浅谈程控增益放大器及应用讲解
第五章 程控增益放大模块
第五章.程控增益放大模块
在程序设计过程中主要涉及到LCD显示，ADC采样以及SSI通信，其中LCD显示和ADC采样功能设置可参考本书第三章相关内容。
Xxx SPI(SSI)通信
DAC8802采用SPI（相当于Tiva M4的SSI协议）通信协议进行数据传输。
DAC8802是14-bit的DAC，而串行数据锁存在DAC8802的串行输入寄存器(serial input register) 中，该寄存器为16-bit即两个字节长度（2-bit的地址:A1-A0，以及14的DA数据：D13-D0）。
寄存器数据格式如下：
选择使能其中一个DAC模块。
该两个模块的选择通过串行输入寄存器中地址位：A1和A0进行选择。
表xx 地址位设置
DAC8802的时序图如下：
图xx 时序图。
程控可变增益射频宽带放大器
程控可变增益放大器参赛队员：摘要本系统由宽带放大器OPA847、压控放大器VCA810和电流型运放OPA695组成。
系统前级通过OPA847实现10倍固定增益放大，中间级由压控放大器VCA810实现0.05~5V/V增益变化，后级由OPA695和继电器实现5~25V/V增益变化，末级由电阻网络进行10倍衰减，达到0dB~60dB 增益范围可调。
系统采用屏蔽盒进行电磁屏蔽，提高稳定性和抗干扰能力。
经测试，系统达到了题目所设定的所有指标。
关键词：放大器，VCA810，OPA847 ，OPA695AbstractThe system is designed with a broadband amplifier OPA847, Voltage controlled amplifier VCA810 and current-feedback operational amplifier OPA695.In the first stage, the system can achieve 10 times fixed-gain by OPA847.Then, in the intermediate stage, it uses VCA810 to achieve 0.05 ~ 5V / V gain range. In the latter part, the system achieves 5 ~ 25V / V gain variation by OPA695 and relays. In the last stage, the system achieves 10 times attenuation by the resistor network, so that the overall gain can be adjusted in the range of 0~60dB. In order to improve the stability and anti-jamming capability, the system uses the shield case to carry electromagnetic shielding. According to the test, all the indicators of the topic have reached .Keywords：RF broadband amplifier，VCA810，OPA847，OPA695目录1、方案论证1.1、≥60dB增益设计1.2、放大增益可调设计1.3、系统框图2、理论分析与计算2.1、宽带放大器设计2.2、频带内增益起伏控制2.3、射频放大器稳定性分析2.4、增益调整2.5、放大器带宽设计3、电路与程序设计3.1、前期固定增益电路设计3.2、VCA电路设计3.3、后级电路设计4、系统测试4.1、测试仪器4.2、测试方案及测试条件4.3、测试结果及分析5、参考文献输入VCA810输出输出一、方案论证1.≥60dB增益设计方案一：采用三极管实现。
基于单片机的程控放大器的设计与应用
352010年7月刊人工智能与识别技术信息与电脑China Computer&Communication1. 引言随着电子技术的飞速发展，对信号处理要求的提升，信号可控放大显示出其重要性。
当输入信号为弱信号的时候，信号处理电路需要具有放大功能。
程控放大器能能够针对输入信号的强弱，选择相应的增益的大小。
在工业设计中非常重要。
2. 系统设计程控放大功能可采用诸多方式完成。
几种主流方案如下：方案1：基本的电压放大器可由运算放大器构成，其增益由反馈电阻与输入电阻之间的比例确定。
基于此原理，可通过程控改变基本运算放大器放大电路中的反馈电阻大小来改变增益。
最为直观的解决方案是由模拟开关选择多路不同阻值的电阻，使相应电阻接入反馈回路中，以达到反馈电阻的变化。
单片机可控制模拟开关的选通，从而达到程控放大的目的。
该方案明显的缺点是增益的变化是非连续的，若要使各级增益更为细化无疑要有庞大的电阻数量和较多的模拟开关。
而且模拟开关的导通电阻将会使放大器增益的精度降低，当反馈电阻较小时该影响尤为强烈。
方案2：在方案1的基础上进行改进，可利用数模转换器内部所具有的电阻网络作为反馈电阻。
电流输出型D/A 芯片的参考电压引脚和电流输出引脚之间等效于一个数控的电阻网络，该网络较为精准和易于控制。
采用该种方案的程控放大器，增益的细分程度取决于D/A 转换器的精度（即位数）。
该方案虽简化了电路的实现，提高了放大器的精度，但仍旧为增益非连续的放大器，对于对增益精度较高的应用仍不适合。
方案3：采用压控放大器。
AD603是一款较为理想的压控放大器，具有低噪声、精密控制的可变增益放大器，外围电路简单，温度稳定性高，适合于本作品的制作。
单片AD603的增益变化范围被限制在40dB ，若想增大该范围只需级联多片该芯片并配合合适的级间耦合电路即可。
该方案简单易行，实现效果好，本作品采用该方案实现程控放大。
3. 电路设计如图1[1]所示，该电路构成了0-40dB 增益可变的放大电路，带宽为30MHz 。
程控增益射频宽带放大器
程控增益射频宽带放大器摘要：为实现射频信号的放大和程控增益调节功能，采用压控增益宽带放大器AD8367为核心放大器件，通过MSP430F5529单片机控制高精度数/模转换器TLV5638实现增益步进调节。
前置放大级采用低噪声宽带放大器OPA847，功率输出级采用高速电流反馈宽带放大器THS3201，实现10MHz~110MHz宽带、增益调节范围为12~52dB、步进1dB的射频宽带放大器。
关键字：射频宽带放大器；压控增益；AD8367；MSP430F55291设计方案论证1.1固定带宽增益方案方案一：采用高频三极管如9018等分立元件搭建宽带放大器，本方案带宽足够快，增益高，成本低，但是电路设计复杂，稳定性差，容易发生自激，且三极管存在交越失真等现象，输出精度不高，不满足题目对放大器稳定性和精度的要求。
方案二：采用单片集成低噪宽带放大器，如3.9GHz超高带宽、低失真、电压反馈型运算放大器OPA847，使用集成芯片在保证带宽的基础上，可有效抑制噪声，且性能稳定，电路搭建简单，调试方便。
将集成低噪声宽带放大器作为前置放大器，能够更有效地保证后级系统性能优异。
方案一中由于大量分立元件的引入，使得电路复杂且稳定性差。
方案二采用集成运放，调试方便，稳定性好。
因此，本设计选用方案二。
1.2可控宽带增益方案选择方案一：采用固定增益放大器，切换衰减网络的方法。
首先有放大器级联实现固定增益（发挥部分要求52dB），再由继电器切换衰减网络（如π型或Ｔ型）实现增益控制。
方案二：采用集成可控增益放大器。
选用宽带低噪声线性压控增益放大器AD8367作为增益控制核心器件。
其控制电压由单片机控制DAC产生，其增益控制精度取决于DAC位数。
此方案增益与控制电压呈线性关系，控制精度高，稳定性优良，可实现增益连续可调，两级AD8367级联可实现较宽的增益调节范围。
方案一衰减网络由纯电阻搭建，虽然噪声小成本低，但增益调节精度受限于电阻值调节精度；且引入继电器，将影响高频特性，档位切换也无法实现增益连续可调。
程控放大器
陕西电子科技学院
本科毕业论文（设计）
关键词：程控增益；集成运放；反馈网络；自动控制
I
Abstract
Programmable gain amplifier is designed in this paper. This structure and function of programmable gain amplifier and its main features are described. Finally cited the use of circuit. Amplifier is one of the most widely used electronic circuits. Its function is to amplify the input signal without distortion. In the broadcast, communication, automatic control, electronic equipment, the amplifier is an essential part of amplifier. Among all kinds of the electronic circuits used in all kinds of electronic instruments and equipments, the integrated operational amplifier is the most widely used analog electronic device. Integrated operational amplifier with different feedback network and using different feedback mode, you can constitute a completely different functions and features a variety of integrated operational amplifier circuit, referred to as the circuit. The operational amplifier circuit is the most basic part in various electronic circuits. The system can achieve gain from the program control, to meet the technical indicators, measurement accuracy, reliability, performance and price is relatively high.
基于单片机的程控放大器设计
基于单片机的程控放大器设计引言：程控放大器是一种能够通过控制电子元件的放大倍数的放大器。
它可以根据输入信号的大小来自动调整放大倍数，以便在不同场景下提供最佳音频输出。
本文将介绍基于单片机的程控放大器的设计原理和实现方法。
一、设计原理基于单片机的程控放大器的设计原理基于负反馈原理。
在放大器电路中，通过将一部分输出信号反馈到输入端，可以有效地控制放大倍数。
单片机作为控制核心，通过对输入信号进行采样和处理，然后控制反馈电路中的放大倍数，以达到自动调节的目的。
二、设计步骤1. 硬件设计：a. 选择合适的单片机：根据需求选择具备足够计算能力和IO口数量的单片机。
b. 连接放大器电路：将单片机的IO口与放大器电路进行连接，以实现对反馈电路的控制。
c. 添加输入和输出接口：将音频输入和输出接口与放大器电路相连接，以实现信号的输入和输出功能。
2. 软件设计：a. 初始化设置：在单片机上进行初始化设置，包括IO口的配置、时钟的设置等。
b. 采样输入信号：使用单片机的ADC模块对输入信号进行采样，获取输入信号的大小。
c. 处理输入信号：对采样到的输入信号进行处理，如滤波、放大等操作。
d. 计算放大倍数：根据处理后的输入信号大小，计算出对应的放大倍数。
e. 控制反馈电路：通过单片机的IO口控制反馈电路中的放大倍数，实现自动调节功能。
f. 输出信号：将经过放大后的信号输出到音频输出接口，以供外部设备使用。
三、实现方法1. 硬件实现：a. 选择合适的单片机：根据需求选择性能稳定、易于编程的单片机。
b. 连接放大器电路：根据放大器电路的设计原理，将单片机的IO 口与反馈电路进行连接。
c. 添加输入和输出接口：根据需求添加音频输入和输出接口，以实现信号的输入和输出功能。
2. 软件实现：a. 编写初始化代码：根据单片机的型号和规格，编写初始化代码，进行IO口和时钟的配置。
b. 编写采样代码：使用单片机的ADC模块进行输入信号的采样，获取输入信号的大小。
程控放大器课设
目录摘要 (2)Abstract (3)第1章绪论 (4)1.1 课题来源 (4)1.2 设计思路 (4)第2章方案设计 (5)2.1 核心模块的方案论证与比较 (5)2.1.1 控制模块 (5)2.1.2 显示模块 (5)2.2 系统设计要求 (6)2.3 系统设计思路 (6)2.4 系统硬件框图 (6)第3章系统硬件设计 (7)3.1 单片机的应用与选择 (7)3.2 芯片简介 (7)3.2.1 AT89C51性能简介 (7)3.2.2 AT89C51的主要特性 (7)3.2.3 AT89C51管脚功能 (8)3.3 控制显示电路 (10)3.4 键盘电路 (12)3.5 D/A转换电路 (12)3.5.1 管脚功能 (13)3.5.2 D/A转换电路 (14)3.6 放大电路 (15)3.7整机电路 (15)第 4 章软件设计及仿真 (16)4.1 软件流程图 (16)4.2 程序代码 (16)4.3 PROTUES仿真 (16)总结 (20)参考文献 (21)附录A 程序 (22)附录B 系统原理图 (27)摘要程控放大器是一种放大倍数由程序控制的放大器，也称作是可编程放大器。
在这个数据信息的时代里，数据和信息的快速采集与分析很重要，而程控放大器正好可以实现自动控制增益或量程自动切换，所以程控放大器得到广泛的应用。
这就涉及了如何通过程序去实现放大倍数的倍数，也需要用到数字控制放大器，并针对仪器的要解决的具体问题要求放大器的放大倍数在一定范围内变化，且放大倍数如何达到精细。
本设计采用与之相关的AT89c52单片机，OP07放大器，DAC0832D\A转换器的概况及应用。
本文介绍了目前程控放大器的各项技术特征，并且阐述了其工作过程和要求，硬件系统设计以及软件系统设计，简单地对可编程控制器(PLC)系统结构、工作原理及控制原理进行了分析，详细阐述了程控放大器的外观设计、放大过程、硬件设计、软件程序设计的实现过程。
2.3 程控放大器
放大器的闭环增益是
Af Cn 2n Cn1 2n1 C1 21 C0 20 1
闭环增益是控制二进制编码加1，即
A f N c 1
说明： 在此放大器中，闭环增益准确度不仅与全部 反馈回路电阻匹配准确度有关，还在很大程度上 受模拟开关导通电阻的限制。特别是在全部模拟 开关导通，闭环增益为1时，由导通电阻产生的增 益误差为最大。若以ri表示各开关的导通电阻， n 则增益的相对误差为 ri
集成程控仪用放大器—AD612
n 8, RG 314 n 9, RG 156
增益控制使用外部电阻: 增益控制使用内部电阻:
A f 1
80k RG
n 10, RG 78
80k 2n (n 1,2...10) 2 40k 2n 1
RG
2 40 k A f 1 n 2 1
§2.3 程控放大器
课本13-22页
一、程控放大器的定义及组成 二、程控同相放大器
多档程控同相放大器、增益线性变化的程控同相放大器 、 T性反馈电阻网络程控同相放大器
三、程控反相放大器
1、程控衰减反相放大器 2、程控比例反相放大器
四、仪用放大器
程控仪用放大器集成电路、程控指数增益仪用放大器 、 多档程控仪用放大器
n Rf Vo i Af C 2 i Vi R 2n1 i 0
1、双DAC程控反相放大器
Ii Vi R
j C 2 j j 0 n 1
2、程控比例反相放大 器
2
n 1
n i
.......... (1)
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摘 要 本文设计是程控增益放大器。说明了程控增益放大器的结构和功能及其主要的特点。最后举出了实用电路。 本系统以MCS-51单片机及其扩展，多路转换开关，数控增益放大器等构成了实用性较强的硬件电路。放大器是应用最广泛的一类电子线路。它的功能是将输入信号进行不失真地放大。在广播，通信，自动控制，电子测量等各种电子设备中，放大器是必不可少的组成部分。在各类电子仪器和设备所采用的电子线路中，集成运算放大器是应用最普遍的模拟电子器件。集成运放配上不同的反馈网络和采用不同的反馈方式，就可以构成功能和特性完全不同的各种集成运放电子电路，简称运放电路。这些运放电路是各种电子电路中的最基本的组成环节。
本系统能够实现增益由程序控制，能够满足各项技术指标，测量准确，工作可靠，性能价格比较高。 关键词：放大器，多路转换开关，MCS-51单片机 Summary This text design is a distance to control to increase benefit enlarger.Elucidation the distance control structure and function of increase the benefit enlarger and it be main of characteristics.The end enumerated practical electric circuit This system with the MCS-51 list slice machine and it expand, many road conversion switch, number control to increase benefit enlarger etc. constitute the function stronger hardware electric circuit.Enlarger is application the extensive electronics circuit.It of the function carry on importation signal not to lose to really enlarge.At the broadcasting, correspondence, auto control, the electronics measure etc. various electronics equipments in, the enlarger be a constitute of essential to have part.In every variety the electronics circuit for adopt of electronics instrument and equipments, integration operation enlarger is application the most widespread of imitate electronics spare part.Integration the luck put to go together with up the feedback way of the feedback network and adoption dissimilarity of dissimilarity, can constitute function and characteristic be various totally different integration luck turn on electricity sub- electric circuit, brief name luck turn on electricity road.These lucks' turning on electricity road is in various electronics electric circuit of most basically constitute link. This system can realization increase a benefit from the procedure control, can satisfy each item technique index sign, measure accurate, work credibility, function price more Gao.
Keyword:Enlarger, many road conversion switch, MCS-51 list slice machine 目录 前言 第一章 MCS-51单片机及其扩展 1．1 MCS-51系列单片机系统结构
1．2 MCS-51单片机的扩展 第二章 多路转换开关简介
第三章 数控增益放大器的基本原理 第四章 测量放大器 4．1 测量放大器的原理 4．2 测量放大器的选择 4．3 测量放大器在数控增益放大器中的应用 第五章 数控增益放大器实例 5．1 PFA100多路输入数控增益运算放大器 5．2 AD612/614数控增益测量放大器 5．3 程序示例 结束语 致谢 参考文献 前 言 随着近代超大规模集成电路的出现，微处理器及其外围芯片有了迅速的发展。集成技术的最新进展之一是将cpu和外围芯片。和程序存储器，数据存储器，并行，串行I/O口，定时/计数器，中断控制器及其他控制部件集成在一个芯片中，制成单片计算计。而近年来推出的一些文档单片机还包含有许多特殊功能单元。如A/D,D/A转换器，调制解调器，通信控制器，锁相环，DMA浮点运算单元。因此，只要外加一些扩展电路及必要的通道接口，就可以构成各种计算机应用系统。如：工业控制系统，数据采集系统，自动测试系统等。 在单片机测控系统的输入通道中，如果输入为多点巡回检测系统，多参数测量系统，输入通道为多输入结构。如果系统中只有一个单片机时，单片机只能分时对这些信号进行采样。无论是多点测量系统，还是多参数测量系统，各路传感器输出的信号电平都会有较大的差异，一般在A/D变换前都要经过放大，然后，通过A/D变换后送入单片机数据总线。为了满足多路分时多路分时传送，输入通道中必须配置多路开关。多路开关的选择由单片机控制，而多路开关在通道中的插入位置应根据传感器输出信号状况而定。当传感器输出信号电压微弱时应先进行放大，再接入多路开关。如果传感器输出信号电压较大，应先接多路开关再进行放大。如果传感器输入信号电平差异较大时，放大器应选用数控增益放大器，以满足不同模拟输入通道的不同增益要求。 因此，数控增益放大器是根据多输入通道系统中的不同模拟输入的不同增益要求而设置而设置，它具有应用灵活，使用经济等特点。下面举出了一个程控增益放大器实现框图。
图1 程控增益放大器实现框图 程控增益放大器是以放大器为基础通过单片机，多路转换开关和电阻 网络等一起构成的。如图中所示，单片机对多路转换开关进行控制，而多路转换开关又经过与测量放大器相连，并通过控制精密增益调节电阻网络，使精密增益调节电阻网络来调节测量放大器，最终实现程控增益放大器。如已知信号源所需放大倍数，并把这些放大倍数的对应数字量存入ROM中，当需要输入某信号时，则单片机将该对应的放大倍数从ROM中取出，经过多路
51单片机 多路转换开关
精密增益调节 电阻网络
测量放大器 转换开关，精密增益调节电阻网络等，使放大器按这个放大倍数输出，既完成了程控增益。 下面以可编程增益放大器MCP6S2X为例。 ＭＣＰ６Ｓ２８芯片的内部结构图（其它类似）如图２所示。由图可见，ＭＣＰ６Ｓ２Ｘ芯片内部由一些简单的功能模块构成，可共同完成多路选择、可变增益调节等功能。ＭＣＰ６Ｓ２Ｘ具有多路选择输入（ＭＵＸ）模块，共有八路输入，可由软件设置通道选择。不用的输入引脚应悬空，以使输入电流最小。当然，接ＶＤＤ或ＶＳＳ时，芯片也能正常工作但输入电流会变大。 内部运放部分主要由运放、增益转换器、梯形电阻(ＲＬＡＤ＝ＲＦ＋ＲＧ)等组成，可完成信号的放大和带宽选择，提高输出电压的精确度。 ＳＰＩ逻辑控制部分主要提供片选信号、同步时钟、串行输入输出、上电复位、控制指令和数据读写以完成通路选择和增益控制等功能。上电复位电路ＰＯＲ（Ｐｏｗｅｒ－Ｏｎ Ｒｅｓｅｔ）的功能是：当电源电压低于ＰＯＲ的限定电压时ＶＤＤ＜ＶＰＯＲ≈１．７Ｖ使内部ＰＯＲ电路复位所有的内部寄存器，并使芯片运行在关机模式下。当ＶＤＤ大于ＶＰＯＲ时，ＰＯＲ又使芯片恢复正常。另外，用ＭＣＰ６Ｓ２６、ＭＣＰ６Ｓ２８还可以实现多个芯片的连接，其连接形式为串行接口方式。多片连接时，前一个芯片的ＳＯ引脚应连到后一个芯片的ＳＩ引脚，依此类推，它们可共用ＳＣＫ和ＣＳ引脚
在前述的基础上本文将集中介绍：MCS-51单片机及其扩展，多路转换开关原理及其应用，数控增益放大器的原理及其应用的情况，并着重以AD612/614数控增益测量放大器为重点典型来研究。 第一章 MCS-51单片机及其扩展 一 MCS-51系列单片机系统结构 MCS-51系列单片机的典型产品为8051，8751，8031。8051是ROM型单片机，内部有4k字节工厂掩膜编程的Rom程序存储器；8751是EPROM型单片机，内部4k字节用户可编程的EPROM程序存储器；8031是无ROM程序存储器的单片机，它必须外接EPROM程序存储器。除此之外，8051，8751和8031的内部结构是完全相同的，都具有硬件资源。 .面向控制的8位CPU
.128个字节内部ROM数据存储器
.32位双向输入输出线
.一个双工的异步串行口
.两个十六位定时器/计数器
.五个中断源，两个中断优先级
.时钟发生器
.可以寻址64k字节的程序存储器和64k字节的外部数据存储器
MCS-51的系统简化结构图如1-1所示；管脚图见1-2 .Vss接地端 .Vcc电源端
.RST/P0复位端 .EA 8031中接低电平
.XTAL1振荡器输入 .XTAL2振荡器输入
.ALE/PROG锁存器信号出现在P0地址信号,
.PSEN用来信号选通ROM(外部)
.P0 P3为四个I/O口