简易程控运算放大器

简易程控运算放大器
摘要：
本放大器由DAC0832和OP07组成，由单片机控制步进，由按键输入，数码管显示，并将数据传入DAC0832，进行放大步进。

前级由差分电路送入差分信号。

后面加法电路加直流信号实现双极性转化为单极性信号。

关键词：
DAC 差分加法电路单片机
一、方案论证
方案一：采用模拟开关或继电器作为开关，构成梯形电阻网络，单片机控制继电器或模拟开关的通断，从而改变放大器的增益。

此方案的优点在于简单，缺点是电阻网络的匹配难以实现，调试很困难。

方案二：非易失性数字电位器改变电阻，克服了模拟电位器的主要缺点，无噪声，寿命长，阻值可程控改变，设定阻值掉电记忆。

该方案优点是增益范围宽，占用μP口少，成本低。

通频带取决于运放的通频带。

方案三：用DAC的电阻网络，改变电阻的方法，电流输出型DAC内含R-2R 电阻网络，可以作为运放的反馈电阻或输入电阻，在DAC输入数据的控制下，实现放大器增益的程控改变。

该方案的优点无需外接精密电阻，增益完全由输入的数字量决定，就可以对信号进行放大或衰减，使用方便；缺点是信噪比较低，通频带较窄。

总结：DAC电阻网络易于实现，成本低，易于控制，线性度也较高。

二、硬件设计
2.1概述：
本系统采用DA方案构建程控运算放大器。

主控部件采用Atmal公司的AT89S52，控制8位DAC0832实现0.5到128增益的程序控制，同时通过控制另一个DAC0832产生直流偏置信号，以减法运算电路实现单极性转双极性。

在运放的输出端加入功率放大器可以提高运放的负载能力。

本系统简单，成本低，同时还具有良好的性能，线性度较高。

2.2前端信号采集：
本系统前端采用通用运算放大器OP07构成仪表放大器，采集输入的差分信号。

此电路具有很高的输入阻抗。

电路图如下：
2.3DAC程控放大
将仪表放大器的输出接DAC0832的REF。

通过输入信号调节DAC内部的电阻网络的参考电压，实现放大倍数的调节。

其放大倍数为
=-
A D
/256
其中D为DAC的并行输入数据。

电路如下：
由于这种接法，放大倍数是小于1的，所以还必须接两级运放进行放大，总的放
大倍数为128.这样就实现了0.5到128倍的调节。

两级放大电路如下;
2.4双极型转单极性
通过单片机控制另一块DAC0832可以产生0到12V的直流偏置电压，然后通过减法运算电路可以将双极性信号变成单极性。

电路如下：
三、软件框图
上电——>
初始化——>
是否有按键按下——>
设置步进步进是否达到10——>
进行加减计数——>
输出及显示步进和放大倍数
四、系统测试
为了确定系统与题目要求的符合程度，我们对系统进行了实际的测试。

4.1 测量仪器
测量使用的仪器设备如表4.1所示
表4.1测试使用的仪器设备
仪表名称型号、规格数量
双通道数字示波器RIGOL DS1102E 1
低频信号发生器RIGOL DG1022 1
数字万用表UT2006 1
稳压电源DF1731SC2A 1
计算机DELL 1
4.2 指标测试和测试结果
采用示波器测量输出的电压值，然后记录信号发生器显示的输入，生成表4.2 输入VPP/v 0.2 0.8 1 5 10
20.3 12.2 16.4 9.9 5.5
输出电压值
VPP/v
按键倍数100 15 16 2 0.5
直流电压/v 5.1 6.9 8.4 5.1 3
表4.2输入——输出电压值记录表
图标分析，由表可以算出输入和输出电压值是几乎是成线性的，按键与实际倍数的误差最大为0.16。

五、附件：
4.1原理图
4.2PCB图
4.3程序代码
#include <AT89X52.H>
unsigned char code LED_seg[10]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};
sbit p10=P3^2;
sbit p11=P3^3;//位选
sbit up=P1^0;
sbit dn=P1^1;
sbit res=P1^2;
sbit STEP=P1^3;
sbit key4=P1^4;
sbit p21=P1^5;
sbit p22=P1^6;//数码管控制
unsigned char n,st;
void mdelay(unsigned int delay)
{ unsigned char i;
for(;delay>0;delay--)
{ for(i=0;i<125;i++)
{;}
}
}
void display()
{
unsigned char num[2];
num[1]=(n/2)/10;
num[0]=(n/2)%10;
p21=1;p22=0;
P2= LED_seg[num[1]];
mdelay(10);
p22=1;p21=0;
P2= LED_seg[num[0]];
mdelay(10);
}
void charge ()
{
if ( up==0)
{ mdelay(50);
if(up==0)
{
p11=1;
p10=1;
if(n!=255)
{n=n+st; P0=n;}
mdelay(50);
p10=~p10;
}
while (up==0);
}
else if ( dn==0)
{ mdelay(50);
if(dn==0)
{
p11=0;
p10=1;
if(n!=0)
{n=n-st;P0=n;}
mdelay(50);
p10=~p10;
}
while (dn==0);
}
if ( res==0)
{ mdelay(50);
if(res==0)
{ n=0; P0=0;}
mdelay(50);
}
}
void main()
{unsigned char i;
st=1;
for(i=0;i<32;i++)
{
p11=0;
p10=1;
mdelay(50);
p10=~p10;
mdelay(50);
}
P2=0x00;
while(1)
{ if (STEP==0)
{ st++;
if(st==10)
{st=1;}
}
charge();
display();
}
}。