寬帶放大器畢業(yè)設(shè)計論文

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本作品基于壓控放大器設(shè)計，由前級放大模塊、增益控制模塊、后級功率放大模塊、A/D(D/A)模塊、顯示模塊和電源模塊組成。采用STC89c52單片機(jī)作為微控制器，以可編程增益放大器AD603為放大電路的核心，設(shè)計并制作了具有增益預(yù)置和程控等功能的寬帶直流放大器及所使用的直流電源。由AD603級聯(lián)組成增益放大器，實現(xiàn)增益 -

2、20～60dB 范圍內(nèi)可按5dB步進(jìn)調(diào)節(jié)或連續(xù)可調(diào)，且在0～9MHz通頻帶內(nèi)增益起伏在1dB以下;互補(bǔ)三極管射級跟隨高功率輸出在50負(fù)載上最大輸出電壓有效值Vo≥10V,波形無明顯失真;功放輸出信號經(jīng)有效值檢波后，通過10位A/D轉(zhuǎn)換芯片TLC1549，將模擬電壓的有效值轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并送微控制器實現(xiàn)增益預(yù)置與顯示。</p><p>　　作品通過實驗完成，并制作成實物。設(shè)計采用壓控增益器件AD603，進(jìn)行合理的

3、級聯(lián)和阻抗匹配，加入后級功率輸出，并能進(jìn)行預(yù)置和控制，穩(wěn)定性好，可控范圍大。整個作品制作成本低、功耗小，除個別指標(biāo)未能達(dá)到設(shè)計要求外，其它全部達(dá)到設(shè)計要求。</p><p>　　關(guān)鍵字：壓控放大器 ； AD603 ；程控增益</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This work is based on

4、 pressure controlled amplifiers, A former design amplifier module and gain control module, the power amplifier module, A/D (D/A) module, display module and power supply module. STC89c52 adopts single-chip microprocessor

5、controller, with a programmable gain AD603 amplifier for amplifying circuit, the core of which is preset and gain the function such as programmed-control dc amplifier and use of broadband of dc power supply. By AD603 cas

6、cade composition gain amplifiers, reali</p><p>　　Through experiments, and complete works into real. Design using pressure control, reasonable AD603 device gain the impedance matching, and join the power outp

7、ut, and preset and control, good stability, controllable scope. The work of low cost, low consumption, in addition to the individual indexes to meet the design requirements, all other to meet the design requirements.<

8、/p><p>　　Key words: Pressure controlled amplifiers；AD603 ； program-controlled gain</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p><b>　　1.1引言</b></p><p>　　隨著微電子技術(shù)的

9、發(fā)展，人們迫切地要求能夠遠(yuǎn)距離隨時隨地迅速而準(zhǔn)確地傳送多媒體信息。于是，無線通信技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展，技術(shù)也越來越成熟。而寬帶放大器是上述通信系統(tǒng)和其它電子系統(tǒng)必不可少的一部分。由此可知，寬帶放大器在通信系統(tǒng)中起到非常重要的作用，于是人們也對它的要求也越來越高。直寬帶放大器在科研中具有重要作用，寬帶運算放大器廣泛應(yīng)用于A／D轉(zhuǎn)換器、D／A 轉(zhuǎn)換器、有源濾波器、波形發(fā)生器、視頻放大器等電路。例如在通訊、廣播、雷達(dá)、電視、自動控制等各種裝置

10、中。因此直流寬帶放大器應(yīng)用十分廣泛，有非常好的市場前景。</p><p>　　1.2直流寬帶放大器概述</p><p>　　放大器能把輸入信號的電壓或功率放大的裝置，由電子管或晶體管、電源變壓器和其他電器元件組成。放大器的原理是高頻功率放大器用于發(fā)射機(jī)的末級，作用是將高頻已調(diào)波信號進(jìn)行功率放大，以滿足發(fā)送功率的要求，然后經(jīng)過天線將其輻射到空間，保證在一定區(qū)域內(nèi)的接收機(jī)可以接收到滿意的信號電

11、平，并且不干擾相鄰信道的通信。高頻功率放大器是通信系統(tǒng)中發(fā)送裝置的重要組件。按其工作頻帶的寬窄劃分為窄帶高頻功率放大器和寬帶高頻功率放大器兩種，窄帶高頻功率放大器通常以具有選頻濾波作用的選頻電路作為輸出回路，故又稱為調(diào)諧功率放大器或諧振功率放大器；寬帶高頻功率放大器的輸出電路則是傳輸線變壓器或其他寬帶匹配電路，因此又稱為非調(diào)諧功率放大器。高頻功率放大器是一種能量轉(zhuǎn)換器件，它將電源供給的直流能量轉(zhuǎn)換成為高頻交流輸出在 “低頻電子線路”課程

12、中已知，放大器可以按照電流導(dǎo)通角的不同，將其分為甲、乙、丙三類工作狀態(tài)。甲類放大器電流的流通角為360°，適用于小信號低功率放大。乙類放大器電流的流通角約等于 180°；丙類放大器電流的流通角則小于180°。乙類和丙類都適用于大功率工作丙類工作狀態(tài)的輸出功率和效率是三種工作狀態(tài)中最高者。高頻</p><p>　　1.3直流寬帶放大器的應(yīng)用</p><p>　　

13、直流寬帶能夠放大直流信號或變化極其緩慢的交流信號，它廣泛應(yīng)用于自動控制儀表，醫(yī)療電子儀器，電子測量儀器等。目前在無線通信、移動電話、衛(wèi)星通信網(wǎng)、全球定位系統(tǒng)(GPS)、直播衛(wèi)星接收(DBS)、ITS通信技術(shù)及毫米波自動防撞系統(tǒng)等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，在光傳輸系統(tǒng)中，直流寬帶放大器也同樣占有重要地位。在無線通信、電子戰(zhàn)、電磁兼容測試和科學(xué)研究等領(lǐng)域，對射頻和微波寬帶放大器有極大需求，且這些領(lǐng)域?qū)拵Х糯笃饕蟾鞑幌嗤?，特別是在通信系統(tǒng)和

14、電子戰(zhàn)系統(tǒng)的應(yīng)用中，對寬帶低噪聲和功率放大器的性能指標(biāo)有特殊要求。在設(shè)計上傳統(tǒng)窄帶放大器的端口匹配，一般是按照低噪聲或者共扼匹配來設(shè)計的，以此獲得低噪聲放大器或者最大的輸出功率。但是，在寬帶的條件下，輸入／輸出阻抗變化是比較大的，此時使用共扼匹配的概念是不合適的。</p><p>　　這些電路要求運算放大器具有較高的頻帶寬度，電壓增值。為此，以可變增益放大器AD603為核心，設(shè)計一種可編程寬帶運算放大器。<

15、/p><p>　　該題涉及到不單單是動手能力，更有嚴(yán)謹(jǐn)理論知識，這類題目往往不是單片機(jī)簡單輸入輸出就能完成的，需要大量的演算，仿真，而且測試步驟嚴(yán)謹(jǐn)。</p><p>　　該電路增益調(diào)節(jié)范圍為-6～70 dB，步進(jìn)間距為6dB，AGC為60 dB，-3 dB通頻帶為40 Hz～15MHz。矩陣鍵盤設(shè)置增益值、步進(jìn)，點陣液晶顯示實時電壓有效值，人機(jī)界面友好，操作簡單方便。</p>

16、<p><b>　　1.4設(shè)計要求</b></p><p>　　1.4.1 主要指標(biāo)</p><p>　　（1） 設(shè)計并制作一個寬帶直流放大器及所用的直流穩(wěn)壓電源</p><p>　?。?） 電壓增益AV≥40dB，輸入電壓有效值Vi≤20mV。AV可在0～40dB范圍內(nèi)手動連續(xù)調(diào)節(jié)。</p><p>　?。?

17、）最大輸出電壓正弦波有效值Vo≥2V，輸出信號波形無明顯失真。</p><p>　?。?）3dB通頻帶0～5MHz；在0～4MHz通頻帶內(nèi)增益起伏≤1dB。 </p><p>　?。?） 放大器的輸入電阻≥50，負(fù)載電阻（50±2）。</p><p>　?。?） 設(shè)計并制作滿足放大器要求所用的直流穩(wěn)壓電源。</p><p><

18、b>　　1.4.2 說明</b></p><p>　?。?）寬帶直流放大器幅頻特性示意圖如圖1.1所示。 </p><p>　　圖1.1 幅頻特性示意圖</p><p>　?。?）負(fù)載電阻應(yīng)預(yù)留測試用檢測口和明顯標(biāo)志，如不符合（50±2）的電阻值要求，則酌情扣除最大輸出電壓有效值項的所得分?jǐn)?shù)。</p><p>　

19、　（3）放大器要留有必要的測試點。建議的測試框圖如圖1.2所示，可采用信號發(fā)生器與示波器/交、直流電壓表組合的靜態(tài)法或掃頻儀進(jìn)行幅頻特性測量。</p><p>　　圖1.2 幅頻特性測試框圖</p><p>　　1.5完成設(shè)計的方法</p><p>　　1.5.1 搜集國內(nèi)外對該課題所涉及的研究資料，掌握當(dāng)前的研究發(fā)展以及研究方向。</p><

20、p>　　1.5.2 對目前已有的方案進(jìn)行進(jìn)一步的研究，了解已有的一些算法的優(yōu)點和不足，并對其提出改進(jìn)或者提出新的方案。</p><p>　　1.5.3 對改進(jìn)方案或提出的新方案進(jìn)行仿真、設(shè)計。論證方案的可行性。</p><p>　　第二章 系統(tǒng)方案設(shè)計</p><p>　　2.1 直流寬帶放大器基本原理 </p><p>　　該直流寬帶

21、放大器的基本工作原理是利用STC89c52單片機(jī)作為微控制器。放大電路由前級放大、程控放大和功率放大三部分組成。通過有效值檢波電路，將輸出電壓的有效值經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換電路，把輸出模擬電壓有效值轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，送給微控制器處理并顯示。單片機(jī)通過鍵盤預(yù)置輸出電壓，把預(yù)置輸出值同AD采集回來的輸出電壓有效值相比較。經(jīng)微控制器數(shù)據(jù)處理后，通過DA輸出的電壓值調(diào)節(jié)程控放大器的放大倍數(shù)，使輸出值達(dá)到預(yù)設(shè)值。從而形成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。</p>

22、<p>　　輸入信號經(jīng)前級放大后經(jīng)一個射隨器進(jìn)入可控增益放大，其放大倍數(shù)由單片機(jī)通過D/A轉(zhuǎn)換器調(diào)整AD603的控制電壓Vg并根據(jù)公式：增益GAIN=40×Vg+20（dB）來設(shè)定。而在AGC模式下，此控制電壓Vg是由AGC電路的反饋電壓得到，不受單片機(jī)控制。經(jīng)可控增益放大后的信號最后進(jìn)過功率放大得到需要的輸出信號，前級和后級的增益搭配，都是經(jīng)過精確的測量和計算的。輸出電壓經(jīng)有效值檢波得到峰值電壓并反饋到單片機(jī)，

23、經(jīng)運算和線性補(bǔ)償?shù)玫接行е?，同時由單片機(jī)推到數(shù)碼管顯示出來。</p><p>　　2.2 系統(tǒng)框圖設(shè)計</p><p>　　根據(jù)題目要求，本系統(tǒng)設(shè)計主要包括以下幾個部分：程控增益放大、直流穩(wěn)壓電源、功率放大、有效值檢波、A/D輸入、高速放大隔離及微控制器等。系統(tǒng)構(gòu)成如圖2.1所示，其中難點是程控增益放大和功率放大級，下面對這兩個部分的方案分別進(jìn)行設(shè)計論證。</p><p

24、>　　圖2.1 系統(tǒng)方框圖</p><p>　　2.3 主要模塊選擇與論證</p><p>　　2.3.1 程控增益放大方案</p><p>　　方案一：使用多個高速運放和模擬開關(guān)構(gòu)成程控增益放大。通過控制模擬開關(guān)選擇不同的反饋電阻實現(xiàn)可控增益。這種方案結(jié)構(gòu)簡單，易實現(xiàn)，但由于模擬開關(guān)其導(dǎo)通電阻很大，使得各通道信號容易相互干擾，甚至影響通頻帶寬，同時若要實現(xiàn)增

25、益連續(xù)可調(diào)，整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)試麻煩。</p><p>　　方案二：采用控制電壓與增益成線性關(guān)系的可編程增益放大器AD603。通過單片機(jī)控制D/A輸出高精度直流電壓來控制AD603內(nèi)部的衰減網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)精度±0.5dB增益可調(diào)。用少數(shù)外圍器件級聯(lián)兩片AD603可實現(xiàn)增益-20~60dB連續(xù)可調(diào)，滿足題目要求。</p><p>　　綜上所述：本設(shè)計采用方案二，用高精度10位DAC輸出直

26、流電壓控制AD603實現(xiàn)程控增益放大。</p><p>　　2.3.2 功率放大</p><p>　　為使在負(fù)載為50電阻上最大輸出電壓正弦波有效值Vo≥10V，且波形無明顯失真，需進(jìn)行功率放大輸出。</p><p>　　方案一：采用帶寬增益積大的運算放大器制作多級放大電路。以O(shè)PA842和OP37為例，利用OPA842帶寬增益積大的特點，使輸入的小信號充分放大，再

27、用OP37或其他高壓運放放大至有效值10V。這種方法采用電位器或者數(shù)字電位器連續(xù)調(diào)節(jié)放大倍數(shù)，設(shè)計簡潔，但是要實現(xiàn)數(shù)字控制的可控對數(shù)增益很不方便。</p><p>　　方案二：互補(bǔ)三極管射級跟隨輸出。兩只三極管輪流供電給負(fù)載電流，工作效率高。輸入信號通過耦合至三極管的基極，所以對交、直流信號都可跟隨。但是跟隨信號范圍不寬，在高頻時幅度有些許衰減。</p><p>　　方案三：使用電流緩沖器

28、BUF634.其單位增益帶寬可在30M～180M變化，最大輸出電流為250mA.為了實現(xiàn)在50負(fù)載電阻上輸出信號波形無明顯失真，用兩片BUF634并聯(lián)提高驅(qū)動能力。但是價格昂貴，制作成本高。</p><p>　　通過分別測試、比較上述三種方案：方案一調(diào)整增益不便，方案二的增益達(dá)不到題目要求，方案三能夠很好的滿足要求，最終選擇方案三。</p><p>　　2.4理論分析與計算</p&g

29、t;<p>　　2.4.1 帶寬增益積</p><p>　　帶寬增益積(GBP)為帶寬與增益的乘積，描述的是某一種運放的一個固有特性，是一個恒值。當(dāng)增益提高時，相應(yīng)的帶寬變窄;同理增益降低時，相應(yīng)帶寬就變寬。</p><p>　　AD603主要有三種工作模式：當(dāng)腳5和腳7短接時，AD603的增益為40Vg+10,這時的增益范圍-10dB～30dB，帶寬為90Mhz。當(dāng)腳5和腳

30、7斷開時，其增益為40Vg+30，這時的增益范圍為10dB～50dB。帶寬為9Mhz;當(dāng)5腳和7腳接上電阻，其增益與帶寬范圍將處于上述兩者之間。本設(shè)計采用腳5和腳7短接模式，兩個AD603級聯(lián)增益范圍為-20～60dB，帶寬約為80MHZ,帶寬增益積超過1000MHZ,完全滿足題目設(shè)計要求。</p><p>　　2.4.2 通頻帶內(nèi)增益起伏控制</p><p>　　根據(jù)帶寬增益積的原理：當(dāng)

31、頻率變化時，增益也將發(fā)生起伏變化。為實現(xiàn)0～9MHz通頻帶內(nèi)增益起伏1≤dB，采用單片機(jī)、A/D與D/A構(gòu)成反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)。通過采用10位A/D芯片TLC1549,對負(fù)載電壓的實時采集、分析再經(jīng)10位高精度D/A芯片TLC5615控制AD603壓控腳從而達(dá)到增益起伏≤1dB。</p><p>　　2.4.3 線性相位</p><p>　　一個單一頻率的正弦信號通過一個系統(tǒng)，假設(shè)它通過這個

32、系統(tǒng)的時間需要t，則這個信號的輸出相位落后原來信號wt的相位。可以看出，一個正弦信號通過一個系統(tǒng)落后的相位等于它的w*t；反過來說，如果一個頻率為w的正弦信號通過系統(tǒng)后，它的相位落后delta,則該信號被延遲了delta/w的時間。在實際系統(tǒng)中，一個輸入信號可以分解為多個正弦信號的疊加，為了使得輸出信號不會產(chǎn)生相位失真，必須要求它所包含的這些正弦信號通過系統(tǒng)的時間是一樣的。因此每一個正弦信號的相位分別落后，w1*t,w2*t,w3*t。

33、落后的相位正比于頻率w，如果超前，超前相位的大小也是正比于頻率w。本設(shè)計中設(shè)計的多階低通濾波器就是基于本原理設(shè)計的。</p><p>　　2.4.4 抑制直流零點漂移 由于直流寬帶放大器直接耦合，其中任何一點靜態(tài)電位的變動，都有會經(jīng)耦合放大后在輸出中呈現(xiàn)出來，即使沒有輸入信號，由于溫度的變化和電源電壓不穩(wěn)定的影響，輸出端也會出現(xiàn)電壓的緩慢變動，這種現(xiàn)象叫做零點漂移。直流放大器中，奇跡的零點漂移會被逐級放大，

34、以致最后一級的輸出端產(chǎn)生很大的漂移電壓，而這種漂移信號與直流放大器所放大的緩慢變化的信號又十分相似，所以當(dāng)漂移嚴(yán)重時，就無法分辨清楚輸出電壓的變化性質(zhì)，它究竟是由于輸入信號的變化引起的，還是由零點漂移而造成的。為了有效地抑制直流零點漂移，采用DC/DC模塊供電，并采用基于差模放大原理構(gòu)成的差動式放大電路。</p><p>　　2.4.5 放大器穩(wěn)定性</p><p>　　提高放大器穩(wěn)定性能

35、的方法有中和法與適配法。中和法通過在輸入端和輸出端引入中和電路來抵消晶體管內(nèi)部的反饋作用。適配法利用阻抗不匹配原理，減少了反饋信號對輸入電路的影響。使增益減少，提高穩(wěn)定性。</p><p>　　第三章 硬件電路設(shè)計</p><p>　　3.1 前級放大電路</p><p>　　前級放大電路由低功耗55M通頻帶的AD818組成正反饋電路，主要功能是提高輸入電阻，隔離噪

36、聲與干擾，同時對小信號進(jìn)行10dB放大以便數(shù)據(jù)的后續(xù)調(diào)理。電壓放大倍數(shù)Av=R7/R2+1,通過調(diào)節(jié)R7使增益滿足要求。為了改善放大器的性能，電路中加入去耦電容以減少干擾，提高穩(wěn)定性。電路圖如下圖3.1. </p><p>　　圖3.1 前級放大電路</p><p>　　3.2. 程控增益放大電路</p><p>　　程控增益放大電路主要由2個AD603級聯(lián)構(gòu)成。為

37、了提高放大器穩(wěn)定性，在AD603輸入前接入一個電壓跟隨器，能很好的隔離前級輸入的噪聲信號、抑制零點漂移；同時在級聯(lián)之間也加入一個電壓跟隨器，進(jìn)一步提高整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。電壓跟隨器的反向輸出端并聯(lián)電阻與電容以改善系統(tǒng)的頻率特性。加入多個去耦電容改善放大器性能。</p><p>　　AD603為單通道、低噪聲、增益變化范圍線性連續(xù)可調(diào)的可控增益放大器。帶寬90MHz時，其增益變化范圍為-10dB～+30dB；帶寬為9

38、M時范圍為10～50dB。增益變化范圍可分為三種控制模式:當(dāng)5腳與7腳斷開時，增益變化范圍為10～50dB（圖c），當(dāng)5腳與7腳短接時，增益變化范圍為-10dB～+30dB（圖a），當(dāng)5腳與7腳之間接一個電阻時，可使增益變化范圍進(jìn)行平移（圖b）。</p><p>　　AD603的簡化原理框圖如圖3.2.1所示，它由無源輸入衰減器、增益控制界面和固定增益放大器三部分組成。圖中加在梯形網(wǎng)絡(luò)輸入端（VINP）的信號經(jīng)衰

39、減后，由固定增益放大器輸出，衰減量由加在增益控制接口的電壓決定。增益的調(diào)整與其自身電壓值無關(guān)，而僅與其差值Vg有關(guān)，由于控制電壓GPOS/GNEG端得輸入電阻高達(dá)50mΩ，因而輸入電流很小，致使片內(nèi)控制電路對提供增益控制電壓的外電路影響減小。以上特點和適合構(gòu)成程控增益放大器。為了增大控制范圍，我們采取兩級AD603級聯(lián)的方法。</p><p>　　圖3.2.1： AD603內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><

40、;p>　　AD603的5、7腳相連，單片AD603的可調(diào)范圍為-10dB～30dB，兩片級聯(lián)增益可調(diào)范圍為-20～60dB。兩級的控制端GNEG都接地，另一控制端GPOS接12位D/A輸出，從而精確地控制AD603的增益。AD603的增益與控制電壓成線性關(guān)系，其增益控制端輸入電壓范圍為－500mv~＋500mv，增益調(diào)節(jié)范圍為40dB，當(dāng)步進(jìn)5dB時,控制端電壓需增大ΔVG＝ × 5＝125mv，</p>

41、<p>　　由于兩級AD603由同一電壓控制，所以，步進(jìn)5dB的控制電壓變化幅度為125mv/2=62.5mv。由于AD603的控制電壓需要比較精確的電壓值，我們使用精密12位的D/A MAX538，用外部基準(zhǔn)恒壓源MC1403提供高精密2.5V恒壓源，其輸出電壓精度為</p><p>　　，完全滿足指標(biāo)要求。電路圖如下圖3.2.2：</p><p>　　圖3.2.2 程控增益放

42、大電路</p><p>　　在兩級AD603前各加一級AD818構(gòu)成的射隨器，減少對上級電路輸出電流的需求，增加對后級電路的驅(qū)動能力，其輸出信號同步跟隨上級電路的輸出信號而變化。</p><p>　　3.3 功率放大電路</p><p>　　考慮到在負(fù)載電阻上輸出電壓正弦波有效值Vo≥10V，且波形無明顯失真，本設(shè)計選用互補(bǔ)三極管輸出。為了提高功率放大電路的驅(qū)動電路

43、，選用高帶寬D882,B772三極管。功率放大電路見圖3.3：</p><p>　　圖3.3 功率放大電路</p><p>　　3.4. 有效值檢波電路</p><p>　　在整個的系統(tǒng)中，有效值檢波電路是連接硬件電路和軟件電路的橋梁。幅值的檢測主要通過有效值檢測芯片AD637實現(xiàn)，AD637是一款高精密度，寬帶寬的RMS-To-DC轉(zhuǎn)換芯片。AD637通過檢測13

44、腳的輸入信號得到其有效值，再將其有效值通過AD轉(zhuǎn)換芯片TLC1549,轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，送給為控制器處理。電路圖如下圖3.4：</p><p>　　圖3.4 有效值檢波電路</p><p>　　3.5. LCD液晶顯示電路</p><p>　　選用LCD1602液晶顯示作為顯示器件，電路簡單，顯示穩(wěn)定可靠。1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM)已經(jīng)存儲了1

45、60個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼。通過發(fā)送命令和發(fā)送所需要顯示字符的代碼，即可獲得所需顯示的字符。1602液晶顯示功能齊全，操作簡單。LCD1602的主要功能 A、40通道點陣LCD 驅(qū)動; B、可選擇當(dāng)作行驅(qū)動或列驅(qū)動; C、輸入/輸出信號:輸出,能產(chǎn)生20×2個LCD驅(qū)動波形;輸入,接受控制器送出的串行數(shù)據(jù)和控制信號,偏壓(V1∽V6

46、); D、通過單片機(jī)控制將所測的頻率信號讀數(shù)顯示出來 。</p><p>　　圖3.5 液晶顯示電路</p><p>　　3.6. 直流穩(wěn)壓電源電路</p><p>　　如圖3.6所示：電路為自行設(shè)計的正負(fù)15V和正負(fù)5V的直流穩(wěn)壓電源電路圖。分別采用LM7815、LM7915、LM7805和LM7905構(gòu)成，電路簡單，工作可靠。唯一的缺點是效率較低。

47、 </p><p><b>　　圖3.6 電源電路</b></p><p>　　第四章 軟件系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　STC89C51RC/RD+ 系列 單片機(jī)簡介</p><p>　　STC89C51RC/RD+ 系列單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代超強(qiáng)抗干擾/ 高速/ 低功耗的單片機(jī)，指令代</p

48、><p>　　碼完全兼容傳統(tǒng)8051 單片機(jī)，12 時鐘/ 機(jī)器周期和6 時鐘/ 機(jī)器周期可任意選擇，最新的D 版本內(nèi)部集</p><p>　　成MAX810 專用復(fù)位電路。</p><p><b>　　特點：</b></p><p>　　1. 增強(qiáng)型6 時鐘/ 機(jī)器周期，12 時鐘/ 機(jī)器周期 8051 CPU</p

49、><p>　　2. 工作電壓：5.5V - 3.4V（5V 單片機(jī)） / 3.8V - 2.0V（3V 單片機(jī)）</p><p>　　3. 工作頻率范圍：0 - 40 MHz，相當(dāng)于普通8051 的 0～80MHz.實際工作頻率可達(dá)48MHz.</p><p>　　4. 用戶應(yīng)用程序空間 4K / 8K / 13K / 16K / 20K / 32K / 64K 字節(jié)&

50、lt;/p><p>　　5. 片上集成 1280 字節(jié) / 512 字節(jié) RAM</p><p>　　6. 通用I/O 口（32/36 個），復(fù)位后為： P1/P2/P3/P4 是準(zhǔn)雙向口/ 弱上拉（普通8051 傳統(tǒng)I/O 口）</p><p>　　P0 口是開漏輸出，作為總線擴(kuò)展用時，不用加上拉電阻，作為I/O 口用時，需加上拉電阻。</p><

51、p>　　7 . I S P （在系統(tǒng)可編程）/ I A P （在應(yīng)用可編程），無需專用編程器/ 仿真器</p><p>　　可通過串口（P3.0/P3.1）直接下載用戶程序，8K 程序3 秒即可完成一片</p><p>　　8. EEPROM 功能</p><p><b>　　9. 看門狗</b></p><p>

52、　　10 .內(nèi)部集成M A X 8 1 0 專用復(fù)位電路（D 版本才有），外部晶體2 0 M 以下時，可省外部復(fù)位電路</p><p>　　11.共3 個16 位定時器/ 計數(shù)器，其中定時器0 還可以當(dāng)成2 個8 位定時器使用</p><p>　　12.外部中斷4 路,下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷,Power Down 模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒</p><p

53、>　　13. 通用異步串行口(UART)，還可用定時器軟件實現(xiàn)多個UART</p><p>　　14.工作溫度范圍： 0 - 75℃ / -40 - +85℃</p><p>　　15.封裝： PDIP-40，PLCC-44,PQFP-44</p><p>　　4.1 stc89c52的定時/計數(shù)器編程的相關(guān)寄存器介紹</p><p>

54、　　4.1.1定時器/計數(shù)器方式控制寄存器TMOD</p><p>　　定時器工作方式寄存器TMOD用于選擇定時器的工作方式，它的高4位控制定時器T1，低4位控制定時器T0。</p><p><b>　　其中：</b></p><p>　　C/ T為功能選擇位，當(dāng)C/T=1時為計數(shù)方式；當(dāng)C/T=0時為計數(shù)方式。M1M0：T/C工作方式定義位，

55、具體定義方式如下表：</p><p>　　4.1.2 定時器控制寄存器TCON</p><p>　　TCON控制寄存器各位的定義如下：</p><p><b>　　其中：</b></p><p>　　TFO(TF1):為T0（T1）定時器溢出中斷標(biāo)志位。當(dāng)T0（T1）計數(shù)器溢出時，由硬件置位，并在允許中斷的情況下，發(fā)出中

56、斷請求信號。當(dāng)CPU響應(yīng)中斷轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序時，有硬件自動將該位清0.</p><p>　　TR0（TR1）:運行控制位。當(dāng)TRO(TR1)=1時啟動T0（T1）。該位由軟件進(jìn)行設(shè)置。</p><p>　　IE1（IE0）：外部中斷1(外部中斷0)請求標(biāo)志位。當(dāng)外部中斷到來時， IE1（IE0）由硬件置位。當(dāng)響應(yīng)中斷轉(zhuǎn)向外部服務(wù)程序時由硬件將IE1（IE0）自動清0.</p>

57、<p>　　IT1(IT0):外部中斷請求1（0）觸發(fā)方式控制位。當(dāng)選擇電平觸發(fā)方式時，IT1(IT0)=0，此時INTx（x=1或0）為低電平有效；若選擇為邊沿觸發(fā)方式時，IT0（IT1）=1，INTx則為負(fù)跳變有效。</p><p>　　3.1.3 中斷允許控制寄存器IE</p><p>　　IE控制寄存器各位的定義如下：</p><p>　　EA:

58、中斷允許控制位。</p><p>　　ET2：定時器2中斷允許控制位。</p><p>　　ES:串行中斷允許控制位</p><p>　　EX1（EX0）：外部中斷1（外部中斷0）中斷允許控制位。</p><p>　　ET1(ET0):定時器1（定時器0）中斷允許控制位</p><p><b>　　4.2 軟

59、件流程圖</b></p><p>　　ICCAVR:　自ATMEL公司的AT90系列單片機(jī)誕生以來有很多第三方廠商為AT90系列開發(fā)了用于程序開發(fā)的C語言工具，ICCAVR就是ATMEL公司推薦的第三方C編譯器之一。</p><p>　　ICCAVR是一種符合ANSI標(biāo)準(zhǔn)的C語言來開發(fā)MCU程序的一個工具，功能合適、使用方便、技術(shù)支持好，它主要有以下幾個特點：</p>

60、;<p>　　1.ICCAVR是一個綜合了編輯器和工程管理器的集成工作環(huán)境（IDE）；</p><p>　　2.源文件全部被組織到工程之中，文件的編輯和工程的構(gòu)筑也在這個環(huán)境中完成，錯誤顯</p><p>　　示在狀態(tài)窗口中，并且當(dāng)你點擊編譯錯誤時，光標(biāo)自動跳轉(zhuǎn)到錯誤的那一行；</p><p>　　3.工程管理器還能直接生成可以直接使用的INTEL H

61、EX格式文件，該格式的文件可被大多數(shù)</p><p>　　編程器所支持，用于下載到芯片中；</p><p>　　4.ICCAVR是一個32位的程序支持長文件名。</p><p>　　Avr studio: avr studio是atmel公司開發(fā)的集成開發(fā)環(huán)境，其中編譯器為匯編器。支持調(diào)試，片上仿真，下載等功能。</p><p>　　一般都是

62、用c編譯器開發(fā)程序，然后用avr studio來仿真和下載。 </p><p>　　系統(tǒng)軟件基于STC單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng).程序流程圖如下圖10所示：</p><p>　　圖4.1 系統(tǒng)程序流程圖</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　本設(shè)計在發(fā)揮部分之外，增加了語音自動播報增益，頻率等功能，同時利用A

63、TMEGA16的捕獲功能實現(xiàn)了高精度頻率測量，精度高達(dá)幾百HZ.</p><p>　　本系統(tǒng)采用可編程增益放大器AD603,實現(xiàn)了增益連續(xù)可調(diào)，在0-9Mhz帶寬范圍內(nèi)增益起伏≤1dB;同時，輸出電壓在一定范圍內(nèi)，波形無明顯失真。自制的基于DC/DC的直流穩(wěn)壓電源具有很高的效率。本系統(tǒng)從方案設(shè)計，理論計算，實際制作，軟硬件調(diào)試等方面進(jìn)行了緊張而又認(rèn)真仔細(xì)的工作，實現(xiàn)了寬帶直流放大系統(tǒng)。在理論設(shè)計計算方面，我們充分

64、運用了我們所掌握的知識，力爭做到更好。但在實際制作過程中，經(jīng)常會卡在一些小問題上，說明了我們還是缺少實際的工程經(jīng)驗，導(dǎo)致加工工藝和板子的可靠性方面做得不是很好。通過此次畢業(yè)設(shè)計，我們組的兩個成員都獲益匪淺，尤其對電子設(shè)計的整個制作流程和設(shè)計過程中遇到的問題有了深入的體會。如果在設(shè)計與制作中利用數(shù)模隔離、電源隔離、濾波和去耦等技術(shù),不但能有效減少噪聲和干擾的影響,同時還能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。</p><p>　　在每

65、個模塊都能正常工作的情況下，整機(jī)連調(diào)的時候會出現(xiàn)“共地”問題，導(dǎo)致整機(jī)會有一個50HZ的工頻干擾。改進(jìn)措施是系統(tǒng)地線不能出現(xiàn)環(huán)路，所有地線最好一點接地，包括單片機(jī)的數(shù)字地和模擬地。在方案實施過程中，由于時間比較緊，來不及制版，而實驗板的結(jié)構(gòu)受限，導(dǎo)致頻率過高的時候會引入干擾。如果能在精確調(diào)整之后，將整體電路利用PCB開出電路板，減少連線引起的干擾，一定可以提高精度和性能。</p><p><b>　　參

66、考文獻(xiàn)</b></p><p>　　張毅坤、陳善久、裘雪紅編著. 單片微型計算機(jī)原理及應(yīng)用. 西安電子科技大學(xué)出版社, 1997年</p><p>　　孟立凡、藍(lán)金輝主編. 傳感器原理及應(yīng)用 電子工業(yè)出版社, 2007年</p><p>　　閻石 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 高等教育出版社，1998年</p><p>　　華成英、童

67、詩白 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 高等教育出版社 2001年</p><p>　　黃智偉 編著. 全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽—電路設(shè)計，北京航空航天大學(xué)出版社，2006</p><p>　　戴仙金 主編. 51單片機(jī)及其C語言程序開發(fā)實例，清華大學(xué)出版社，2008</p><p>　　譚浩強(qiáng) 《C程序設(shè)計》.北京：清華大學(xué)出版社，1999.12</p>&

68、lt;p>　　戴伏生.基礎(chǔ)電子電路設(shè)計與實踐. 國防工業(yè)出版社,2002年</p><p>　　王煜東.《傳感器應(yīng)用技術(shù)》[M] 西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2006.06</p><p>　　李廣弟等.《單片機(jī)基礎(chǔ)》[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2001.7.</p><p>　　全國大學(xué)生電子設(shè)計組委會[J].《全國電子設(shè)計大賽獲獎作品匯編》.

69、 北京:北京理工大學(xué)出版社,2004.</p><p>　　卿太全.《傳感器應(yīng)用電路集萃》[M].北京:中國電力出版社.2008.04</p><p>　　孫立志.《PWM與數(shù)字化電動機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用》[M]北京:中國電力出版社,2008.01</p><p>　　Wayne Labs. Level measurement: Pressure methods Domi

70、nate[J] .I&CS, 1990, (2) :37-38 .</p><p>　　V. E. Sakharov S. A. Kuznetsov B. D. Zaitsev I. E. Kuznetsova and S. G. Joshi. Liquid level sensor using ultrasonic Lamb waves .Ultrasonics[M], 2003, 41 (4) :31

71、9-322 .</p><p>　　Stc89c52單片機(jī)官方數(shù)據(jù)手冊</p><p><b>　　附錄A 電路圖</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　張毅坤、陳善久、裘雪紅編著. 單片微型計算機(jī)原理及應(yīng)用. 西安電子科技大學(xué)出版社, 1997年</p

72、><p>　　孟立凡、藍(lán)金輝主編. 傳感器原理及應(yīng)用 電子工業(yè)出版社, 2007年</p><p>　　閻石 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 高等教育出版社，1998年</p><p>　　華成英、童詩白 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 高等教育出版社 2001年</p><p>　　黃智偉 編著. 全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽—電路設(shè)計，北京航空航天大學(xué)出版社，20

73、06</p><p>　　戴仙金 主編. 51單片機(jī)及其C語言程序開發(fā)實例，清華大學(xué)出版社，2008</p><p>　　譚浩強(qiáng) 《C程序設(shè)計》.北京：清華大學(xué)出版社，1999.12</p><p>　　戴伏生.基礎(chǔ)電子電路設(shè)計與實踐. 國防工業(yè)出版社,2002年</p><p>　　王煜東.《傳感器應(yīng)用技術(shù)》[M] 西安:西安電子科技大

74、學(xué)出版社,2006.06</p><p>　　李廣弟等.《單片機(jī)基礎(chǔ)》[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2001.7.</p><p>　　全國大學(xué)生電子設(shè)計組委會[J].《全國電子設(shè)計大賽獲獎作品匯編》. 北京:北京理工大學(xué)出版社,2004.</p><p>　　卿太全.《傳感器應(yīng)用電路集萃》[M].北京:中國電力出版社.2008.04</p>

75、<p>　　孫立志.《PWM與數(shù)字化電動機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用》[M]北京:中國電力出版社,2008.01</p><p>　　Wayne Labs. Level measurement: Pressure methods Dominate[J] .I&CS, 1990, (2) :37-38 .</p><p>　　V. E. Sakharov S. A. Kuznetsov

76、B. D. Zaitsev I. E. Kuznetsova and S. G. Joshi. Liquid level sensor using ultrasonic Lamb waves .Ultrasonics[M], 2003, 41 (4) :319-322 .</p><p><b>　　附錄B 程序代碼</b></p><p>　　#include &l

77、t;reg51.h></p><p>　　#include <intrins.h></p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　uchar code set[]="set: 00.00 V&

78、quot;;</p><p>　　uchar code get[]="get: 00.00 V";</p><p>　　uint result; //采集電壓值 </p><p>　　sbit cs= P3^7; //AD數(shù)據(jù)端 </p><p>　　sbit dat=P3^6;</p>&l

79、t;p>　　sbit clk=P3^5;</p><p>　　uint da; //輸出電壓值 </p><p>　　sbit CLK =P2^0; //DAs數(shù)據(jù)端 </p><p>　　sbit CS= P2^1;</p><p>　　sbit DIN =P2^2;</p><p&g

80、t;　　sbit LCD_RS = P2^7; //液晶控制端 </p><p>　　sbit LCD_RW = P2^6;</p><p>　　sbit LCD_EN = P2^5; </p><p>　　sbit add=P0^0; //數(shù)據(jù)加 </p><p>　　sbit del=P0^2;

81、 //數(shù)據(jù)減 </p><p>　　uint value; //設(shè)定值 </p><p>　　void delay1(int ms)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uchar y ;</b></p><p>　

82、　while(ms--)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　for(y = 0 ; y<250 ; y++)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　_nop_() ;</b></p><p>

83、<b>　　_nop_() ;</b></p><p><b>　　_nop_() ;</b></p><p><b>　　_nop_() ;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b>&l

84、t;/p><p><b>　　}</b></p><p>　　void delay(uint k) //延時子程序</p><p>　　{ uchar i,j;</p><p>　　for(i=0;i<k;i++);</p><p>　　for(j=0;j<110;j++);

85、</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void delayNOP() //us 延時</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　_nop_() ;</b></p><p><b>

86、;　　_nop_() ;</b></p><p><b>　　_nop_() ;</b></p><p><b>　　_nop_() ;</b></p><p><b>　　} </b></p><p>　　/****************************

87、*****************/</p><p>　　/*檢查LCD忙狀態(tài)********************************/ </p><p>　　/*lcd_busy為1時，忙，等待。lcd-busy為0時,***/</p><p>　　/*******************************************/ &

88、lt;/p><p>　　bit lcd_busy()</p><p>　　{ </p><p>　　bit result ;</p><p>　　LCD_RS = 0 ;</p><p>　　LCD_RW = 1 ;</p><p>　　LCD_EN

89、 = 1 ;</p><p>　　delayNOP() ;</p><p>　　result = (bit)(P0&0x80) ;</p><p>　　LCD_EN = 0 ;</p><p>　　return(result) ; </p><p><b>　　}</b></p>

90、;<p>　　/*寫指令數(shù)據(jù)到LCD********************************/ </p><p>　　/*RS=L，RW=L，E=高脈沖，D0-D7=指令碼*************/</p><p>　　/************************************************/</p>

91、<p>　　void lcd_wcmd(uchar cmd)</p><p>　　{ </p><p>　　while(lcd_busy()) ;</p><p>　　LCD_RS = 0 ;</p><p>　　LCD_RW = 0 ;</p><p>　　

92、LCD_EN = 0 ;</p><p><b>　　_nop_() ;</b></p><p>　　_nop_() ; </p><p>　　P0 = cmd ;</p><p>　　delayNOP() ;</p><p>　　LCD_EN = 1 ;</p><p>

93、　　delayNOP() ;</p><p>　　LCD_EN = 0 ; </p><p><b>　　}</b></p><p>　　/**********************************************/</p><p>　　/*寫顯示數(shù)據(jù)到LCD*********************

94、******** */</p><p>　　/*RS=H，RW=L，E=高脈沖，D0-D7=數(shù)據(jù)。 */ </p><p>　　/**********************************************/</p><p>　　void lcd_wdat(uchar dat)</p><

95、p>　　{ </p><p>　　while(lcd_busy()) ;</p><p>　　LCD_RS = 1 ;</p><p>　　LCD_RW = 0 ;</p><p>　　LCD_EN = 0 ;</p><p>　　P0 = dat ;</p

96、><p>　　delayNOP() ;</p><p>　　LCD_EN = 1 ;</p><p>　　delayNOP() ;</p><p>　　LCD_EN = 0 ; </p><p><b>　　}</b></p><p>　　/* LCD初始化設(shè)定

97、 /</p><p>　　/**************************************************/</p><p>　　void lcd_init()</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　delay1(15) ;

98、 </p><p>　　lcd_wcmd(0x01) ; //清除LCD的顯示內(nèi)容 </p><p>　　lcd_wcmd(0x38) ; //16*2顯示，5*7點陣，8位數(shù)據(jù)</p><p>　　delay1(5) ;</p><p>　　lcd_wcmd(0x38) ; &l

99、t;/p><p>　　delay1(5) ;</p><p>　　lcd_wcmd(0x38) ; </p><p>　　delay1(5) ;</p><p>　　lcd_wcmd(0x0c) ; //顯示開，關(guān)光標(biāo)</p><p>　　delay1(5) ;</p><p&

100、gt;　　lcd_wcmd(0x06) ; //移動光標(biāo)</p><p>　　delay1(5) ;</p><p>　　lcd_wcmd(0x01) ; //清除LCD的顯示內(nèi)容</p><p>　　delay1(5) ;</p><p><b>　　}</b></p><p&g

101、t;　　/************AD數(shù)據(jù)采集***********************/</p><p>　　tlc_1549() </p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uchar i;</b></p><p><b>　　cs=0;<

102、/b></p><p><b>　　result=0;</b></p><p>　　for(i=0;i<10;i++)</p><p><b>　　{ clk=1;</b></p><p>　　result*=2;</p><p>　　if(dat) result

103、++;</p><p><b>　　clk=0; </b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　delay(1);</b></p><p><b>　　cs=1;</b></p><p>　　retu

104、rn(result);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void tlc_5615(da)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uchar i;</b></p><p>　　da<<

105、=6; //在這里,da是16位數(shù)據(jù),即兩個字節(jié),而tlc5615是十位的da轉(zhuǎn)換器,所以要把前面高6位移出不要,</p><p>　　//只保留十位有效數(shù)據(jù) </p><p><b>　　CS=0;</b></p><p><b>　　CLK=0;</b></p><p>　　for (i

106、=0;i<12;i++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　DIN=(bit)(da&0x8000); //在這里有十位有效的da與0x8000位與,然后達(dá)到一位一位的移出,移完10位有效數(shù)據(jù)后,再移兩位0.</p><p><b>　　CLK=1;</b></p>

107、<p>　　da<<=1; //左移一位.</p><p><b>　　CLK=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　CS=1;</b></p><p><b&g

108、t;　　CLK=0;</b></p><p>　　for (i=0;i<12;i++);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　/**********輸出電壓預(yù)置調(diào)節(jié)**************/</p><p>　　void key()</p><p>&

109、lt;b>　　{</b></p><p>　　if(add==0)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　delay(5);</b></p><p>　　while(add==0);</p><p><b>　　val

110、ue++;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(del==0)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　delay(5);</b></p><p>　　while(del==0

111、);</p><p><b>　　value--;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　/*************數(shù)據(jù)處理*********************/ </p><p&

112、gt;　　void shuju()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　while(value>result)</p><p><b>　　da++;</b></p><p>　　while(value<result)</p><p>&l

113、t;b>　　da--;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void display()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uchar s; //輸出電壓值顯示 </p><p>　　uch

114、ar i,j,k,l;</p><p>　　i=result/1000;</p><p>　　j=result/100%10;</p><p>　　k=result/10%10;</p><p>　　l=result%10;</p><p>　　lcd_wcmd(0x40) ; </p><p>

115、;　　for(s=0;s<15;s++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　lcd_wdat(get[s]);</p><p>　　delay(20);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　lcd_wcmd(0x40+4

116、) ;</p><p>　　lcd_wdat(i+0x30);</p><p>　　lcd_wcmd(0x40+5) ;</p><p>　　lcd_wdat(j+0x30); </p><p>　　lcd_wcmd(0x40+7) ;</p><p>　　lcd_wdat(k+0x30);</p>&

117、lt;p>　　lcd_wcmd(0x40+8) ;</p><p>　　lcd_wdat(l+0x30);</p><p>　　i=value/1000; //設(shè)定電壓值顯示 </p><p>　　j=value/100%10;</p><p>　　k=value/10%10;</p><p>　　l=

118、value%10;</p><p>　　lcd_wcmd(0x80) ; </p><p>　　for(s=0;s<15;s++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　lcd_wdat(set[s]);</p><p>　　delay(20);</p>

119、<p><b>　　}</b></p><p>　　lcd_wcmd(0x80+4) ;</p><p>　　lcd_wdat(i+0x30);</p><p>　　lcd_wcmd(0x80+5) ;</p><p>　　lcd_wdat(j+0x30); </p><p>　　l