量的输 入端口。 R2、 P7为 50电阻,用于级间的阻抗匹配。 R5、 R6确定该可调放大器模块的最大增益,增 益计算公式可见(2(3(4。 9号引脚为电压参考端,必须通过 R9的 20与地相连接,来避免 输出发生振荡。 3、 6号引脚为信号差分输入端口,采用正相的连接方式,即信号输入输出的相位一致。 图 2.6 中间级可调增益模块VCA821的 2号引脚为增益放大的控制端, 通过输入该引脚的电压值得变化来改变输出信号的增益 大小,输出信号的增益随着 V G 端电压值的变化

23、而变化,其变化趋势如下图 2.3.2所示。 图 2.7 V G 端电压变化与增益变化示意图从上图的变化趋势可以得到, V G 端的控制电压在 0.6V1.4V之间时,输出信号的放大倍数在0.8V/V10V/V之间,且可以近似的看成线性调整,在末端 1V1.4V之间的电压变化会导致输出信号的 放大倍数不成线性变化。但是在电压接近 1V 左右的时候会有误差的存在,即在这一点上的放大倍数会 可能不精确。在电压大于 1.4V 时, VCA821的输出信号的放大倍数会固定,不再随着电压的变化而变 化,所以电压的取值变不能处于大于 1.4V 这一阶段,不然信号将不再变化而达不到增益可调的目的。2.4 前置

24、固定增益放大模块系统前置固定放大器电路如图 2.2所示,由图可知,前置放大器的增益为:1lg(2041R R Av += (1 图 2.8 前置固定增益放大模块系统的通频带由 3级放大电路共同决定, 3级放大链接后的带宽会明显小于单级放大电路,所以要 选择带宽放大器,且由于放大的增益不小,所以对于带宽的要求就越大。在前置固定增益放大电路中, 选择 OPA695芯片, 这是一款具有禁用功能的超宽带电流反馈运算放大器, 这款芯片具有超高带宽转换、 速率快、 低功耗的特点, 且带宽增益积为 1700MHz, 且压摆率高达 4300us V , 满足在前置放大固定增益 的同时拥有良好的带宽,在 GAI

25、N=+2V 的情况下,带宽达到 850MHz ,在 GAIN=+8V 的情况下, 带宽达到 450MHz 。在芯片的参考数据中,该芯片的失调电压(Offset voltage最大为 3mV ,而且输入 电压噪声(input noise voltage仅为 1.8 Hz nV 。前置固定放大电路为了使得信号输出相位与信号源的信号输入相位相同, 采用同相放大连接。 信号 输入接电阻 R1为 50, 为了达到信号源和前置放大电路的阻抗匹配。 R4和 R3电阻确定了前置固定增 益放大器的增益。 P2、 P3为信号测试点, 用来外接示波器来观测电路中的输入输出信号。 P4、 P5为 SMB 接头,用于传

26、输射频信号 7-11,其传输频率范围很宽。 R2电阻 50为级间匹配电阻,实现前置固定放 大器与下一级的阻抗匹配。2.5 后级功率放大模块系统后级率放大模块如图 2.4所示,由图可知,前置放大器的增益为:1lg(20343R R Av += (5 图 2.9 后级功率放大模块压摆率是指运算放大器输出电压的转换速率,单位有通常有 V/s, V/ms和 V/us三种,它反映的是 一个运算放大器在速度方面的指标。压摆率也称转换速率。压摆率的数学定义:V ×f ××2=SR 12其中:f 是信号的最大频率,也可以看做是其带宽 ,V 为经过放大后信号输出的最大峰峰值 ;压摆

27、率的概念是大信号放大时的带宽问题 ;压摆率计算出的带宽同带宽增益积的关系:带宽增益积反应小信号放大信号的带宽问题, 压摆率反 应大信号放大信号的问题,一般大信号的带宽都要小于带宽增益积的值。THS3201是宽带, 1.8GHz 高速电流反馈放大器, 设计运行在一个±3.3 V电源电压范围宽至±7.5 V为高性能应用。宽电源电压范围,结合低失真和高转换率,使 THS3201适合任意波形驱动应用。变形性能也使驱 动高分辨率和高采样率的模数转换器(ADC 。其高电压操作能力使 THS3201特别适用于许多测试,测量,和吃低电压设备不能提供足够的电压 摆幅能力中的应用。 输出上升和

28、下降时间几乎是步长独立 (一阶近似, 用于小型到大型步进脉冲在高 动态系统的线性度好让 THS3201理想。如图 2.4所示 P4、 P5为 SMB 接口, P6、 P7为信号测试端点, R1、 R2为 50电阻,用于阻抗匹 配, R4、 R3确定了该后级功率放大模块的增益,增益计算公式可见公式(5。线路连接方式为同相 放大, 为确保输入输出信号的相位一致。 与电压反馈放大器不同, 电流反馈放大器是高度依赖于反馈电 阻的最大性能和稳定性。设置最佳的增益电阻 RF 和 RG 值在不同频率响应时候会提供最大的带宽和最 小的的峰值。实现更高的带宽代价是增加的频率响应峰值,利用射频更低的值。相反, 增

29、加射频降低带 宽,但稳定性提高。2.6DA 数模转换模块DA 数模转换模块原理图如下图 2.5.2所示: 图 2.10 数模转换模块原理图由上图可知,数模转换模块选用 TLV5618芯片, TLV5618是一款 2.7V-5.5V 低功耗 12位双通道 DAC ,电压输出显示。TLV5618有具有以下特点:0.5LSB 的建立时间为 2.5ms 或 12.5ms , 8引脚封装内有两路 12位 CMOS 电压输出 DAC , DACA 和 DACB 同时更新, 3线串行接口,电压输出范围是基准输入电压的 2倍,软 件断电方式, 1.21MHz 的输入数据更新速率。TLV5618的基准电压由 A

30、TL431产生, 该芯片是可控精密稳压源。 它的输出电压用两个电阻就可以 任意的设置到从 2.5V 到 36V 范围内的任何值。 由德州仪器生产, 所谓 TL431就是一个有良好的热稳定 性能的三端可调分流基准源,为 TLV5618提供一个良好的 +2.5V的基准电压,即该模块输出的模拟电 压公式为:1000(DIGNUM/0xV2=V out (6其中 DIGNUM 后四位为 :0x00000x0fff, V 为基准电压 2.5V ,所需输入的数字信号值为16位数 , 其中 D15D12为特殊位设置 ,D11D0为数据位 000FFF。2.7显示模块本模块用于显示的是采用 NOKIA 公司生

31、产的 LCD5110液晶。该液晶是一款不仅能够展示字母符 号和汉字,而且能够根据自己的喜好取模来展示的点阵 LCD 。与单片机的通信选用串行通信,这样能 够让与单片机的接口信号线大大减少, 增加了单片机的使用效率。 同时支持多种形式的串行口通信协议, 其传输速度能够达到 4Mbps ,能够做到实时显示写入的数据,不需要缓冲的时间。 LCD 控制器 /驱动 芯片已经绑定在 LCD 晶片上,使得该模块的体积很小,因此,被广泛的用于各种便携设备的显示系统 中。该模块的连接原理图如下图 2.5.3所示: 图 2.11 5110液晶显示模块由上图所知, 液晶 5110引脚 1号引脚为复位脚; 2号引脚为

32、片选引脚; 3号引脚为数据和命令切换 引脚; 4号引脚为数据输入引脚; 5号引脚为时钟控制引脚; 6号引脚为电源; 7号引脚为背光控制开关, 低电平打开背光; 8号引脚为电源地。从图中可以得知,除去电源与地引脚,只有 5个引脚接入单片机 的 P2口,大大节省了单片机的资源,同时液晶显示靠调制外界光来实现的,显示体本身不发光,不刺 激眼睛,不易疲劳等优点,足够用于放大倍数的液晶显示。2.8供电模块本设计中的前置固定放大模块、 可调增益放大模块、 后级功率放大模块都需要正负电源供电, 电源 电压为正负 5V, 同时为了有效的减小自基现象的发生,以及保证直流电源电压的稳定性,在正负电源上 分别加上了

33、一个 0.1UF 和 6.8UF 的滤波电容,在一定程度上同时滤除了直流电源中的不需要的交流分 量, 使直流电平滑, 增加了电源电压的可靠性, 同时增加了电路的抗干扰性能, 使得前置固定放大模块、 可调增益放大模块、后级功率放大模块这三个模块的输出信号更加稳定。 图 2.12 供电模块原理图2.9系统硬件总结本设计的放大增益由前置固定放大模块、 可调增益放大模块、 后级功率放大模块这三块的放大增益 共同决定,因为由三个模块连级来放大信号,所以又由每个模块的增益公式(1、(4、(5可以得到本设计的最大增益公式为:321v v v v A A A A +=本设计的带宽有 OPA695、 VCA82

34、1、 THS3201这三款芯片的各自的所局限的带宽共同决定,因为 三级连接所造成的带宽往往会小于实际芯片所提供的带宽,所以选择了具有超高带宽的 OPA695和 THS3201芯片,而且 VCA821也拥有足够的带宽来适应设计的要求。MCU 选择用最简便的 STC89C52单片机来搭建最小系统,同时方便自己搭建 DA 数模转换模块和 液晶显示模块这两个外围电路。 通过按键来控制 DA 数模转化模块输出步进电压来达到改变系统增益的 目的,使得设计增益可调,并通过液晶显示当前的信号放大倍数,便于检测与验证。第 3章 系统软件设计3.1系统软件流程图针对本设计的设计需求, 在硬件搭建以及焊接制板基本通

35、过测试后, 设计如下系统软件流程图, 如 图 3.1所示,达到通过按键来控制整个设计系统的信号增益可调。随着按键次数的增加,而逐步增加输 出信号的放大倍数,以达到程控的目的。 图 3.1 系统软件总程序流程图从上图可以看出来, 在中断初始化的时候要计算好计数器的初值设定, 20ms 对于该程序来说足够, 即 20ms 进入中断一次,执行一次中断服务子程序,如若程序执行出错,可以适当所短检测的时间,即 会提高进入中断的次数, 从而使得检测更加灵敏。 在液晶显示方面,让其一直循环显示,即当程序不进 入中断的时候保持当前的显示不变化, 只有在进入中断服务子程序之后, 会更新液晶的显示数据, 从而 更

36、新 5110液晶的显示。这样的程序既简单又明了,可以很直观的看出主程序的框架构造,条理清晰, 便于之后的程序调试修改,使之不容易出错,能够良好运行。中断服务子程序如下图图 3.2所示: 图 3.2 中断服务子程序程序框图由上图可知, 在中断子程序中, 一开始要先装入初值, 即在进入中断服务子程序的时候更新计数器 的初值,使之重新开始计数,为下一次的进入中断做好准备。 然后进行按键扫描, 在这一步中要确定哪 一个按键被按下, 即哪一个按键发挥了作用, 要通过按键扫描将之提取出来, 根据提取的按键不同来赋 予按键不同的功能, 将这些功能归纳起来就为按键处理子程序, 每一个按键对应按键处理子程序中的

37、一 项功能, 通过提取按键的标志位的不同来调用相应的按键功能。 按键扫描的频率即为进入中断子程序的 频率, 20ms 的扫描时间够用来正常的按键反应时间了。关于按键扫描的算法种类有很多种, 最重要的可以说是要消除按键的抖动来确定按键是否真正的起 到作用,自重最简单的可以说是通过一个延时子程序来消除按键抖动,在该程序里没有选择延时消抖, 而采用另一种算法来处理按键扫描,具体程序如下:void keyread(voidunsigned char ReadData=P10xff; /1Trg=ReadData&(ReadDataCont; /2Cont=ReadData; /3其中, Trg

38、 代表触发, Cont 代表的是连续按下;1:提取 P1口的端口数据,进行取反操作,再将取得的数据放在 ReadData 这个临时变量里储存; 2:用来计算触发变量;3:用来计算连续变量。第一次按下按键的情况下:当与 P1.0口连接的按键按下的时候, ReadData 读端口并且取反,即为 0X01;Trg=ReadData&(ReadDataCont; 因为是首次摁下按键,所以 Cont 这个变量的数据是 0。那么 2这个式子推算出来 Trg=0x01&(0x010x00 =0x01;Cont=ReadData=0x01;这样就提取出来 P1端口数据为 0x01,即第一按键按

39、下。当按键松开的情况下,可以算出来的结果为:ReadData=0x00; Trg=0x00; Cont=0x00。在按键处理子程序中, 可以通过判断 Trg 这个全局变量来确定哪一个按键起到了作用, 同时可以设 置该按键的功能程序。本设计的按键处理子程序如下图 3.3所示: 图 3.3 按键处理子程序框图由上图按键子程序框图可以看出, 按键 1的功能为步进递增, 按键 2的功能为步进递减, 步进的大 小全部测量为一个数组, 存放于 DAData数组中, 通过标志 i 的自加自减来逐步提取数组中的数据, 然 后将数据送入 DA 数模转化即 DA 模块中进行模拟电压的转化, 从而使得 DA 输出不

40、同的模拟电压, 来 改变信号的增益,达到控制的目的。其中 j 的作用为检索另外一个存放放大倍数的数组,通过按键按得 的 j 的不同数值来提取放大倍数用于液晶显示。3.4DA 数模转化子程序DA 数模转化子程序框图如下图 3.4所示。 图 3.4 DA数模转化子程序框图在 DA 数模转化中, 在片选的有效的情况下 TLV5618才能工作, 同时 16位数据是根据说明设置转 化数据。后 12位为需要转换的值,即后 12位数据才是真正转化为模拟量的数据。在进行数模转化的时候,要设置其模式、通道选择并进行 DA 转换,其中:Data_A:A 通道转换的电压值Data_B:B 通道转换的电压值Chann

41、al :通道选择,其值为 Channal_A, Channal_B,或 Channal_ABModel :速度控制位 0:slow mode 1:fast mode另外还需要注意 Data_A, Data_B的范围为:0-0x0fff ;程序如果只需要一个通道时,另外一个通道的值可任意,但是不能缺省。3.5系统软件总结整个系统的软件比较简单,只要完成按键模块的控制、 DA 模块输出模拟电压的控制以及对于相应 放大倍数的显示即可,在进行编写的时候用 Keil uVision4这款软件,同时在编译通过且没有报错的情 况下再烧录进单片机硬件系统内,进行硬件调试来验证软件程序的正确性。第 4章 设计结

42、果与总结4.1设计总结本设计研究的主要目的是给出一个程控宽带放大器的可行方案, 在设计制作的同时, 增加对于信号 放大的理解。在硬件上, 由于放大倍数不小, 所以不适合用单级放大, 因为如果放大倍数过大, 对于运放芯片的 要求也就会越高,且如若用单级放大倍数过大,会容易使得板子自基振荡, 所以采用多级放大。 用多级 放大的方式虽然不会像单级那样对芯片的要求高, 但是相对的对于制板以及 PCB 布线的要求则会变高, 特别是对于三块板连级测试输出信号的此时环境要求也非常高, 不仅要考虑每一块板子的供电问题, 还 要考虑连级之间的阻抗匹配问题, 引入阻抗匹配之后又要重新计算和分配每一块模块的增益问题

43、, 匹配 阻抗会消耗一定的增益, 所以则需要比预计更高的增益, 才能实现原本设计的增益目标。在设计上, 由 于信号的频率在 80MHz 左右,在平常的属于高频 15段,所以容易比较受到干扰,为了使得信号测试更 加清晰, 在接口以及测试线的方面上, 特地选择了 SMB 这种专用于高频测试的接口以及专用的测试线。 同时为了能够进行输入输出信号的对比, 在前置固定放大器、 后级功率放大器这两个模块中的输入输出 端都添加了测试端点。 在制板工艺上, 选择绿油的工厂制板, 这样做出来的板子效果会比自己腐蚀制板 的效果更好,发厂制作的板子在成功率会明显高上很多,其中很明显的是制板 16上的线路会比自己腐

44、蚀制作的板子更加干净,在一定程度上祛除线路上杂质的干扰,保证了输出信号的稳定性。一般来说, 在程控的设计上, 信号板的测试通过也就很大程度上意味着设计的通过。 在焊接各种元件的选择上, 全 部选择了表贴类的元件, 因为在直插元件的选择中,需要过孔,在板子上的过孔会增加信号的干扰, 所 以在选择表贴类元件的同时也在一定程度上避免信号的干扰。在软件上,程序的编写比较简单,关键在于信号放大倍数的测量以及相对应的模拟电压值得确定, 这两者需要相匹配, 不然会造成液晶显示的信号放大倍数与实际示波器上的信号放大倍数不相等, 当然 相对的, 测量存在误差, 即在频带内的放大倍数并不是确定的, 在频带内的信号

45、放大有一定的上下波动, 该误差可以避免,通过更加好的方案,例如用 ADC 模数转化来检测输出的电压值,再通过对比来显示 此时的放大倍数,这样的一定程度上会使得测量更趋向于精确。总体而言,本设计能够达到预期的目标,实现增益可调,且最大增益为 40dB 以上。但是在程控部 分,在小于 0.8V 控制模拟电压的情况下,信号输出的波形并不是很稳定,所以在这一部分里并没有算 成可调部分,这是不足的地方。改进的方法有很多种,例如采用更好的芯片,或者线路布局更加合理, 再者在硬件的全套连接后加上屏蔽罩等。 其中我认为目前为止对此最好的方式是在输出信号后面同时再 经过一个 60MHz 的高通滤波器或者是 50MHz110MHz的带通滤波器,信号在通过滤波器之后,就能 够滤除 60MHz 以下以及 100MHz 以上的噪声信号,能够使得信号的波形更加趋于完美。由于自身掌握 的知识以及对于运算放大器芯片的种类的限制, 导致了无法将放大器的增益做得更高, 也无法使得放大