通用可變增益放大器畢業(yè)設(shè)計論文(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 36 6 35 7 34 8 33 9 RST 32 10 \EA/VPP 11 \PROG 12 \INTO 29 \PESN 13 \INT1 28 14 15 16 \WR 25 17 \RD 24 18 XTAL2 23 19 XTAL1 22 20 GND 21 單片機(jī)正常工作時，都需要有一個時鐘電路和一個復(fù)位電路。本設(shè)計中選擇了內(nèi)部時鐘方式和按鍵電平復(fù)位電路，來構(gòu)成單片機(jī)的最小電路。如圖 8 所示。 13 圖 8 單片機(jī)最小系統(tǒng) （ 1） 時鐘電路 在 C52 單片機(jī)片內(nèi)有一個高增益的反相放大器，反相放大器的輸入端為XTAL1，輸出端為 XTAL2，由該放大器構(gòu)成 的振蕩電路和時鐘電路一起構(gòu)成了單片機(jī)的時鐘方式。根據(jù) 連接 硬件電路的不同，單片機(jī)的時鐘連接方式可分為 外部時鐘方式和 內(nèi)部時鐘方式，本次設(shè)計采用內(nèi)部時鐘方式。 在內(nèi)部方式時鐘電路中，必須在 XTAL1（即 18 管腳） 和 XTAL2（即 19 管腳）引腳兩端跨接石英晶體振蕩器和兩個微調(diào)電容構(gòu)成振蕩電路，通常 C1 和 C2 一般取 33pF，晶振的頻率取值在 ～ 12MHz 之間。對于外接時鐘電路，要求 XTAL1接地， XTAL2 腳接外部時鐘，對于外部時鐘信號并無特殊要求，只要保證一定的脈沖寬度，時鐘頻率低于 12MHz 即可。晶體振 蕩器的振蕩信號從 XTAL2 端送入內(nèi)部時鐘電路，它將該振蕩信號二分頻，產(chǎn)生一個兩相時鐘信號 P1 和 P2 供單片機(jī)使用。時鐘信號的周期稱為狀態(tài)時間 S，它是振蕩周期的 2倍， P1 信號 在每個狀態(tài)的前半周期有效，在每個狀態(tài)的后半周期 P2 信號有效。 CPU 就是以兩相時鐘 14 P1和 P2 為基本節(jié)拍協(xié)調(diào)單片機(jī)各部分有效工作的。 如圖 9所示。 圖 9 時鐘電路 （ 2） 復(fù)位電路 單片機(jī)在啟動時都需要復(fù)位，以使 CPU 及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從 初始狀態(tài) 開始工作。 S89 系列單片機(jī)的復(fù)位信號是從 RST 引腳 （即 9管腳）輸入到芯片內(nèi)的 施密特觸發(fā)器中的。當(dāng) 單片機(jī) 系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，且振蕩器穩(wěn)定后，如果 RST 引腳上有一個高電平并維持 2 個機(jī)器周期 (24 個振蕩周期 )以上，則 CPU 就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有 上電復(fù)位 和 手動按鈕復(fù)位 。 本次設(shè)計采用手動按鈕復(fù)位。 手動按鈕復(fù)位需要人為 的 在復(fù)位輸入端 RST 上加入高電平。一般采用的辦法是在 RST 端和正電源 VCC 之間接一個按鈕。當(dāng)人為按下按鈕時，則 VCC 的 +5V電平就會直接加到 RST 端。 復(fù)位電路如圖 10。 圖 10 復(fù)位電路 15 （ 3） 按鍵控制部分 本次設(shè)計放大器的按鍵控制部分共設(shè)三 個按鍵，前兩個個按鍵分別設(shè)為自加鍵與自減鍵，每次加或減電壓變化 ，增益變化 4dB。剩下一個按鍵設(shè)置為啟動程序與保存鍵。按鍵接單片機(jī) P3 端口（ 1 1 17 腳）。如圖 11。 圖 11 按鍵控制電路 （ 4） 顯示電路 LED 數(shù)碼管是由 條形 發(fā)光二極管組成 “8” 字型的 LED 顯示器。通過數(shù)碼管中發(fā)光二極管的亮暗組合，可以顯示多種數(shù)字、字母以及其他符號。數(shù)碼管有七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管之分。 數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元（多一個小數(shù)點(diǎn)顯示）； 按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管 ； 按能顯示多少個 “8” 可分為 1 位、 2 位、 4 位等等數(shù)碼管 。 共陰 級 數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極 (COM)的數(shù)碼管。共陰 級 數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極 COM 接到地線 GND 上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。 共陽級數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極 COM 接到 +5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陰極為高 電平時，相應(yīng)字段就不亮。當(dāng)某一字段的陽極為低電平時，相應(yīng)字段就不亮。 LED 數(shù)碼管接入單片機(jī)中分為段碼和 位碼，段碼為數(shù)碼管顯示提供的各段狀態(tài)組，也即字型代碼；位碼是數(shù)碼管哪一位顯示的代碼。在段碼字節(jié)中代碼位與各段發(fā)光二級官的對應(yīng)關(guān)系：段碼的 D7D0對應(yīng)段名 a,b,c,d,e,f,d,dp。 16 段碼只與數(shù)碼管公共引腳接法（共陽極和共陰極）有關(guān)。在八段數(shù)碼管中，顯示十六進(jìn)制的段碼值如下表 表 3 十六進(jìn)制數(shù)碼段表 數(shù)字 共陽極段碼 共陰極段碼 數(shù)字 共陽極段碼 共陰極段碼 0 C0H 3FH 9 90H 6FH 1 F9H 06H A 88H 77H 2 A4H 5BH B 83H 7CH 3 B0H 4FH C C6H 39H 4 99H 66H D A1H 5EH 5 92H 6DH E 86H 79H 6 82H 7DH F 8EH 71H 7 F8H O7H 滅 FFH 00H 8 80H 7FH 本次設(shè)計采用 4位共陽數(shù)碼管作為顯示器，段控接 P1口（ 1~8 腳），位控接P3口（ 10~13 腳），如圖 12 所示 圖 12 LED顯示電路 17 DAC0832 電壓輸出電路 DAC0832 是采樣頻率為八位的 D/A 轉(zhuǎn)換器件，芯片內(nèi)有兩級輸入寄存器，使DAC0832 具備 單緩沖 、 雙緩沖 和直通三種輸入方式，以便適于各種電路的需要 (如要求多路 D/A 異步輸入、同步轉(zhuǎn)換等 )。其引腳如表 4所示。 表 4 DAC0832 管腳 腳號 符號 腳號 符號 1 \CS 20 VCC 2 \WR1 19 ILE 3 AGENF 18 \WR2 4 DI0 17 \XEFR 5 DI1 16 DI4 6 DI2 15 DI5 7 DI3 14 DI6 8 VREF 13 DI7 9 Rfb 12 IOUT1 10 DGND 11 IOUT2 DAC0832 引腳功能說明： * D0～ D7： 8 位數(shù)據(jù)輸入線， TTL 電平，有效時間應(yīng)大于 90ns(否則鎖存器的數(shù)據(jù)會出錯 )； * ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號輸入線，高電平有效； * CS：片選信號輸入線（選通數(shù)據(jù)鎖存器），低電平有效； * WR1：數(shù)據(jù)鎖存器寫選通輸入線，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于 500ns）有效。由 ILE、CS、 WR1 的邏輯組合產(chǎn)生 LE1，當(dāng) LE1 為高電平時，數(shù)據(jù)鎖存器狀態(tài)隨輸入數(shù)據(jù)線變換， LE1 的負(fù)跳變時將輸入數(shù)據(jù)鎖存； * XFER：數(shù)據(jù)傳輸控制信號輸入線，低電平有效，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于 500ns）有效； * WR2： DAC 寄存器選通輸入線，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于 500ns）有效。由 WR XFER的邏輯組合產(chǎn)生 LE2，當(dāng) LE2 為高電平時， DAC 寄存器的輸出隨寄存器的輸入而變化， LE2 的負(fù)跳變時將數(shù)據(jù)鎖存器的內(nèi)容打入 DAC 寄存器并開始 D/A 轉(zhuǎn)換。 * IOUT1：電流輸出端 1，其值隨 DAC 寄存器的內(nèi)容線性變化； * IOUT2：電流輸出端 2，其值與 IOUT1 值之和為一常數(shù)； *RFB：反饋電阻端，電阻（ 15KΩ）已固化在芯片中。改變 RFB 端外接電阻值可調(diào)整轉(zhuǎn)換滿量程精度； * VCC：電源輸入端， VCC 的范圍為 +5V～ +15V； 18 * VREF：基準(zhǔn)電壓輸入線， VREF 的范圍為 10V～ +10V； * AGND：模擬信號地； * DGND：數(shù)字信號地。 DAC0832是采樣頻率為八位的 D/A轉(zhuǎn)換芯片，集成電路內(nèi)有兩級輸入寄存器，使 DAC0832 芯片具備雙緩沖、單緩沖和直通三種輸入方式，以便適于各種電路的需要 (如要求多路 D/A異步輸入、同步轉(zhuǎn)換等 )， 所以這個芯片的應(yīng)用很廣泛 。 D/A轉(zhuǎn)換結(jié)果采用電流形式輸出 ， 若需要 需求 的模擬電壓信號，可通過一個高輸入阻抗的線性運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)。運(yùn)放的反饋電阻可通過 RFB 端引用片內(nèi)固有電 阻，也可外接。 DAC0832 邏輯輸入滿足 TTL 電平，可直接與 TTL 電路或微機(jī)電路連接。 一個 8位 D/A轉(zhuǎn)換器有 8個輸入端（其中每個輸入端是 8位二進(jìn)制數(shù)的一位），有一個模擬輸出端。輸入可有 2^8=256 個不同的二進(jìn)制組態(tài)，輸出為 256個電壓之一，即輸出電壓不是整個電壓范圍內(nèi)任意值，而只能是 256 個可能值。 所以單片機(jī)輸出數(shù)字信號經(jīng) D/A 轉(zhuǎn)化成模擬信號電壓 U，公式如下 U=VREF*D/256 (12) 本次設(shè)計采用單緩沖輸入方式，由于本設(shè)計要求增益調(diào)節(jié)范圍為~， ~， 10~100，即 20dB~40dB,按照公式（ 8），可得 Vg=1/2V~1/4V,當(dāng)基準(zhǔn)電壓 VREF 接 5V 時， DAC0832 輸出正電壓，當(dāng)基準(zhǔn)電壓 VREF 接 +5V 時，DAC0832 輸出負(fù)電壓。 Multisim 中 DAC0832 是用 IDAC16 來代替。電路如圖 13所示。 圖 13 DAC0832的模擬電壓輸出電路 19 DAC0832 與 LM324 組成單緩沖接入方式，滑動變阻器 R5 可微調(diào)輸出電壓，使之符合設(shè)計要求。 LM324 系列器件帶有差動輸入的四運(yùn)算放大器 , 是一種低 功率運(yùn)放芯片 , 有 14 個管腳 ,與單電源應(yīng)用場合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它們有一些 明顯的 優(yōu)點(diǎn)。該四放大器可以工作在低到 伏或者高到 32 伏的電源下。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場合中采用外部偏置元件的必要性。它有 5個引出腳，其中“ +”、“ ”為兩個信號輸入端，“ V+”、“ V”為正、負(fù)電源端，“ Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中， Vi（ ）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號與該輸入端的位相反； Vi+（ +）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端 Vo的信號與該輸入端的相位相同。 根據(jù)公式（ 12），上述電 路最終輸出電壓 U=5*D/256,其中 D 為單片機(jī)輸入到 DAC0832 的值。 控制部分電路圖如圖 14, 其中， RP1