基于單片機(jī)的寬帶前置程控放大器設(shè)計(jì)【畢業(yè)論文】

1、<p><b>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　基于單片機(jī)的寬帶前置程控放大器設(shè)計(jì)</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 電子信息

2、工程 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘 要</b>&

3、lt;/p><p>　　寬帶放大器在測量、控制、視頻、通信等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。然而單一的運(yùn)算放大器芯片，面對(duì)多樣的應(yīng)用需求時(shí)，無法在輸入阻抗、增益、輸出功率等方面滿足要求。為此，文章提出一種寬帶程控放大器設(shè)計(jì)方案，該方案采用STC89C51單片機(jī)作為微控制器，以壓控增益放大器VCA824為放大電路的核心。利用Protel99軟件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，并對(duì)電路進(jìn)行了實(shí)物制作與調(diào)試。測試表明放大器的輸入阻抗可以在50Ω和1MΩ之

4、間切換，增益0～40dB可調(diào)，調(diào)節(jié)步進(jìn)1dB，最大輸出電壓峰峰值25V。</p><p>　　關(guān)鍵詞：寬帶放大器；VCA824；程控放大；微控制器</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Broadband amplifiers have wide application in measurement, con

5、trol, video, communications and other fields. However, when faced with a variety of application requirements,a single operational amplifier chip can not meet the requirements in input impedance, gain, output power etc.

6、Therefore, this article proposed a kind of design scheme about broadband program-controlled amplifier,which adopts STC89C51 as microcontroller, voltage-controlled gain amplifier VCA824 as the core amplifier. Circuit de&l

7、t;/p><p>　　Key Words: Broadband amplifier; VCA824; Program-controlled amplifier; MCU</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1　引言1</b></p><p><b>　　

8、2　方案論證2</b></p><p>　　2.1程控放大器實(shí)現(xiàn)方案論證與比較2</p><p>　　2.2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案2</p><p><b>　　3　硬件設(shè)計(jì)4</b></p><p>　　3.1阻抗匹配模塊4</p><p>　　3.2 20dB固定增益放大模塊

9、5</p><p>　　3.3壓控增益放大模塊6</p><p>　　3.4功率放大電路9</p><p>　　3.5單片機(jī)控制電路10</p><p>　　3.6 DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊及電壓轉(zhuǎn)換電路11</p><p>　　3.7 人機(jī)交互接口13</p><p>　　3.7.1鍵盤模

10、塊13</p><p>　　3.7.2 液晶顯示模塊13</p><p><b>　　4　軟件設(shè)計(jì)16</b></p><p>　　4.1開發(fā)工具和編程語言16</p><p>　　4.2 總體程序流程圖16</p><p>　　4.3 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器初始化子程序17</p>

11、;<p>　　4.4 鍵盤模塊子程序18</p><p>　　4.5增益控制子程序18</p><p>　　4.6 液晶模塊程序19</p><p>　　5　制作和調(diào)試21</p><p><b>　　5.1制作21</b></p><p><b>　　5.2調(diào)試

12、22</b></p><p>　　5.3性能測試23</p><p><b>　　6　結(jié)論27</b></p><p>　　致 謝錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)27</b></p><p>　　附錄1 系統(tǒng)實(shí)物圖29<

13、;/p><p>　　附錄2 實(shí)驗(yàn)原理圖30</p><p>　　附錄3 畢業(yè)設(shè)計(jì)作品說明書32</p><p><b>　　1　引言</b></p><p>　　寬帶放大器，就是工作頻率上限與下限之比甚大于1的放大器。習(xí)慣上也常把相對(duì)頻帶寬帶大于20%～30%的放大器稱為寬帶放大器。隨著現(xiàn)代科技和信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，寬帶

14、放大器在測量、控制和通信等領(lǐng)域的A/D轉(zhuǎn)換器、D/A 轉(zhuǎn)換器、有源濾波器、波形發(fā)生器、視頻放大器等電路中有廣泛應(yīng)用[1]。特別是在視頻信號(hào)、脈沖信號(hào)或射頻信號(hào)的放大應(yīng)用中，對(duì)寬帶放大器的頻帶也提出了更高要求。如在無線通信、電子戰(zhàn)、電磁兼容測試和科學(xué)研究等領(lǐng)域，對(duì)射頻和微波寬帶放大器有著極大的要求，且這些領(lǐng)域?qū)拵Х糯笃鞯囊蟾鞑幌嗤貏e是在通信領(lǐng)域和電子戰(zhàn)系統(tǒng)中，對(duì)寬帶低噪聲和功率放大器的性能指標(biāo)有著特殊要求。在現(xiàn)代電子設(shè)備、通訊設(shè)備

15、和科研生產(chǎn)中常需要利用放大電路將傳感器輸出的微弱信號(hào)或通信接收端接收到空中微弱的信號(hào)進(jìn)行提取、放大。為充分發(fā)揮傳感器或信號(hào)接收器的效能，將信號(hào)放大為易于處理的信號(hào)電平，只有將信號(hào)放大到一定程度才能滿足后級(jí)設(shè)備的要求。同時(shí)很多設(shè)備還要求具有阻抗匹配和一定輸出功率，才能驅(qū)動(dòng)后級(jí)設(shè)備或使通信的發(fā)射端將信號(hào)有效傳輸?shù)浇邮斩?。要求前置放大器?nèi)部產(chǎn)生的噪聲要盡量小，同時(shí)也不易受外來噪聲的影響，增益-頻率特性能覆蓋</p><p&

16、gt;　　然而面對(duì)實(shí)際應(yīng)用中多種多樣的放大要求，單一的運(yùn)算放大器芯片難以實(shí)現(xiàn)頻帶、增益動(dòng)態(tài)范圍、功率等多個(gè)參數(shù)同時(shí)滿足設(shè)計(jì)要求[3]。為此，這里設(shè)計(jì)一種寬帶前置程控放大器，具有直流輸入阻抗50Ω和1MΩ可選的輸入阻抗匹配單元（允許誤差2%）；具有輸入過載能力：50Ω阻抗可承受5V輸入過載，1MΩ阻抗可承受36V輸入過載；工作帶寬為0～20MHz，3dB帶寬30MHz，0-30MHz范圍內(nèi)的增益波動(dòng)小于1dB，增益調(diào)節(jié)范圍0～60dB，調(diào)

17、節(jié)步進(jìn)1dB；直流零點(diǎn)：輸入短路時(shí)，電路輸出直流電壓偏離零點(diǎn)在2mV范圍內(nèi)；后級(jí)功率放大器輸出最高25V峰峰值，液晶顯示輸入阻抗和增益。</p><p><b>　　2　方案論證</b></p><p>　　寬帶程控放大器一般由程控電壓增益放大器和匹配電路組成，在寬帶放大器中，程控電壓增益放大器是寬帶放大器的核心器件，匹配電路起輔助作用，實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。</p&g

18、t;<p>　　2.1程控放大器實(shí)現(xiàn)方案論證與比較</p><p>　　方案一 通過繼電器或模擬開關(guān)改變運(yùn)放的反饋電阻實(shí)現(xiàn)電壓放大倍數(shù)的改變。該方案比較經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，但是通過繼電器或模擬開關(guān)實(shí)現(xiàn)程控放大的方法其電壓增益調(diào)節(jié)的級(jí)數(shù)有限，而且需要較多的不同阻值的電阻和繼電器，且電路受分布參數(shù)影響較大，需減小電路中控制開關(guān)導(dǎo)通電阻的影響，電路較為復(fù)雜，使用有些不變。</p><p>　

19、　方案二 使用數(shù)字電位器改變放大器反饋電阻。一片數(shù)字電位器芯片可實(shí)現(xiàn)放大器多級(jí)不同放大倍數(shù)的調(diào)整，在一定程度上可實(shí)現(xiàn)程控放大。但數(shù)字電位器的頻帶普遍不寬，一般為幾百KHz，無法實(shí)現(xiàn)本課題的帶寬要求。</p><p>　　方案三 采用高速乘法型DAC實(shí)現(xiàn)。利用DAC轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓Vref作為信號(hào)的輸入端，DAC的輸出端作為輸出。用DAC轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸入量控制，傳輸衰減實(shí)現(xiàn)增益控制。此方案較為簡單，但要求DA轉(zhuǎn)換器

20、具有很大的帶寬，且當(dāng)信號(hào)頻率較高時(shí)，系統(tǒng)容易發(fā)生自激。</p><p>　　方案四 采用集成寬帶程控放大器實(shí)現(xiàn)。集成寬帶程控放大器主要分為兩類：一類為編程增益運(yùn)算放大器（PGA），原理是通過改變控制端數(shù)字邏輯電平實(shí)現(xiàn)增益的控制；另一類為壓控增益運(yùn)算放大器（VGA），原理是通過改變控制端電壓實(shí)現(xiàn)增益的控制[4]。壓控增益運(yùn)算放大器具有較寬的頻帶和很高的轉(zhuǎn)換速率，滿足本課題寬頻帶的要求。利用DA輸出不同的控制電壓，實(shí)

21、現(xiàn)放大器增益調(diào)節(jié)。因此本課題中選用壓控增益運(yùn)算放大器作為程控放大器的主要放大器件。</p><p>　　2.2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)任務(wù)書要求的功能和技術(shù)指標(biāo)，本論文設(shè)計(jì)的寬帶程控前置放大器包括阻抗匹配模塊、20dB固定增益放大模塊、壓控增益增益放大模塊、功率放大模塊、單片機(jī)控制模塊、DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、電壓轉(zhuǎn)化電路、按鍵輸入和液晶顯示模塊模塊。系統(tǒng)總體框圖如圖2-

22、1所示。</p><p>　　圖2-1 系統(tǒng)總體框圖</p><p>　　信號(hào)先經(jīng)過阻抗匹配單元，通過繼電器切換選擇相應(yīng)的輸入阻抗，實(shí)現(xiàn)50Ω或1MΩ阻抗匹配。由于單級(jí)放大電路無法實(shí)現(xiàn)課題的增益-帶寬要求，系統(tǒng)采用3級(jí)放大方式。第一級(jí)是20dB的固定增益放大，第二級(jí)采用VCA824實(shí)現(xiàn)可控增益放大，第三級(jí)是20dB的后級(jí)功率放大電路，三級(jí)放大電路級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)最大60dB的增益。壓控增益放大器V

23、CA824的控制端電壓由單片機(jī)控制數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC7611提供，STC89C51單片機(jī)是系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理和控制的核心。按鍵和液晶模塊分別實(shí)現(xiàn)輸入阻抗和增益的控制和狀態(tài)顯示功能。</p><p><b>　　3　硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本系統(tǒng)硬件主要由以下幾個(gè)模塊組成：阻抗匹配模塊、20dB固定增益放大模塊、壓控增益放大模塊、功率放大模塊、單片機(jī)控制模塊、DA

24、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、按鍵輸入和液晶顯示模塊。</p><p><b>　　3.1阻抗匹配模塊</b></p><p>　　阻抗匹配模塊電路原理圖如圖3-1所示。OPA656是一款高速低噪聲的電壓反饋型運(yùn)放，工作電壓5V，增益為1時(shí)-3dB帶寬為500MHz，具有極高的輸入阻抗，其輸入阻抗為11012Ω，輸出阻抗為0.01Ω，典型失調(diào)電壓為0.25mV，最大失調(diào)電壓2.6mV

25、，最大輸出電流70mA。</p><p>　　圖3-1阻抗匹配電路</p><p>　　在此電路中OPA656組成電壓跟隨器，進(jìn)行阻抗變換。電壓跟隨器具有高輸入阻抗，低輸出阻抗的特點(diǎn)，起緩沖、隔離、提高帶負(fù)載能力的作用[5]。由于OPA656的輸入阻抗很高，繼電器吸合時(shí)，系統(tǒng)輸入阻抗可看作R1和R3并聯(lián)，由于R3的阻值是R1的2萬倍，所以系統(tǒng)輸入電阻等于R1（50Ω）；繼電器未吸合時(shí)，系

26、統(tǒng)輸入阻抗為R3（1MΩ）與一個(gè)阻值極大的電阻相并聯(lián)，所以系統(tǒng)輸入阻抗等于R3（1MΩ）。R1（50Ω）在實(shí)際電路制作中采用兩個(gè)100Ω標(biāo)稱額定功率0.5W的電阻并聯(lián)，一方面是因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)電阻里面最接近50Ω的阻值為51Ω，2%的誤差有點(diǎn)大，另一方面是提高負(fù)載電阻的功率，保證5V過載情況下50Ω電阻不燒毀。</p><p>　　系統(tǒng)輸入阻抗的切換通過單片機(jī)控制繼電器實(shí)現(xiàn)，由于系統(tǒng)采用51單片機(jī)作為控制器，其拉電流能力

27、弱，灌電流能力強(qiáng)，所以Q1采用PNP管作為為繼電器的驅(qū)動(dòng)管，使其在吸合時(shí)，可以有較大的電流流入單片機(jī)，保證三極管處在飽和的開關(guān)狀態(tài)。D6的作用是在繼電器斷電時(shí)，為繼電器線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電流提供一個(gè)泄流回路，起保護(hù)作用。</p><p>　　D1和D2為輸入鉗位保護(hù)二極管，R2為限流電阻，當(dāng)輸入電壓大于電源電壓加上二極管的導(dǎo)通電壓時(shí)，二極管導(dǎo)通，輸入信號(hào)和電源形成回路，從而保護(hù)運(yùn)放。保護(hù)二極管的導(dǎo)通電壓越小越好，肖特

28、基二極管的導(dǎo)通電壓較低，一般小于0.3V，但是肖特基二極管的漏電流較大，在這里使用不適合。這里選擇1N4148快速開關(guān)管作為輸入保護(hù)二極管，1N4148的導(dǎo)通電壓約為0.7V，最大電流150mA，OPA656內(nèi)部ESD保護(hù)二極管可流過電流30mA,由于元器件的參數(shù)離散性，可能內(nèi)部二極管先導(dǎo)通，為保險(xiǎn)起見并保留一定設(shè)計(jì)余量，設(shè)最高輸入過載電壓為100V，二極管流過電流1mA，則限流電阻R2取100KΩ。</p><p&

29、gt;　　50Ω匹配電阻在高輸入過載電壓情況下，功耗比較大，有燒毀的危險(xiǎn)，為保證安全，系統(tǒng)未通電時(shí)，繼電器不吸合，50Ω匹配電阻不連入輸入端，輸入阻抗為1MΩ；在系統(tǒng)上電時(shí)，程序設(shè)置默認(rèn)輸入阻抗也為1MΩ。</p><p>　　3.2 20dB固定增益放大模塊</p><p>　　20dB固定增益放大器采用的運(yùn)放是OPA657，原理圖如圖3-2所示。OPA657為電壓反饋型運(yùn)放，電壓反饋型

30、運(yùn)放內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定了帶寬受增益帶寬積的限制，增益帶寬積是增益和帶寬的乘積，是一個(gè)常數(shù)，當(dāng)增益變大時(shí)，運(yùn)放的帶寬就會(huì)減小。OPA657的增益帶寬積高達(dá)1.6GHz，10倍電壓增益下的小信號(hào)帶寬為275MHz，工作的電壓為5V，輸出阻抗為0.02Ω，失調(diào)電壓為0.25mV，最大輸出電流70mA，滿足本課題的要求。在此電路中OPA657組成反相放大方式，其增益為：-R9/R8=-1000/100=-10。R8、R9取值在K歐級(jí)以下，因?yàn)檩斎牒洼?/p>

31、出的寄生電阻和大電阻作用后會(huì)大大降低運(yùn)放的帶寬，不取更低值的是因?yàn)楸倦娐返妮斎胱杩沟扔赗8，取值過小會(huì)加重前端驅(qū)動(dòng)的負(fù)擔(dān)，而且前端的輸出阻抗也將影響到放大倍數(shù)。OPA657在空載的條件下最大輸出電壓為3.9V峰峰值，在此電路中信號(hào)放大10倍，所以O(shè)PA657的最大輸入電壓為0.39V。繼電器2用來控制20dB固定增益放大器是否接入電路中。當(dāng)系統(tǒng)增益小于40dB時(shí)，繼電器斷開，輸入信號(hào)直接接入壓控增益放大模塊；當(dāng)系統(tǒng)增益大于40dB時(shí)，繼

32、電器吸合，</p><p>　　圖3-220dB固定增益放大電路</p><p>　　3.3壓控增益放大模塊</p><p>　　壓控增益放大電路的核心是TI公司推出的壓控增益放大器VCA824。VCA824是一款DC耦合的、寬頻帶、V/V線性、持續(xù)可變?cè)鲆娣糯笃?，采?V供電，最大可輸出90mA的電流，具有710MHz的最高帶寬，壓擺率2500V/μs。由圖3-

33、3看出VCA824在100MHz以內(nèi)頻率特性曲線非常平坦。</p><p>　　圖 3-3 VCA824小信號(hào)頻率特性</p><p>　　VCA824獨(dú)特架構(gòu)能夠提供高度靈活的帶寬、增益與模擬輸入電壓組合，利用外置電阻RG和RF可在0dB（1V/V）至40dB（100V/V）的范圍內(nèi)設(shè)置最大增益，通過對(duì)外部提供的增益電壓進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，增益調(diào)節(jié)范圍遠(yuǎn)大于40dB，放大倍數(shù)和控制電壓之間呈

34、線性關(guān)系。最大輸出電流90mA，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與管腳功能如圖3-4所示[6-7]。</p><p>　　圖 3-4 VCA824內(nèi)部結(jié)構(gòu)與管腳功能</p><p>　　SO-14封裝的VCA824的第1和14腳為正電源輸入端，第7和8腳為負(fù)電源輸入端，正負(fù)電源分別為+5V和-5V。第2腳VG為增益控制端，第3腳+VIN和第6腳-VIN分別為信號(hào)的正負(fù)輸入端，第4、5腳之間接增益電阻RG，第1

35、2管腳FB與第10腳VOUT之間接反饋電阻RF，第12腳FB和第7腳信號(hào)輸出端VOUT之間接增益電阻RG。VCA824輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍由RG的取值決定，VIN MAX(VPP)=2RGIRG MAX，如圖3-5所示，其中IRG MAX=2.6mA，流過電阻RG上的電流IRG =Vout/(AVMAXRG)不超過2.6mA。因?yàn)橄到y(tǒng)輸入信號(hào)最大電壓為2Vpp，所以VCA824的最大輸入電壓不應(yīng)小于2Vpp ，取RG=560Ω，最大輸入電

36、壓VIN MAX(VPP)=2RGIRG MAX=2.9 Vpp，AVMAX=2RF/RG為設(shè)計(jì)最大放大倍數(shù)，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，本級(jí)最大放大10倍，VCA824最大輸出電壓峰值為4V，流過電阻RG上的電流IRG =Vout/(AVMAXRG)=4V/(10560Ω)=0.71mA滿足不大于2.6mA的要求。RF和RG的取值決定了放大器的</p><p>　　圖 3-5 VCA824最大差分輸入電壓與RG的關(guān)系<

37、;/p><p>　　圖 3-6 VCA824最大增益調(diào)節(jié)范圍與輸出電壓的關(guān)系</p><p>　　實(shí)際電路如圖3-7所示，其中兩個(gè)方框中的電路為VCA824輸入輸出失調(diào)電壓調(diào)整電路。R22和R23為匹配電阻，R10為增益電阻，R36為反饋電阻，C15、C16靠近VCA正負(fù)電源管腳，用于濾波和退耦，起穩(wěn)定系統(tǒng)電壓，濾除旁路掉電源中的高頻脈動(dòng)成份，消除自激作用。</p><p

38、>　　圖 3-7 VCA824壓控增益放大電路</p><p>　　VCA824增益與控制電壓的關(guān)系為：Gain = = （VG+1）</p><p>　　其中RF=2.8KΩ，RG=560Ω，控制電壓VG范圍為-1V～1V，則增益Gain=5(VG+1)。</p><p><b>　　3.4功率放大電路</b></p>

39、<p>　　由于VCA824的最大輸出幅擺為4V，在一些應(yīng)用中無法滿足系統(tǒng)要求，所以需要在VCA824后面加一級(jí)功率放大電路，以進(jìn)一步提高放大器的輸出電壓。電壓反饋型放大器受增益帶寬積的制約，帶寬隨著增益增加而急劇下降，而且壓擺率通常不大，放大器在放大大信號(hào)的時(shí)候，帶寬易受壓擺率的制約。電流反饋型放大器具有帶寬受增益影響較小的特點(diǎn)，且通常具有較大的壓擺率[8]。這里選用TI公司生產(chǎn)的高速、低噪聲電流反饋型放大器THS3001。

40、THS3001具有420MHz的帶寬，6500V/μs的壓擺率，供電電壓為15V時(shí)最高輸出峰峰值電壓為25V，可以提供100mA的輸出電流，可以滿足本系統(tǒng)要求。</p><p>　　電流反饋型放大器與電壓反饋型放大器不同，它的帶寬不受增益帶寬積影響，而是由其反饋電阻RF決定的，每一種電流反饋型放大器的器件手冊(cè)上一般都有其推薦值[9]。THS3001在不同反饋電阻下頻率特性曲線如圖3-8所示?？梢钥闯?，THS300

41、1的反饋電阻取值為560Ω時(shí)頻率曲線比較平坦。</p><p>　　圖3-8 THS3001不同反饋電阻的頻率特性曲線</p><p>　　功率放大電路如圖3-9所示，為了獲得較大的帶寬，THS3001的反饋電阻R7取560Ω，正相放大器放大倍數(shù)=（R7/R8）+1，其中R7=560Ω，放大倍數(shù)=10，則R8=62Ω。</p><p>　　圖3-9 THS300

42、1功率放大電路</p><p>　　3.5單片機(jī)控制電路</p><p>　　控制電路的核心是STC89C51單片機(jī)，STC89C51單片機(jī)是深圳宏晶科技推出的新一代超高強(qiáng)抗干擾/高速/低功耗的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)，12時(shí)鐘/機(jī)器周期和6時(shí)鐘/機(jī)器周期可任意選擇。工作電壓：5.5-3.4V，工作頻率0-40MHz，用戶應(yīng)用程序空間為4K字節(jié)，片上集成512字節(jié)RAM，

43、內(nèi)部自帶2K字節(jié)的EEPROM，內(nèi)部帶有看門狗，帶有32個(gè)I/O口，復(fù)位后P1/P2/P3是準(zhǔn)雙向口/弱上拉，P0是開漏輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為I/O口用時(shí)，需加上拉電阻[10]。</p><p>　　圖3-10單片機(jī)最小系統(tǒng)</p><p>　　單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖3-10所示，包括時(shí)鐘電路、復(fù)位電路和電源。該電路中單片機(jī)時(shí)鐘采用內(nèi)部時(shí)鐘方式。STC89C51芯片內(nèi)部有

44、一個(gè)高增益反向放大器，X1和X2引腳分別為該反相放大器的輸入端和輸出端，在芯片的外部通過這兩個(gè)引腳跨接石英晶體振蕩器Y2和微調(diào)電容C1、C2，形成反饋電路，就構(gòu)成了一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。C3、R8、S5組成單片機(jī)復(fù)位電路，在復(fù)位時(shí)RST引腳為高電平。單片機(jī)的第40引腳和第20引腳分別為單片機(jī)的電源和地端，在本電路中單片機(jī)只使用其內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，所以應(yīng)將第31引腳EA接上高電平[11]。</p><p>　　3.6

45、 DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊及電壓轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換器采用BB公司（現(xiàn)已被TI收購）的12位高精度DAC7611。DAC輸出的電壓提供給壓控增益放大器VCA824的增益控制端，用來調(diào)整放大器的增益。DAC7611是12位串行輸入的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，采用+5V單電源供電，輸出電壓范圍：0～4.096V，具有低功耗（2.5mW）、寬工作溫度（-40℃～85℃）的特點(diǎn) 。DCA7611的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳如圖3

46、-11所示。</p><p>　　圖3-11 DAC7611內(nèi)部結(jié)構(gòu)與引腳圖</p><p>　　DAC7611內(nèi)部帶有一個(gè)2.435V的電壓基準(zhǔn)源，串行輸入移位寄存器，鎖存器，12位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器和一個(gè)高速軌對(duì)軌的輸出放大器。外部引腳包括三線的串行接口（CS為片選端，CLK為時(shí)鐘端，SDI為串行數(shù)據(jù)輸入端），兩個(gè)控制引腳（CLR為清零端，LD為鎖存數(shù)據(jù)載入端），電源引腳和一個(gè)輸出引腳。工作

47、時(shí)串行輸入移位寄存器先接收數(shù)據(jù)，當(dāng)接收完12位數(shù)據(jù)時(shí)，由LD引腳控制將串行輸入移位寄存器中的數(shù)值鎖存，并傳給DAC中，DAC的電壓經(jīng)內(nèi)部放大器放大后輸出。</p><p>　　VCA824控制電壓VG的范圍為-1V～1V，而DAC7611可提供的輸出電壓范圍為0V～4.095V，所以需要轉(zhuǎn)化DAC輸出的電壓。電壓轉(zhuǎn)化電路將DAC輸出電壓減去2.5V，DAC7611需要輸出電壓范圍為1.5V～3.5V。DAC761

48、1及電壓轉(zhuǎn)換電路如圖3-12所示。</p><p>　　圖3-12 DAC7611及電壓轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　OPA2277為精密低噪聲運(yùn)算放大器，具有失調(diào)電壓、低溫度漂移和高共模態(tài)抑制比的特性，圖中U4B為反相放大器，反轉(zhuǎn)DAC7611輸出的極性，7腳輸出為－V_DA。TL431為三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源，典型動(dòng)態(tài)阻抗為0.2Ω，在本電路中提供2.5V的基準(zhǔn)電壓。U4A為反相加法器，輸

49、出VG ＝－(2.5V－V_DA) ＝V_DA－2.5V,即電壓轉(zhuǎn)換電路作用為將數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC7611的輸出電壓減去2.5V。R24、R25、R26、R27、R29都取10KΩ，較大的阻值可以減少TL431和DAC7611輸出阻抗的影響，而且可以降低功耗，避免運(yùn)放和元器件發(fā)熱從而減小溫飄誤差。R24、R25、R26、R27、R29最好使用0.1%精度的電阻，但是實(shí)際制作中0.1%精度的電阻較貴且不容易買。由于同一批電阻各電阻之間的容差

50、遠(yuǎn)優(yōu)于精度，且上述電阻的阻值都相同，實(shí)際中使用5%精度的貼片電阻并配合萬用表挑選也可以得到較高的精度。R40、R41為補(bǔ)償電阻，取R40＝R24//R25//R26， R41＝R27//R29，這樣使運(yùn)放同向端與反相端的外接電阻相等，以消除運(yùn)放的偏置電流及其溫度飄移的影響。</p><p>　　3.7 人機(jī)交互接口</p><p>　　為了使寬帶放大器使用方便、更人性化，本系統(tǒng)采用按鍵作

51、為人機(jī)交互的輸入設(shè)備，用12864液晶作為人機(jī)交互的輸出設(shè)備。</p><p><b>　　3.7.1鍵盤模塊</b></p><p>　　鍵盤模塊采用獨(dú)立按鍵方式，使用四個(gè)獨(dú)立按鍵，除了分別用來調(diào)節(jié)放大器輸入阻抗，增大放大器增益、減小放大器增益三個(gè)鍵外，還有一個(gè)按鍵的作用為一鍵設(shè)置增益為30dB，以方便調(diào)節(jié)增益。按鍵通過軟件支持連擊模式，即長按增大增益或減小增益按鍵

52、1S以上，增益可以快速增加或減少，以方便快速設(shè)置增益。獨(dú)立按鍵的電路如圖3-13所示。</p><p>　　圖 3-13獨(dú)立按鍵電路</p><p>　　3.7.2 液晶顯示模塊</p><p>　　液晶顯示部分是本系統(tǒng)的人機(jī)交互交互界面，負(fù)責(zé)顯示系統(tǒng)運(yùn)行的各種參數(shù)，包括輸入阻抗和增益。本設(shè)計(jì)中采用以ST7920為控制器，帶字庫的12864液晶。該液晶模塊具有4位/

53、8位并行、2線或3線串行多種接口方式。</p><p>　　每屏可顯示4行8列共32個(gè)16×16點(diǎn)陣的漢字，每個(gè)顯示RAM可顯示1個(gè)中文字符或2個(gè)16×8點(diǎn)陣全高ASCII碼字符，即每屏最多可實(shí)現(xiàn)32個(gè)中文字符或64個(gè)ASCII碼字符的顯示。該液晶模塊內(nèi)部提供128×2字節(jié)的字符顯示RAM緩沖區(qū)（DDRAM）。字符顯示是通過將字符顯示編碼寫入該字符顯示RAM實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)寫入內(nèi)容的不同

54、，可分別在液晶屏上顯示CGROM（中文字庫）、HCGROM（ASCII碼字庫）及CGRAM（自定義字形）的內(nèi)容。三種不同字符/字型的選擇編碼范圍為：0000～0006H（其代碼分別是0000、0002、0004、0006共4個(gè)）顯示自定義字型，02H～7FH顯示半寬ASCII碼字符，A1A0H～F7FFH顯示8192種GB2312中文字庫字形。字符顯示RAM在液晶模塊中的地址80H～9FH。字符顯示的RAM的地址與32個(gè)字符顯示區(qū)域有著

55、一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，其對(duì)應(yīng)關(guān)系如表3-1所示。12864液晶模塊的引腳說明如表3-2所示[12]。</p><p>　　表3-1 12864液晶RAM地址與字符顯示對(duì)應(yīng)關(guān)系</p><p>　　表3-2 12864液晶模塊的引腳說明</p><p>　　12864與單片機(jī)采用并行方式連接傳輸效率比較高，但是為了減少連線，本系統(tǒng)采用了串行方式連接，將液晶模塊的PSB引腳硬

56、件接地，本液晶模塊內(nèi)部已集成對(duì)比度調(diào)節(jié)電路，模塊第3腳VO可以不接，液晶模塊與單片機(jī)的連接如圖3-14所示。</p><p>　　圖3-14 12864液晶與單片機(jī)連接方式</p><p><b>　　4　軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1開發(fā)工具和編程語言</p><p>　　本系統(tǒng)的處理器是兼容8051指令

57、集的高速單片機(jī)STC89C51。單片機(jī)軟件是采用C51語言編寫，C51語言是ANSI C的擴(kuò)展集，其語法結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵字等與ANSI C絕大部分是相同的。與匯編相比，C51語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可移植性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢。為此，首選Keil μVision作為其開發(fā)工具。Keil μVision是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。其功能強(qiáng)大，生成的代碼緊湊，是目前

58、世界上使用最廣的51系列兼容單片機(jī)開發(fā)工具[13]。程序用Keil編譯完成后，使用宏晶公司的STC-ISP軟件將生成的HEX文件以ISP下載的方式燒寫進(jìn)單片機(jī)。</p><p>　　4.2 總體程序流程圖</p><p>　　寬帶前置程控放大器的軟件系統(tǒng)主要包括按鍵模塊、增益控制模塊，液晶模塊等模塊。系統(tǒng)總流程圖如圖4-1所示。</p><p>　　圖 4-1 系統(tǒng)

59、總流程圖</p><p>　　系統(tǒng)采用定時(shí)器T0每10ms產(chǎn)生一次中斷，在中斷服務(wù)程序中執(zhí)行按鍵掃描，確認(rèn)按鍵有效后，若阻抗、增益、顯示有改變則將相應(yīng)的標(biāo)志位置為1，在主循環(huán)中查詢相應(yīng)的標(biāo)志位，若為1則將其置0并執(zhí)行相應(yīng)的子程序。</p><p>　　4.3 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器初始化子程序</p><p>　　定時(shí)/計(jì)數(shù)器初始化內(nèi)容包括工作方式的選擇、賦初值、開放定時(shí)中

60、斷和啟動(dòng)定時(shí)器。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中選用定時(shí)/計(jì)數(shù)器0，工作在方式1，即16位定時(shí)器模式，所以TMOD寄存器的初始化值為0x01。</p><p>　　系統(tǒng)時(shí)鐘為12MHz，所以機(jī)器周期為1μs，定時(shí)10ms，初值為65536－10000＝50000，轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制為D8F0H，即TH0=0x0D8,TL0=0x0F0。</p><p>　　圖4-2 鍵盤

61、程序流程圖</p><p>　　4.4 鍵盤模塊子程序</p><p>　　按鍵模塊中四個(gè)按鍵的功能分別為：KEY1為+1dB增益步進(jìn)按鈕，KEY2為-1dB增益步進(jìn)按鈕，KEY3為將寬帶放大器總體增益設(shè)為30dB，KEY4為阻抗匹配切換。KEY1、KEY2、KEY3、KEY4分別接P0.0、P0.1、P0.2、P0.3端口。</p><p>　　鍵盤程序流程圖如圖

62、4-2所示。</p><p>　　4.5增益控制子程序</p><p>　　系統(tǒng)使用三級(jí)放大，前后兩級(jí)為固定20dB增益放大，中間一級(jí)為[-20dB，20dB]可控增益放大，通過單片機(jī)改變DAC7611的輸出電壓實(shí)現(xiàn)增益控制。單片機(jī)根據(jù)增益大小控制繼電器的吸合和斷開，實(shí)現(xiàn)前后兩級(jí)放大電路是否接入放大器中，其控制關(guān)系如表4-1所示。</p><p>　　表4-1 繼電

63、器2和3工作表</p><p>　　注：0表示繼電器吸合；1表示繼電器斷開</p><p>　　單片機(jī)改變DAC7611的輸出電壓實(shí)現(xiàn)增益控制。在程序設(shè)計(jì)時(shí)，首先定義增益變量的初值Gain_dB（單位dB）。當(dāng)KEY1或KEY2按下時(shí)，實(shí)時(shí)改變Gain_dB的值。在主程序中，將Gain_dB的值轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制值Gain_Dec，最后再轉(zhuǎn)換為寫入DAC7611寄存器的值DA_Value，從而改

64、變DAC7611的輸出電壓，即VCA824的控制電壓，最終實(shí)現(xiàn)增益控制。由于增益Gain_Dec表示三級(jí)放大電路的總增益，在計(jì)算DA_Value寄存器值得時(shí)候，必須減去前后兩級(jí)放大器的增益，仍用變量Gain_Dec表示。Gain_Dec與DA_Value的計(jì)算關(guān)系為：，式中int函數(shù)表示取整。</p><p>　　DAC7611的輸出電壓與寫入寄存器值的關(guān)系為：當(dāng)寫入值為000H時(shí)，輸出為最低電壓0V，當(dāng)寫入值為

65、FFFH時(shí)，輸出為最高電壓4095mV，即輸出電壓（單位mV）等于寫入值大小。</p><p>　　DAC7611的串行時(shí)序圖如圖4-3所示，接口信號(hào)包含片選信號(hào)CS，時(shí)鐘信號(hào)CLK、串行數(shù)據(jù)輸入信號(hào)SDI及鎖存載入數(shù)據(jù)信號(hào)LD。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)，先將LD置為高電平，將片選CS置為低電平，將數(shù)據(jù)從高位D11開始送入SDI端口，DAC7611的串行移位寄存器在時(shí)鐘上升沿的時(shí)候?qū)?shù)據(jù)讀走，當(dāng)送完最低位數(shù)據(jù)D0時(shí)，再將片選C

66、S置為高電平，LD置為低電平，此時(shí)LD引腳產(chǎn)生一個(gè)下降沿脈沖，鎖存器在LD下降沿脈沖作用下將移位寄存器的數(shù)據(jù)鎖存，送給DAC，完成12比特?cái)?shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。</p><p>　　圖4-3 DAC7611時(shí)序圖</p><p>　　增益控制子程序流程圖如圖4-4所示。</p><p>　　圖4-4 增益控制子程序流程圖</p><p>　　4.6

67、 液晶模塊程序</p><p>　　本設(shè)計(jì)中選用12864液晶模塊顯示放大器的輸入阻抗和增益。單片機(jī)通過串行方式控制液晶模塊顯示所需內(nèi)容，串行時(shí)序如圖4-5所示，液晶模塊流程圖如圖4-6所示。</p><p>　　圖4-5 12864串行時(shí)序圖</p><p>　　圖4-6 液晶模塊流程圖</p><p><b>　　5　制作和調(diào)試

68、</b></p><p><b>　　5.1制作</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)采用Protel 99SE作為原理圖和PCB的繪制工具。Protel 99SE人機(jī)界面友好，易學(xué)易用，是國內(nèi)流行的通用EDA軟件。</p><p>　　系統(tǒng)放大部分的電路采用雙層電路板設(shè)計(jì)，以底層作為大平面地，這樣可以盡可能地降低接地阻抗，盡可能地降

69、低因接地阻抗而引起的附加噪聲。元器件排布時(shí)輸入輸出之間連線盡可能遠(yuǎn)離，以避免輸入輸出之間的有害耦合[14]。電源數(shù)字和模擬之間用磁珠隔開，數(shù)字地和模擬地之間以一段較窄的銅箔相連，以減少數(shù)字信號(hào)對(duì)模擬信號(hào)的干擾。加粗電源線，減小環(huán)路電阻，提高電源的帶負(fù)載能力。電路中元器件大部分采用貼片封裝，貼片元器件安裝密度高，減小了引線分布的影響，降低了寄生電容和電感，高頻特性好，并提高了抗電磁干擾和射頻干擾能力。本系統(tǒng)的帶寬比較寬，信號(hào)有可能通過電源

70、線耦合，為提高穩(wěn)定性，電路板在電源輸入端使用兩個(gè)大容量三洋高分子聚合物電容濾波，并在每個(gè)芯片的電源引腳加上0.1uf的高頻旁路電容[15]。放大電路PCB如圖5-1所示，工廠生產(chǎn)出來的PCB如圖5-2。</p><p>　　圖5-1 放大電路PCB設(shè)計(jì)圖</p><p>　　圖5-2 放大電路PCB實(shí)物頂層照片</p><p>　　單片機(jī)控制電路較為簡單，制作要求也

71、沒有放大電路高。為降低成本，采用單層電路板設(shè)計(jì)，并使用熱轉(zhuǎn)印的方法制作實(shí)物。</p><p><b>　　5.2調(diào)試</b></p><p>　　系統(tǒng)實(shí)物制作完成后需要進(jìn)行電路調(diào)試，調(diào)試時(shí)先進(jìn)行單個(gè)模塊的調(diào)試，調(diào)試通過后進(jìn)行聯(lián)調(diào)。在調(diào)試放大部分電路帶寬時(shí)，用信號(hào)源提供放大器輸入端的信號(hào)，用示波器觀察放大器輸入輸出的波形。單片機(jī)等數(shù)字部分電路調(diào)試較為簡單，在這里不進(jìn)行詳

72、細(xì)說明。這里根據(jù)放大部分電路調(diào)試時(shí)出現(xiàn)的問題進(jìn)行描述和說明。</p><p>　　阻抗匹配單元調(diào)試：電壓跟隨器原先采用OPA657，測試中發(fā)現(xiàn)OPA657在帶寬方面滿足要求，但是直流零點(diǎn)偏移較大，有十幾mV且不穩(wěn)定，遠(yuǎn)大于OPA657典型失調(diào)電壓0.25mV，但是在后一級(jí)（20dB固定增益放大電路）的應(yīng)用中，直流零點(diǎn)偏移卻很小。通過查閱相關(guān)資料[8]發(fā)現(xiàn)OPA657增益大于7穩(wěn)定，不適合作電壓跟隨器。換為單位增益

73、穩(wěn)定的運(yùn)放OPA656，測試后帶寬和零漂都可以滿足要求。</p><p>　　VCA824壓控增益放大電路調(diào)試：①VCA824輸入端直接連接信號(hào)源時(shí)，輸出發(fā)生自激，在輸入端對(duì)地連接一個(gè)50Ω的匹配電阻后，自激現(xiàn)象消除。分析原因，信號(hào)源輸出線較長，由于分布電感和分布電容的存在，發(fā)生了傳輸線效應(yīng)，加匹配電阻后，吸收了分布電感和分布電容中的能量。②VCA824失調(diào)電壓調(diào)節(jié)：VCA824有兩個(gè)失調(diào)電壓補(bǔ)償電路，與-VIN

74、引腳相連的調(diào)節(jié)電路用來補(bǔ)償芯片輸入部分與乘法器部分產(chǎn)生的失調(diào)電壓，與FB引腳相連的調(diào)節(jié)電路用來補(bǔ)償芯片輸出部分產(chǎn)生的失調(diào)電壓。調(diào)試時(shí)先將控制電壓VG設(shè)為-1V，消除芯片輸入部分和乘法器產(chǎn)生失調(diào)電壓的影響，調(diào)節(jié)輸出部分失調(diào)補(bǔ)償電路的電位器R34，使得輸出電壓為0，再將VG設(shè)為+1V，將輸入部分與乘法器部分產(chǎn)生的失調(diào)電壓放大為最大值，調(diào)節(jié)輸入失調(diào)補(bǔ)償電路的電位器R33，使得輸出電壓為0，失調(diào)電壓調(diào)節(jié)完成。③VCA824輸出波形大小有時(shí)會(huì)有波

75、動(dòng)，加大VCA824控制端VG的對(duì)地電容后，情況有所好轉(zhuǎn)，分析是模數(shù)轉(zhuǎn)換器DAC7611的輸出不穩(wěn)定造成。由于控制端VG電壓正負(fù)不確定，需使用無極性電容，考慮到大容量無極性電容比較少，電路中使用兩個(gè)100uf的電解電容負(fù)極</p><p>　　THS3001功率放大電路調(diào)試：THS3001輸入端不接50Ω的匹配電阻時(shí)，輸出與VCA824一樣會(huì)發(fā)生自激。另外，THS3001的發(fā)熱量比較大的需加散熱片。</p&

76、gt;<p>　　聯(lián)調(diào)出現(xiàn)的問題：由于電路在設(shè)計(jì)過程中有改動(dòng)，實(shí)物板上OPA657與繼電器之間是以飛線方式連接的，有干擾信號(hào)竄入電路中，聯(lián)調(diào)時(shí)電路發(fā)生了自激，將飛線換作屏蔽線后情況改觀。但系統(tǒng)增益大于40dB時(shí)，OPA657接入電路中，信號(hào)線在OPA657的輸入輸出端繞了一圈，輸入輸出信號(hào)之間發(fā)生了串?dāng)_，使得輸出無法得到正確的結(jié)果。這個(gè)問題只能通過重新制版來解決。由于資金和時(shí)間的原因，該電路沒有重新制版，這不能不說是個(gè)遺憾

77、。</p><p><b>　　5.3性能測試</b></p><p><b>　　測試設(shè)備：</b></p><p>　　泰克TDS2024示波器（200M帶寬，配P2220探頭）</p><p>　　固緯SFG-830數(shù)字信號(hào)發(fā)生器（最高頻率30MHz）</p><p>

78、　　三位半數(shù)字萬用表DT9205A（輸入阻抗10MΩ）</p><p>　　首先進(jìn)行輸入阻抗測試。測試原理如圖5-3所示，測試輸入阻抗時(shí)，在放大器的輸入端串接一個(gè)電阻R，其阻值與輸入阻抗相等。系統(tǒng)上電后，如圖5-3接入直流電壓源，用萬用表測量直流電壓源兩端的輸出電壓U1及放大器輸入端的電壓U2，U1和U2之間滿足如下關(guān)系：，由此可得出系統(tǒng)輸入阻抗。</p><p>　　圖5-3 輸入阻抗測

79、試電路</p><p>　　輸入阻抗測試數(shù)據(jù)如表5-1所示：</p><p>　　表5-1 輸入阻抗測試數(shù)據(jù)</p><p>　　四次測量得到50Ω輸入阻抗的平均值為=50Ω，1MΩ輸入阻抗的平均值為=0.914MΩ。50Ω輸入阻抗測量誤差較小，1MΩ輸入阻抗測量誤差較大，這是因?yàn)槿f用表DT9205A的內(nèi)阻為10MΩ，測量時(shí)萬用表的內(nèi)阻對(duì)電壓U2的影響較大，從而引起

80、了較大的測試誤差。上述計(jì)算中得出的輸入阻抗為實(shí)際輸入阻抗和10MΩ并聯(lián)的結(jié)果，除去萬用表內(nèi)阻的影響，1MΩ輸入阻抗實(shí)際值為1.006MΩ。</p><p>　　過載能力測試：在系統(tǒng)輸入阻抗50Ω條件下，輸入端接5V直流電源，1分鐘后，測試放大器是否能正常放大，測試表明放大器可以正常放大。在系統(tǒng)輸入阻抗1MΩ條件下，輸入端接36V直流電源，1分鐘后，測試放大器，一切正常。</p><p>　

81、　直流零點(diǎn)漂移測試：將放大器輸入端對(duì)地短接，用萬用表直流電壓檔測量放大器的輸出電壓，測得電壓為1.3mV，滿足課題直流零點(diǎn)漂移小于2mV的要求。</p><p>　　放大器增益測試：放大器增益測試原理如圖5-4所示。信號(hào)源輸出正弦信號(hào)加到放大器的輸入端，用示波器測量放大器的輸入端信號(hào)和輸出端信號(hào)。</p><p>　　圖5-4 放大器增益測試電路圖</p><p>

82、　　測試用的示波器P2220探頭X1檔為6MHz帶寬，X10檔為200MHz帶寬，在高頻測量時(shí)，示波器探頭應(yīng)在X10檔，否則測得的信號(hào)因探頭帶寬不夠而被衰減。部分測試波形如圖5-5所示，通道1為輸入信號(hào)，通道2為輸出信號(hào)，三幅圖片為在不同頻率、不同增益、不同輸入電壓下的測試圖，從測試波形可知本文設(shè)計(jì)的放大器在工作范圍內(nèi)輸出波形無明顯失真。部分測試數(shù)據(jù)如表5-2、5-3和5-4所示。</p><p><b&g

83、t;　　圖5-5測試波形表</b></p><p>　　表5-2 0dB增益測試表</p><p>　　表5-3 20dB增益測試表</p><p>　　表5-4 40dB增益測試表 </p><p>　　由表5-2、5-3和5-4的測試數(shù)據(jù)可知，放大器的3dB帶寬大于30MHz，0-30MHz范圍內(nèi)的增益波動(dòng)小于1dB，滿足設(shè)計(jì)

84、要求。</p><p><b>　　6　結(jié)論</b></p><p>　　經(jīng)過幾個(gè)月的努力，終于完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)方案按照任務(wù)書的要求，各項(xiàng)測試指標(biāo)均達(dá)到或超過了任務(wù)書的要求。由于在設(shè)計(jì)調(diào)試過程中電路有更改，而PCB未改動(dòng)，受布局影響，在大于40dB增益時(shí)，信號(hào)在OPA657構(gòu)成的20dB放大電路的輸入輸出端形成竄擾，電路容易發(fā)生自激，這個(gè)問題需要通過重新制作PC

85、B來解決。由于資金和時(shí)間原因，畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中沒有重新制作PCB，這有點(diǎn)遺憾。</p><p>　　在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程我遇到了很多問題，通過努力，終于將其一一解決，這些過程使我增加了電路設(shè)計(jì)調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，提高了解決問題的能力，將使我受益終生。</p><p>　　本畢業(yè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)還有改進(jìn)的余地，如果通過增加加屏蔽，優(yōu)化電路，電路的輸入輸出使用BNC或SMA端子連接，可以提高系統(tǒng)的抗干擾能力。后級(jí)放大器

86、若采用浮動(dòng)電源供電[16]，可進(jìn)一步提高輸出電壓。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 什么是寬帶放大器[EB/OL], [2010-10-5].</p><p>　　http://www.ddvip.com/mc/comm/5256.html</p><p>　　[2] 董建明,微

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89、 黃爭,德州儀器高性能模擬器件在大學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)中的應(yīng)用及選型指南[M].上海: 德州儀器半導(dǎo)體技術(shù)（上海）有限公司大學(xué)計(jì)劃部,2009,5.</p><p>　　[9] 龐佑兵,梁偉.電壓反饋和電流反饋運(yùn)算放大器的比較[J]. 微電子學(xué),2003,4, 33(2):132～139.</p><p>　　[10] STC89C51用戶手冊(cè)[EB/OL],[2010-10-5].http://

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92、eed ADCs and differential transmissionlines [EB/OL], [2010-10-15]. http://focus.ti. -com/general/docs/lit /getliterature.tsp.</p><p>　　[16]王康,胡航宇,耿東晛.一種微弱信號(hào)的帶寬程控高增益放大器設(shè)計(jì)[J]. 單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,2011,1:9-12.</p>

93、;<p>　　附錄1 系統(tǒng)實(shí)物圖</p><p>　　圖1-1 系統(tǒng)實(shí)物及測試儀器</p><p>　　圖1-2 液晶顯示界面</p><p>　　附錄2 實(shí)驗(yàn)原理圖</p><p>　　圖2-1 系統(tǒng)整體原理圖</p><p>　　圖2-2 THS3001功率放大電路原理圖</p>

94、<p>　　圖2-3 單片機(jī)控制電路</p><p>　　附錄3 畢業(yè)設(shè)計(jì)作品說明書</p><p><b>　　一、作品名稱</b></p><p>　　基于單片機(jī)的寬帶前置程控放大器</p><p><b>　　二、作品功能</b></p><p>　　具有直

95、流輸入阻抗50Ω和1MΩ可選的輸入阻抗匹配單元（允許誤差2%）；具有輸入過載能力：50Ω阻抗可承受5V輸入過載，1MΩ阻抗可承受36V輸入過載；輸入信號(hào)電壓峰峰值<2V，工作帶寬為0～20MHz，增益調(diào)節(jié)范圍0～40db，調(diào)節(jié)步進(jìn)1dB；直流零點(diǎn)：輸入短路時(shí)，電路輸出直流電壓偏離零點(diǎn)在2mV范圍內(nèi)；后級(jí)功率放大器輸出最高25V峰峰值，液晶顯示輸入阻抗和增益。</p><p><b>　　三、運(yùn)行環(huán)

96、境</b></p><p>　　硬件環(huán)境：自制專用電路板</p><p>　　軟件環(huán)境：單片機(jī)內(nèi)部已燒寫好的程序</p><p><b>　　四、操作步驟</b></p><p>　　1、連接硬件電路，并檢查連接是否正確</p><p>　　2、接上電源、合上電源開關(guān)</p>

97、;<p>　　3、調(diào)節(jié)KEY4設(shè)置放大器輸入阻抗</p><p>　　4、調(diào)節(jié)按鍵KEY1、 KEY2和KEY3，設(shè)置放大器增益</p><p><b>　　五、注意事項(xiàng)</b></p><p>　　1、需仔細(xì)連接好電路</p><p>　　2、若用示波器觀察波形，應(yīng)確保示波器探頭帶寬大于信號(hào)帶寬，如使用泰