程控放大器的实现

Ｃｈｉｎｅｓｅｈｉ－ｔｅｃｈｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ

中国高新技术企业

NO.15.2009

（CumulativetyNO.126）

程控放大器的实现

王学飞，陈毅，徐玉龙

（武汉大学电子信息学院，湖北武汉430079）

摘要：通过数/模转换器，实现了一种增益可调的程控放大器。程控放大器的增益由单片机输出的数字量控制，有种增益

可供选择。这种程控放大器具有电路简单，增益调整方便，成本低等特点。随着电子技术和计算机技术的发展，程控放大器有着广大的应用前景，并将朝着集成化、智能化、多功能化方向发展。关键词：程控放大器；单片机；D/A转换；DAC1210；AD603中图分类号：TP399文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）15-0059-02随着电工电子技术的发展，信号放大在通信、信号采集和

例如，在信号采集过程中，输入处理等领域得到了广泛的应用。

信号通常是弱信号，就要求信号处理电路具有放大功能。随着测控对象状态的变化，必然要求信号处理电路能够相应的改变放大器的增益，从而需要一个程控放大器来处理信号。

本系统选用８９Ｃ５１单片机作为控制器。８９Ｃ５１单片机是一

种高效微控制器，芯片中集成了一个多功能８位ＣＰＵ和４Ｋ字节

他还有４个８位Ｉ／Ｏ口、５个闪烁可编程可擦除只读存储器。此外，

中断源和１２８字节ＲＡＭ等资源。

选用ＤＡＣ１２１０作为数／模转换器。ＤＡＣ１２１０是１２位高分辨率电流输出型Ｄ／Ａ转换器，输入信号电平与ＴＴＬ电平兼容。ＤＡＣ１２１０的输入寄存器由８位和４位两个寄存器构成。ＤＡＣ１２１０共有１２根数据线，可直接与１６位总线的ＣＰＵ相连，也可以与８位

ＤＡＣ１２１０与８位数据总线的ＣＰＵ连接方案数据总线的ＣＰＵ连接。

是ＤＩ１１～ＤＩ４与数据总线相连，而ＤＩ３～ＤＩ０接到数据总线的高四位上。

集成运放选择宽带集成运算放大器ＡＤ８１１ＡＮ。由图２可得，此程控放大电路的增益为：

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一、系统总体方案

本系统由键盘、显示器及其驱动电路、控制电路和放大电

可以通过键盘设置增益，显示器显示当前的增益，即实路组成。

现人机交互。

系统的组成框图如图１所示：

A?

N

图1程控放大器的系统框图

二、系统硬件

（一）程控放大电路

程控增益放大电路可由集成运放，数／模转换器和单片机构成。

bifurcationinthedelayequationmodelformachinetoolvibra－tions[J]．NonlinearDynamics，2001，26（2）.

[4]TobiasSA．MachineToolVibration[M]．Glasgow：Blackie，1965.

[5]AltintasYandBudakE.Analyticalpredictionofstabilitylobesinmilling[J]．CIRPAnnals，1995，44（1）.

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[7]MaoX．Attraction，stabilityandboundednessforstochasticdifferentialdelayequations[J]．NonlinearAnalysis，2001，47（7）.

其中，Ｎ为ＤＡＣ１２１０输入量，它的范围是０～２１２－１，即实现了

２１２级增益可调。

（二）键盘和显示电路

８２７９是一款专用的键盘、显示器接口芯片，该芯片能自动完成对显示的刷新，同时还可以对键盘自动扫描，识别闭合键的键号，它具有可同时键盘扫描和显示和消除抖动等特点。通过８２７９可以实现键盘扫描和ＬＥＤ的动态显示功能。

------------------------------------------------------------[8]MaoX．Exponentialstabilityofstochasticdifferentialequa－tions[M]．NewYork：MarcelDekker，1994.

[9]ArnoldL．Stochasticdifferentialequations:theoryandap－plications[M]．NewYork：Wiley，1974.基金项目：教育部博士点科研基金项目（项目编号：20070183104）。作者简介：林洁琼（1969－），女，长春工业大学机电工程学院副教授，工学博士；周晓勤（1967－），男，吉林大学机械科学与工程学院教授，博士生导师，工学博士。

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（三）看门狗电路在单片机系统中，一些干扰源可能使单片机死机或程序不能正常运行。此时，需要及时对单片机进行复位。看门狗电路就是在死机或程序跑飞时对单片机复位的专用电路。

本系统选用ＭＡＸ８１３Ｌ作为看门狗和电源监控电路。Ｐ１．０作为“喂狗”信号，单片机只要在１．６ｓ内给Ｐ１．０正脉冲，维持高电

“喂平；当程序跑飞或单片机死机时，单片机不能在１．６ｓ内给出

狗”信号，跳变为低电平，经反相对单片机复位。此外，可随时通过图中的按键进行手工复位。系统硬件电路图如图２所示：

图4控制模块的流程图图5D/A转换模块的流程图基于以上分析，可以采用增益与控制电压呈线性关系的可编程增益放大器实现增益控制。ＡＤ６０３是一款低噪声、精密控制的可变增益放大器，其温度稳定性高。因此，可采用高精密度Ｄ／Ａ转换器输出电压控制放大器的增益。对于要求可调增益要求较宽的可以采用多片ＡＤ６０３级联实现。

图2系统硬件电路图

ＭＡＸ８１３Ｌ还可以对＋５Ｖ和＋１２Ｖ电源同时进行监控，一旦电压不稳，即可触发中断，单片机对重要数据进行保护。看门狗电路如图３所示：

五、结语

由ＤＡＣ１２１０和８９Ｃ５１构成的程控放大器具有电路简单，增益调整方便，成本低等特点。随着电子技术和计算机技术的发展，程控放大器有着广大的应用前景，并将朝着集成化、智能化、多功能化方向发展。参考文献

[1]周荷琴，吴秀清．微型计算机原理与接口技术（第三版）[M].合肥：中国科学技术大学出版社，2004.

[2]黄根春，陈小桥，张望先．电子设计教程[M]．北京：电子工业出版社，2007.

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[4]海涛．低噪、宽带程控增益放大器的实现[J]．电子技术，1998，（8）.

[5]秦迎春．在有线电视中实现程控有源滤波器的设计[J]．中国有线电视，2003，（8）.作者简介：王学飞（1990－），男，安徽滁州人，武汉大学电子信息学院测控技术与仪器专业学生。

图3看门狗电路

三、系统软件

该系统软件应采用模块化设计，包括控制模块、Ｄ／Ａ转换模块、键盘模块和显示模块。部分模块的流程图如图４、图５所示。

关于“看门狗”程序，一般情况下整个程序运行时间不会超

“喂狗”程序即可。过１．６ｓ，所以只要在程序里加一段

四、系统改进

以上设计的系统在大部分情况下可满足需要。但是，当用本

系统处理几微妙的窄脉冲时，速度较慢的Ｄ／Ａ转换器将导致信号失真，虽然可以采用高速Ｄ／Ａ转换器解决此问题，但成本会大幅提高。另一个问题是经过Ｄ／Ａ转换器的数字干扰会增加整个系统的噪声，如果采用补偿电路消除噪声会降低的系统的频响。此外，由于控制的数字量和增益（ｄＢ）是指数关系，使精度降低。

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