程控放大器的实现

程控放大器的实现王学飞，陈毅，徐玉龙（武汉大学电子信息学院，湖北武汉４３００７９）摘要：通过数，模转换器，实现了一种增益可调的程控放大器。程控放大器的增益由单片机输出的数字量控制，有种增益可供选择。这种程控放大器具有电路简单，增益调整方便，成本低等特点。随着电子技术和计算机技术的发展，程控放大器有着广大的应用前景，并将朝着集成化、智能化、多功能化方向发展。关键词：程控放大器；单片机；Ｄ／Ａ转换；ＤＡＣｌ２１０；ＡＤ６０３中图分类号：ＴＰ３９９文献标识码：Ａ文章编号：１００９—２３７４（２００９）１５－００５９－－０２随着电工电子技术的发展，信号放大在通信、信号采集和处理等领域得到了广泛的应用。例如，在信号采集过程中，输入信号通常是弱信号，就要求信号处理电路具有放大功能。随着测控对象状态的变化，必然要求信号处理电路能够相应的改变放大器的增益，从而需要—个程控放大器来处理信号。一、系统总体方案本系统由键盘、显示器及其驱动电路、控制电路和放大电路组成。可以通过键盘设置增益，显示器显示当前的增益，即实现人机交互。本系统选用８９Ｃ５１单片机作为控制器。８９Ｃ５１单片机是一种高效微控制器，芯片中集成了一个多功能８位ＣＰＵ和４Ｋ字－．节闪烁可编程可擦除只读存储器。此外，他还有４／１＇－８位Ｉ／Ｏｌ＝ｌ、５个中断源和１２８字节ＲＡＭ等资源。选用ＤＡＣｌ２１０ｆｌｚ为数膜转换器。ＤＡＣｌ２１０是１２位高分辨率电流输出型Ｄ／Ａ转换器，输入信号电平与ＴｒＬ电平兼容。ＤＡＣｌ２１０的输入寄存器由８位和４位两个寄存器构成。ＤＡＣｌ２１０共有１２根数据线，可直接与１６位总线的ＣＰＵ相连，也可以与８位数据总线的ＣＰＵ连接。ＤＡＣ１２１０－量ｊ８位数据总线的ＣＰＵ连接方案是Ｄ１１ｌ。Ｄ１４－－与数据总线相连，而Ｄ１３一ＤＩｏ接到数据总线的高四位上。系统的组成框图如图１所示：集成运放选择宽带集成运算放大器ＡＤ８１由图２可得，此程控放大电路的增益为：１ＡＮ。Ａ？竺其中，Ｎ为ＤＡＣｌ２１献量，它的范围是０—２虬ｌ，即实现了Ｎ图１程控放大器的系统框图二、系统硬件（一）程控放大电路２１镢增益可调。（二）键盘和显示电路８２７９是一款专用的键盘、显示器接口芯片，该芯片能自动完成对显示的届Ⅱ新，同时还可以对键盘自动扫描，识别闭合键的键号，它具有可同时键盘扫描和显示和消除抖动等特点。通过８２７９可以实现键盘扫描和ＬＥＤ的动态显示功能。程控增益放大电路可由集成运放，数膜转换器和单片机构成。ｂｉｆｕｒｃａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｄｅｌａｙｅｑｕａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｆｏｒｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌｖｉｂｒａ－【８］ＭａｃＸ．Ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｓｔｏｃｈａｓｔｉｃｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｅｑｕａ－ｔｉｏｎｓ［Ｍ］．ＮｅｗＹｏｒｋ：ＭａｒｃｅｌＤｅｋｋｅｒ，１９９４．【９］ＡｒｎｏｌｄＬＳｔｏｃｈａｓｔｉｃｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｅｑｕａｔｉｏｎｓ：ｔｈｅｏｒ）ｒａｎｄｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ【Ｍ】．ＮｅｗＹｏｒｋ：Ｗｉｌｅｙ，１９７４．ａｐ－ｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＮｏｎｌｉｎｅａｒＤｙｎａｍｉｃｓ，２００１，２６（２）．［４］ＴｏｂｉａｓＳＡ．ＭａｃｈｉｎｅＴｃｄＶｉｂｒａｔｉｏｎ［Ｍ］．Ｇｌａｓｇｏｗ：Ｂｌａｃｋｉｅ。１９６５．ａｎｄＢｕｄａｋＥ．Ａｎａｌｙｔｉｃａｌｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｏｆｓｔａｂｉｌｉｔｙ［５］ＡｌｔｉｎｔａｓＹｌｏｂｅｓｉｎｍｉＵｉｎｇｌＪ］．ＣＩＲＰＡｎｎａｌｓ，１９９５，４４（１）．基金项目：教育部博士点科研基金项目（项目编号：２００７０１８３１０４）。［６］，ｈｙａｒａｍＳ，ＫａｐｏｏｒＳＧ，ＤｅＶｏｒＲＥ．Ａｎａｌｙｔｉｃａｌｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｏｆｖａｒｉａｂｌｅｓｐｅｅｄｍａｃｈｉｎｉｎｇ们．ＡＳＭＥＪ．ｏｆＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０００，１２２（３）．作者简介：林洁琼（１９６９一），女，长春工业大学机电工程学ｆｏｒ［７］ＭａｏＸ．Ａｔｔｒａｃｔｉｏｎ，ｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｂｏｕｎｄｅｄｎｅｓｓｓｔｏｃｈａｓｔｉｃ院副教授，工学博士；ｇｌ晓勤（１９６７一），男，吉林大学机械科学与ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｄｅｌａｙｅｑｕａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＮｏｎｌｉｎｅａｒＡｎＭｙ８ｉｓ，２００１，４７（７）．工程学院教授，博士生导师，工学博士。一５９—万方数据（兰）看门狗电路在单片机系统中，一些干扰源可能使单片机死机或程序不能正常运行。此时，需要及时对单片机进行复位。看门狗电路就是在死机或程序跑飞时对单片机复位的专用电路。本系统选用ＭＡＸ８１３Ｌ作为看门狗和电源监控电路。ＰＩ．昨为“喂狗”信号，单片机只要在１．６ｓ内给Ｐ１．０正脉冲，维持高电平；当程序跑飞或单片机死机时，单片机不能在１．６ｓ内给出“喂狗”信号，跳变为低电平，经反相对单片机复位。此外，可随时通过图中的按键进行手工复位。系统硬件电路图如图２所示：Ｄｉｌｌ％ＩｏｍＤｉｇ』∞砖“＝＝船ｌ呢ｌⅫ２］一ＢＩＩｊ２嚣丽二蔫睁盱图２系统硬件电路图ＭＡＸ８１３Ｉ还可以对＋５Ｖ和＋１２Ｖ电源同时进行监控，一旦电压不稳，即可触发中断，单片机对重要数据进行保护。看门狗电路如图３所示：图３看门狗电路三、系统软件该系统软件应采用模块化设计，包括控制模块、Ｄ／Ａ转换模块、键盘模块和显示模块。部分模块的流程图如图４、图５所示。关于“看门狗”程序，一般情况下整个程序运行时间不会超过１．６ｓ，所以只要在程序里加—段“喂狗”程序即可。四、系统改进以ｔ设计的系统在大部分情况下可满足需要。但是。当用本系统处理兀．微妙的窄脉冲时，速度较慢的Ｄ／Ａ转换器将导致信号失真，虽然可以采用高速Ｄ，Ａ转换器解决此问题，但成本会大幅提高。另—个问题是经过Ｄ／Ａ转换器的数字干扰会增加整个系统的噪声，如果采用补偿电路消除噪声会降低的系统的频响。此外，由于控制的数字量和增益（ｒｉＢ）是指数关系，使精度降低。一６０～万方数据取高８位转换数据Ｉ忑８位转换数据写入ＤＡＣｌ２１０的８位输入寄存嚣Ｎｌ取低４位转换数据Ｉ低４位转换数据写入ＤＡＣｌ２１０的４位输入寄存墨毒ｌ两个输入寄存器叟的数据一Ｎ［起写八１２位ＤＡＣ寄存嚣０Ｄ，Ａ转换Ｉ图４控制模块的流程图图５Ｄ，Ａ转换模块的流程图基于以上分析，可以采用增益与控制电压呈线性关系的可五、结语由ＤＡＣｌ２１０和８９Ｃ５１构成的程控放大器具有电路简单，增参考文献［１】周荷琴，昊秀清．微型计算机原理与接口技术（第三版）【２】黄根春，陈小桥，张望先．电子设计教程邮．北京：电子工ｆ３１程晓玲，雷淑英．采用Ｄ／Ａ转换实现可编程放大器的设【４】海涛．低噪、宽带程控增益放大器的实现叨．电子技术，【５】秦迎春．在有线电视中实现程控有源滤波器的设计们．中作者简介：王学－ｘ（１９９０－），男，安徽滁州人，武汉大学电子编程增益放大器实现增益控制。ＡＤ６０３是一款低噪声、精密控制的可变增益放大器，其温度稳定性高。因此，可采用高精密度Ｄ／Ａ转换器输出电压控制放大器的增益。对于要求可调增益要求较宽的可以采用多片ＡＤ６０３级联实现。益调整方便，成本低等特点。随着电子技术和计算机技术的发展，程控放大器有着广大的应用前景，并将朝着集成化、智能化、多功能化方向发展。嗍．合肥：中国科学技术大学出版社，２００４．业出版社。２００７．计叨．天津科技大学学报，２００５，２０（２）．１９９８，（８）．国有线电视，２００３，（８）．信息学院测控技术与仪器专业学生。程控放大器的实现

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

王学飞， 陈毅， 徐玉龙

武汉大学电子信息学院,湖北,武汉,430079中国高新技术企业

CHINA HIGH TECHNOLOGY ENTERPRISES2009，\"\"(15)0次

1.周荷琴.吴秀清 微型计算机原理与接口技术 20042.黄根春.陈小桥.张望先 电子设计教程 2007

3.程晓玲.雷淑英 采用D/A转换实现可编程放大器的设计 2005(02)4.海涛 低噪、宽带程控增益放大器的实现 1998(08)5.秦迎春 在有线电视中实现程控有源滤波器的设计 2003(08)

1.期刊论文 田踪 基于数字电位器的程控放大器研制 -科技创新导报2009,\"\"(15)

数字电位器以其良好的线性,精度和温度稳定性及易于控制等特点越来越受到重视,得到广泛的应用.文章根据实际需要,开发研制了一种基于数字电位器的程控放大器,其实现了对放大增益的高精度控制,经实际就用,效果良好.

2.期刊论文 陈帅 单片机多功能隔离不间断电力测量系统 -淮南师范学院学报2002,4(2)

利用隔离型传感器完全隔离输入输出回路间电信号;经程控放大器放大,利用高速A/D集成器件测量电信号幅度;利用定时器、计数器测量工频频率、相位;并组成单片机同PC主机的串行通信数据采集系统;该微机系统实现了完全隔离的对电力系统电参量的自动采集测量.

3.学位论文 王志坚 MUVS97-1多功能智能化紫外分光检测仪的研究及其应用研究 1998

该文介绍的MUVS97-1紫外可见分光光度计是一种智能化、多功能的紫外可见人分光光度计.文中对该仪器的光学、机械、电子学和;计算机等各个部分作了详细深入的描述.该文在全面介绍MUVS97-1的光、机、电各部分的基础上,重点对计算机部分作了较深入的介绍和讨论?其中特别对与仪器整机的主要技术指标密切相关的计算机平滑滤波、基线跟踪、单色仪自动扫描、单色仪波长自动拟合仪器数据处理等有部分作了详细的介绍和深入的讨论,并对该仪器的特点、水平和与国内外同类产品的水平比较等总是作了全面介绍.该文在应用研究方面,介绍了MUVS97-1在作为小型UVS、HPLC紫外分光检测器、FIA紫外分光检测器等方面的应用,并给出了有关的测试结果.同时,对中国的UVSS如何赶超国际先进水平等问题,也作了较深入的讨论.

4.期刊论文 傅越千 基于数字电位器的程控放大器设计 -航空计算技术2003,33(1)

叙述了一种采用非易失性数字电位器的程控放大器的基本原理,提出了一种获得廉价、高性能、多档位、无触点程控放大器的新方法,给出了该放大器与Inte 8051系列单片机的软件接口程序,同时指出了使用该原理实现的程控放大器的几个注意事项和数字电位器的选择原则.

5.期刊论文 傅越千 程控放大器的设计与应用 -宁波高等专科学校学报2002,14(4)

叙述了一种采用非易失性数字电位器的程控放大器基本原理,提出了获得廉价、高性能、多档位、无触点程控放大器的新方法,同时给出了该放大器与8051系列单片机的软件接口程序.

6.期刊论文 许卓兵.田蔚风.季钢.金志华 便携式金属探测仪的设计 -电子技术2001,28(10)

文章根据金属切割磁力线引起电压变化的原理,设计研制了一种金属探测仪.基于被检测信号具有较大动态范围的特点,系统采用了单片机、A/D转换器、D/A转换器组成的三段程控放大器以达到动态调整量程的目的.

7.学位论文 易韦韦 6位半数字程控电压表的研究 2004

本文论述了高精度程控数字电压表的设计原理及实现的方法.该电压表可实现对交直流电压,电流、频率、周期、温度等物理量进行高精度测量,并具有量程手动、自动切换、结果的液晶显示、与微机通信等功能.文章介绍了系统总体设计方案,并详细阐述了基于双CPU(DSP,单片机)及24位数模转换芯片ADS1210构成的高精度数据采集与处理系统.实验证明该系统己达到设计要求,文章最后对进一步提高精度作了探讨.

8.期刊论文 王新辉 浅谈应用在单片机系统中的DAC0832构成的程控增益放大器 -仪器仪表用户2003,10(2)

本文介绍了一种使用DAC0832构成的程控放大器电路,它具有良好的控制特性,线性度好,频率响应好,被控信号的最高工作频率可达到200kHz以上,没有零点迁移问题,其增益控制级数为256级,比较适中,便于与单片机接口,价格便宜.具有实际应用价值.

9.期刊论文 邓重一 MAX7534在高精度程控信号放大器中的应用 -自动化与仪表2003,18(6)

详细介绍了核心芯片MAX7534的结构、性能特点及原理,分析了程控放大器的实现方法,给出了电路的整体框图和部分关键电路的连线图,简要说明了系统的软件设计.

10.期刊论文 李万兴.周超英 多路数字程控放大器的设计和应用 -飞行器测控学报2000,19(4)

本文通过详细介绍多路数字程控放大器硬件原理和软件设计的特点,展示了一套独具特色的软硬件设计方案,提供了有推广应用价值的硬件电路和源程序模块.

本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_zggxjsqy200915032.aspx

授权使用：武汉科技大学中南分校(whkjdxznfx)，授权号：ed05cc4f-76ea-4c85-85f2-9e0000a8a01e

下载时间：2010年9月29日