自动增益控制放大器

泸州职业技术学院毕业设计

自动增益控制放大器

学生姓名王万鸿

所在系电子工程系

班级12级应电2班

专业应用电子技术

指导教师唐玉兵龙建涵

2015年04月21日

指导教师评语：

一、设计过程

1、学生在设计过程中的治学态度、工作精神；

□优□良□中□及格□不及格

2、学生掌握基础理论和专业知识的扎实程度；

□优□良□中□及格□不及格

3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力；

□优□良□中□及格□不及格

4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性；

□优□良□中□及格□不及格

5、毕业设计期间的出勤情况；中期报告的撰写情况。

□优□良□中□及格□不及格

二、设计质量

1、设计的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的设计任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、设计水平

1、设计的理论意义，对解决实际问题的意义

□优□良□中□及格□不及格

2、设计的观念是否有新意？设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、设计书、设计说明书所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格建议成绩：□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

指导教师：（签名）单位：（盖章）

年月日

评阅教师评语：

一、设计质量

1、设计的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的设计任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

二、设计水平

1、设计的理论意义，对解决实际问题的意义

□优□良□中□及格□不及格

2、设计的观念是否有新意？设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、设计书、设计说明书所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

评阅教师：（签名）单位：（盖章）

年月日

教研室（或答辩小组）及教学系意见

教研室（或答辩小组）评语：

一、答辩过程

1、毕业设计的基本要点和见解的叙述情况

□优□良□中□及格□不及格

2、对答辩问题的反应、理解、表达情况

□优□良□中□及格□不及格

3、学生答辩过程中的精神状态

□优□良□中□及格□不及格

二、设计质量

1、设计的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的设计任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、设计水平

1、设计的理论意义，对解决实际问题的意义

□优□良□中□及格□不及格

2、设计的观念是否有新意？设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、设计书、设计说明书所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

评定成绩：□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

教研室主任（或答辩小组组长）：（签名）

年月日

教学系意见：

系主任：（签名）

年月日

泸州职业技术学院

毕业论文任务书

学生姓名王万鸿专业班级12级应电2班论文题目自动增益控制放大器

接受任务日期2015 年03 月13日完成任务日

期

2015年 04 月15日

论文内容目标

1．论文目标：

1）放大器可以从mp3或信号源输入音频（100Hz~10kHz）信号，可以带600Ω负载或驱动8Ω喇叭（2~5W）。

2）当输入信号幅度在10mV~5V间变化时，放大器输出默认值保持在2V±0.2V内，波

动越小越好。

3）能够显示输入信号幅度大小及频率高低。

4）能够在1V~3V范围内步进式调节放大器输出幅度，步距0.2V。

5）能够根据环境噪声调整自动调节放大器输出幅度。

6）其他自主发挥设计。

7）设计报告。

论文要求1. 理解并确认毕业设计任务书;

2. 撰写完成毕业设计开题报告并经指导教师审核通过;

3. 确定并完成方案论证;

4.实际制作实物调试;

参考资料[1] 张晓琴.模拟电子技术应用及项目训练.西南交通大学出版社,2009.8;

[2] 铃木雅臣.晶体管电路设计.科学出版社,1997;

[3] 张军.主板维修技能实训.科学出版社，2012.1;

[4] 陆坤.电子设计技术.电子科技大学出版社,1997;

[5] 黄士生.模拟电子技术.北京：中国劳动社会保障出版社，2006；

[6] 高吉祥.电子技术基础实验与课程设计.北京：电子工业出版社，2005；

[7] 周筱龙.电子技术基础.2版.北京：电子工业出版社，2006；

[8] 金国砥.电子线路图识入门.杭州：浙江科学技术出版社，2000；

[9] 黄永定.电子实验综合实训教程.北京：机械工业出版社，2004；

[10]柯节成.简明电子元件手册.北京：高等教育出版社，2004；

[11]沈任元，吴勇.模拟电子技术基础.北京：机械工业出版社，2000；

[12]刘进峰.电子制作实训.北京：中国劳动社会保障出版社，2006；

泸州职业技术学院毕业设计

题目自动增益控制放大器

教学点泸州职业技术学院

专业应用电子技术

年级 12级应电二班

姓名王万鸿

指导教师龙舰涵唐玉兵

定稿日期： 2015年 4 月23 日

目录............................................. 错误！未定义书签。摘要............................................. 错误！未定义书签。引言. (9)

第一章系统方案.................................... 错误！未定义书签。

1.1 设计要求................................... 错误！未定义书签。

1.2 总体设计方案............................... 错误！未定义书签。第二章硬件设计.................................... 错误！未定义书签。

2.1 信号切换电路设计........................... 错误！未定义书签。

2.2峰值检波电路设计............................ 错误！未定义书签。

2.3电源电路设计................................ 错误！未定义书签。

2.4音量控制芯片................................ 错误！未定义书签。

2.5其他硬件.................................... 错误！未定义书签。第三章软件设计.................................... 错误！未定义书签。

3.1主程序...................................... 错误！未定义书签。

3.2幅度及频率检测.............................. 错误！未定义书签。

3.3液晶12864显示.............................. 错误！未定义书签。

3.4按键检测.................................... 错误！未定义书签。第四章调试测试.................................... 错误！未定义书签。

4.1电路调试.................................... 错误！未定义书签。

4.2数据测试.................................... 错误！未定义书签。第五章结束语 (18)

第六章参考文献.................................... 错误！未定义书签。第七章致谢. (19)

附录 (19)

摘要

自动增益控制放大器已广泛用于各种接收机、录音机和信号采集系统中，另外在光纤通信、微波通信、卫星通信等通信系统以及雷达、广播电视系统中也得到了广泛的应用。

本课题主要研究应用于音频放大的前级电压放大，因此设计的电路需容纳的频带范围应较宽，以至于使语音信号通过。由于语音信号的频带范围为50hz-3000hz,所以该电路所应设计的频带范围应在50hz-3000hz之间，用电路实现增益的闭环调节，在音频信号大小不一的现象，过小时影响收听效果，过大时易引起后接的功放过载，需要经常手动调整功放的输入，操作极其不便，通过此电路可以实现增益的自动调整，以至于使音频信号强时自动减小放大器的倍数，信号弱时自动增大放大器的倍数，从而实现音量的自动调节。

本系统中小信号经过检测放大，大信号经过检测不衰减，通过继电器切换信号输入通道。控制器采用MSP430F149，通过开发板自带的12位A/D双通道检测输入、输出幅度；采用电压负反馈的方式，采集输出信号幅度，经TLC5615控制TFA9843AJ音量控制芯片改变输出信号幅度。系统自动检测输入信号幅度、频率、输出信号幅度，自动完成增益控制，通过12864液晶显示。

关键词：MSP430F149 A/D TFA9843AJ TLC5615自动增益控

引言

随着微电子技术、计算机网络技术和通信技术等行业的迅速发展，自动增益控制电路越来越被人们熟知并且广泛的应用到各个领域当中。自动增益控制线路，简称AGC线路，A是AUTO（自动），G是GAIN（增益），C是CONTROL （控制）。它是输出限幅装置的一种，是利用线性放大和压缩放大的有效组合对输出信号进行调整。在音频信号大小不一的现象，过小时影响收听效果，过大时易引起后接的功放过载，需要经常手动调整功放的输入，操作极其不便，通过此电路可以实现增益的自动调整，以至于使音频信号强时自动减小放大器的倍数，信号弱时自动增大放大器的倍数，从而实现音量的自动调节。也就是说，AGC 功能可以通过改变输入输出压缩比例自动控制增益的幅度，扩大了接收机的接收范围，它能够在输入信号幅度变化很大的情况下，使输出信号幅度保持恒定或仅在较小范围内变化，不至于因为输入信号太小而无法正常工作，也不至于因为输入信号太大而使接收机发生饱和或堵塞。在电路设计中，这种线路被大量的运用，从尖端的雷达技术到日常的广播电视系统，自动增益控制无疑很好的解决了各种技术中存在的信号强度问题。目前，实现自动增益控制的手段有很多，在本文中，主要研究的是如何以放大器来实现自动增益控制的目的，也就是自动增益控制放大器。

第一章系统方案

1.1 设计要求

1.1.1放大器可以从mp3或信号源输入音频（100Hz~10kHz）信号，可以带600Ω负载或驱动8Ω喇叭（2~5W）。

1.1.2当输入信号幅度在10mV~5V间变化时，放大器输出默认值保持在2V±0.2V 内，波动越小越好。

1.1.3能够显示输入信号幅度大小及频率高低。

1.1.4能够在1V~3V范围内步进式调节放大器输出幅度，步距0.2V。

1.1.5能够根据环境噪声调整自动调节放大器输出幅度。

1.1.6其他自主发挥设计。

1.1.7设计报告。

1.2 总体设计方案

系统整体结构如下图所示

方案一：采用纯模拟方式以运放负反馈的方式设计模拟电路设计自动增益控制系统，但控制电路复杂，对元件要求较高，且控制不准，误差大。

方案二：采用数字芯片TFA9843AJ作为音量控制芯片，以数字步进的方式进行音量控制。

本系统采用方案二，框架图如下图1-1：

图1-1

第二章硬件设计

2.1 信号切换电路设计

信号切换电路设计如下图2-1：

图2-1 信号切换电路

该电路以200mv进行分界点，经过比较后由继电器切换输入通道，小信号（10mv-200mv）放大20倍，大信号（200mv-5v）不衰减。继电器切换信号经过P5.4脚送入单片机。

频率测量电路设计如下图2-2：

图2-2 过零比较电路（频率检测）

信号通过LM5532进行过零比较后，经P1.1脚进入单片机采用捕获模式进行频率检测。

2.2峰值检波电路设计

峰值检波电路如下图2-3：

图2-3峰值检波电路

由于MSP430自带的A/D采样值不稳定，设计一半波峰值检测电路，变为较为稳定的直流信号进行检测。为满足A/D输入电压2.5V的要求，输入信号经过电阻分压（二分之一）后，由交流信号转变为纹波较小的直流信号供MSP430F149检测，通过程序进行数据处理得到信号幅度值。

2.3电源电路设计

电源电路如下图2-5：

图2-5电源电路

电源由市电220V变压后经过全波整流稳压提供运放所需的正、负12V及音量控制芯片TFA9843AJ的26V电压。

2.4音量控制芯片

音量控制芯片采用TFA9843AJ，该芯片在1.5-5V直流电压范围内可模拟控制芯片内运放的增益，通过单片机输出数字信号经TCL5615进行数模转换进行自动增益控制。

2.5其他硬件

采用3个独立按键进行步距值增减调整和自动增益控制将输出幅度稳定到2V。12864液晶采用P5口控制显示。

第三章软件设计

3.1主程序

主程序流程图如下：

图3-1

3.2幅度及频率检测

幅度检测采用双通道A/D检测输入输出幅度，程序采用中断软件查询方式，采用取平均值的方式稳定幅度输出显示如下：

A/D序列多通道检测配置：

void ADC12_Sampling_SequenceChannleSequenceConvert(void)

{

ADC12CTL0 = ADC12ON + REFON + REF2_5V + SHT0_7 + MSC;

delay_ms(17);

ADC12CTL1 = ADC12SSEL_0 + SHP + CONSEQ_3 + CSTARTADD_0;

ADC12MCTL0 = SREF_1 + INCH_0; //通道A0

ADC12MCTL1 = SREF_1 + INCH_1 + EOS; //通道A1

ADC12IE = 0x0002;

_EINT();

ADC12CTL0 |= ENC + ADC12SC; //转使能开始

A/D中断读值：

#pragma vector = ADC_VECTOR__interrupt void ADC12ISR(void)

{

results[0] = ADC12MEM0;

results[1] = ADC12MEM1;

}

频率中断捕获模式：

pragma vector=TIMERA0_VECTOR__interrupt void TimerA0(void)

{

y = (CCR0-LastCCR0);//计算周期

LastCCR0 = CCR0;//保存CCR0的值

Cyc = y;

}

3.3液晶12864显示

12864液晶由P5口控制显示，显示输入输出幅度及频率，显示位数精确到小数点后3位，显示函数如下：

void Lcd12864_Dispfloat(uchar ucPosX,uchar ucPosY,float fDisp)

{

int fLen = 0;

unsigned char i;

float ufData = 0;

char ucDisp[10];

char *p = ucDisp;

ufData = fDisp;

for(i=0;i<10;i++)

{

*(p+i)=0;//数组清零

}

sprintf(p,"%0.3f",ufData);

fLen = strlen(p);

Lcd12864_Dispstr(ucPosX,ucPosY,ucDisp,fLen);

}

3.4按键检测

按键扫描采用延迟消抖后检测按键，注意读引脚时由输出切换为输入方式时需有延时，不能直接读取。

unsigned char Key_Scan(void)

{

uchar key_check;

uchar key_checkin;

key_checkin=KEYIN; //读取IO口状态，判断是否有键按下 key_checkin&= 0xF0; //屏蔽掉低四位的不确定值

if(key_checkin!=0xF0) //IO口值发生变化则表示有键按下

{

delay_ms(20); //键盘消抖，延时20MS

key_checkin=KEYIN; //再次读取IO口状态

if(key_checkin!=0xF0) //确定是否真正的有键按下 {

key_check=KEYIN; //有键按下，读取端口值 switch (key_check & 0xF0) //判断是哪个键按下

{

case 0xE0:key=1; break;

case 0xD0:key=2; break;

case 0xB0:key=3; break;

case 0x70:key=4;break;

}

第四章调试测试

4.1电路调试

1. 通电前检查：电路安装完毕，首先直观检查电路各部分接线是否正确，检查电源、地线、信号线、元器件引脚之间有无短路，器件有无接错。

2. 通电检查：接入电路所要求的电源电压，观察电路中各部分器件有无异常现象。如果出现异常现象，则应立即关断电源，待排除故障后方可重新通电.

3.单元电路调试：在调试单元电路时应明确本部分的调试要求，按调试要求测试性能指标和观察波形。调试顺序按信号的流向进行，这样可以把前面调试过的输出信号作为后一级的输入信号，为最后的整机联调创造条件。

4. 整机联调：整机联调时应观察各单元电路连接后各级之间的信号关系，主要观察动态结果，检查电路的性能和参数，分析测量的数据和波形是否符合设计要求，对发现的故障和问题及时采取处理措施。

4.2数据测试

1. 输入信号幅度在10mV~5V间变化时，放大器输出默认值保持在2V±0.2V,由于器件原因，实际测试时的输入值会有较大波动，在1V-2V输入时较精确，多次测量也会存在差异，按下K3键会自动稳定到1.8-

2.2V

次数输入电压（v）输出电压（v）理想值(v)

1 0.238 1.815 1.8-2.2

2 0.48

3 1.867 1.8-2.2

3 0.59

4 1.942 1.8-2.2

4 1.64

5 1.88

6 1.8-2.2

5 3.168 2.015 1.8-2.2

6 3.625 2.019 1.8-2.2

2. 显示输入信号幅度大小及频率高低,该频率在题目要求范围内测试十分精确。

次数输入幅度(v) 输入频率(HZ) 输出频率(HZ)

1 2.345 1000 1000.3

2 0.531 129 129.03

3 1.365 159 159.32

4 1.684 329 329.48

5 0.249 991 990.62

3. 1V~3V范围内步进式调节放大器输出幅度，步距0.2V，该功能在模拟调试时正常，但在实际调试时，增加步距第一次直接会跳2V以上，以后增减正常。

在学习中,老师严谨的治学态度、丰富渊博的知识、敏锐的学术思维、精益求精的工作态度以及侮人不倦的师者风范是我终生学习的楷模，导师们的高深精湛的造诣与严谨求实的治学精神，将永远激励着我。这三年中我还得到众多老师的关心支持和帮助。我要向百忙之中抽时间对本文进行审阅，评议和参与本人论文答辩的各位老师表示感谢。毕业设计，也许是我在大学生涯交上的最后一个作业。想籍次机会再次感谢三年以来给我帮助的所有老师、同学，你们的友谊是我人生的财富，是我生命中不可或缺的一部分。我的毕业指导老师——龙舰涵老师，他一位长辈的风范来容谅我的无知和冲动，给我不厌其烦的指导。在此，特向他道声谢谢。大学生活即将匆匆的来匆匆的去，但我却能无悔地说：“我曾经来过。”大学三年，但它给我的影响却不能用金钱与时间来衡量，这三年以来，经历过的所有都将是我以后生活中最重要的一部分，是我发展指南针。就要离开学校，走上工作的岗位了，这也是是我人生历程的又一个里程碑，在这里祝福大学里跟我风雨同舟的朋友们，多笑一点，生活更美好一点

毕业设计作为综合性的设计，它不同于以前教学中的实验、课程设计等实践环节。以前的所做的一些设计主要是根据相关的课本及老师所给资料去完成的，有一定的参照性，所以相对而言比较简单，不能完全达到锻炼自己动手能力的目的。而毕业设计则是对我们大学三年所学知识的一个综合的训练及考核，是对所学知识的应用能力和大学所学理论知识对实践技能相结合的全面的检验。真正做到了理论联系实际，把以前所学的知识综合贯通进行实践，并在实践中不断学习和自我完善。从刚确定毕业设计课题以来，首先是查找一些相关的书籍及资料，然后分析设计，并根据实际情况拟定设计方案，从而达到优化方案。在研究设计电路时，最难的是调试了，但在老师和同学的帮助下，完成的设计达到了预定的要求。同时，通过这次毕业设计，我在各个方面都有了很大的提高。也为我即将面临的工作奠定了很好的基础。在本次毕业设计中深深认识到自己的各个方面的不足之处，本着提高动手能力以及检测三年所学知识的目的，我严格要求自己，每一环节都认真对待，定期向知道老师报告进展情况和请教不懂的地方，得以完成任务。在以后的工作中，我必须进一步深化在实践中去丰富理论，完善知识结构。由于环境条件的影响，理论与实践还是有一定的差距，这也要求我们在实践中注意检验的积累。

在本次论文设计过程中，龙舰涵老师对该论文从选题，构思到最后定稿的各个环节给予细心指引与教导,使我得以最终完成毕业论文设计。历时将近两个月的时间终于将这篇论文写完，在论文的写作过程中遇到无数的困难和障碍，都在同学们和老师们的帮助下度过了。在学习中,老师严谨的治学态度、丰富渊博的知识、敏锐的学术思维、精益求精的工作态度以及侮人不倦的师者风范是我终生学习的楷模，导师们的高深精湛的造诣与严谨求实的治学精神，将永远激励着我。这三年中我还得到众多老师的关心支持和帮助。他们对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行论文的修改和改进。大大提高了我的动手能力，使我充分体会了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。经过反复的调试以及方案的论证，使电路能基本满足本设计的基础部分，虽然设计的基础部门做的不是特别好，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我受益终身。

同时在老师们一周无私的指导、带领我们突破一个又一个难题；同时系上给予我们这次参赛的机会和支持，在老师带领我们去石油大学参赛；同时参赛的过程中给与我们所有的需求。

在此，谨向老师们致以衷心的感谢和崇高的敬意！

附录：

外围电路板

电源电路板