基于DAC0832程控放大器

测控系统综合训练

报告

江苏理工学院

电气信息工程学院

2014年12月29日~2015年1月23日

目录

摘要 (2)

第1章绪论 (3)

1.1 课题研究背景 (3)

1.2 设计思路 (3)

第2章系统总体设计 (4)

2.1 方案选择 (4)

2.1.1程控部分方案选择 (4)

2.1.2显示部分方案选择 (5)

2.2系统设计要求 (6)

2.3 系统结构与总体设计 (6)

第3章系统硬件设计 (6)

3.1单片机的应用与选择 (7)

3.2芯片简介 (7)

3.2.1 STC89C51性能简介 (7)

3.2.2 STC89C51的主要特性 (7)

3.2.3 STC89C51管脚功能 (7)

3.3 控制显示电路 (9)

3.4按键输入电路 (11)

3.5 D/A转换电路 (12)

3.5.1 管脚功能 (12)

3.5.2 D/A转换电路模块 (13)

3.6 转换电路 (14)

第4章系统软件设计 (15)

4.1软件开发环境简介 (15)

4.2 C语言简介 (15)

4.3软件总体设计 (15)

4.4部分程序段代码 (16)

4.4.1 DAC0832程序段 (16)

4.4.2 LCD液晶显示代码 (17)

第5章系统仿真调试 (19)

5.1 系统仿真结果 (19)

第6章整机实物调试与分析 (20)

6.1 增益测试 (20)

6.2 带宽测试 (20)

6.3 误差分析 (23)

第7章学习总结 (24)

7.1 心得体会 (24)

7.2 参考文献 (24)

附录： (25)

附录一总程序代码 (25)

附录二实物图 (31)

附录三整机电路 (32)

摘要

在电子信息技术中，常常需要对输入信号进行放大。特别是对于一些输入信号幅度变化较大的系统，常常需要实时改变其放大倍数，以保证其输出信号能满足系统的要求。为了满足该需求市面上出现了多种程控放大器。但该类放大器多采用价格昂贵的专用芯片实现，从而性价比不高。

针对以上问题，本文设计出一种可通过程序实现改变信号增益的高增益高精度信号放大器。该放大器利用电流型DAC内部的倒梯形网络配合运算放大器组成反馈网络实现程控放大的功能。

本设计采用与之相关的STC89C51单片机，TL084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。

关键词：STC89C51单片机、DAC0832、运算放大器

第1章绪论

1.1 课题研究背景

程控放大器，又名可编程放大器，是一种放大倍数由程序控制的放大器。程控放大器可以通过软件改变增益，利用模数转换器可以自动适应大范围变化的模拟信号电平，因此越来越多地应用在自动控制系统、智能化仪器仪表中。本课题适用于科学教研、生产实践和教学实验等领域。它是用STC89C51单片机、DAC0832、TL084等通过按键来实现增益的产生与切换。

1.2 设计思路

本系统的主控制模块是由单片机最小系统，四个独立按键构成的，每一个按键对应一种调整模式，分别为设置、增加、减小、移位。按下按键后，会执行相应的按键功能，松开后停止。

程控放大器的输出电压U0与DAC0832的R f端口的输入信号的关系式：U0=-[(Vref·R f)]/2nD(D n-1·2n-1+D n-2·2n-2+...+D0·20)。Vref为系统的反馈信号输入线电阻，D为DAC0832的数字输出量，就相当于改变系统的增益。

具体实现过程：系统上电后先对DAC0832和LCD1602液晶初始化，再对按键进行扫描。当按键有按下时，系统产生相应的变化，从而改变系统的增益，使得输出电压发生相应的变化。系统的放大倍数和输出电压通过液晶实时显示。

第2章 系统总体设计

2.1 方案选择

2.1.1程控部分方案选择

方案一： 采用压控放大器(如AD603)实现高增益程控放大。将可程控的电压源加到压控放大器的控制端，通过调整电压的幅值即可调整输入信号的放大倍数，实现程控放大。但这种方法所能实现的程控增益有限，很难满足题目中的高增益要求，并且在高增益时所加电压有小的纹波都会引起增益的较大变化，所以需要配合一个高精度的DAC 以及一个高精度的参考电源,所需成本较高。故不采用此方案。

方案二：采用分级PGA 芯片配合分压电阻网络和多路开关实现程控放大器。此方案的多路开关实现程控放大的原理如图2-1所示，可实现高增益程控放大。

程控放大器利用选通开关，控制放大器的反馈电阻阻值，实现改变放大倍数的原理工作。

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……

图2-1 多路开关实现程控放大的原理图

利用数模开关选通不同的开关通道，通过反馈电阻的搭配可以实现多种数值的放大，但要小步进的增益控制，则需要很复杂的电阻网络和通道选择，控制难度大，成本也相应的增加，只能进行较为简单的放大倍数控制。

方案三：利用数字电位器作为放大器的反馈电阻，实现放大器的放大倍数改变。此方案和方案二原理基本相同，都是通过调节反馈电阻来实现对增益的控制，不同的是选用数字电位器来实现，缺点是数字电位器为了扩大使用电压范围，内部附加了由振荡器组成的充电泵，因而会产生有害的高频噪声。

方案四：采用固定增益放大器与利用D/A 芯片的倒梯形权电阻网络的程控放大器级实现。

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