自动增益控制电路设计文章

摘要

本设计以程控增益衰减器TLV5616为核心，通过单片机STC89C52控制各模块，实现电压增益连续可调，输出电压在2Vpp基本恒定，并且通过程序设定使输出电压在1-3Vpp范围内可变。系统由五个模块组成：信号调理模块，程控增益衰减器模块，放大器模块，峰值检测模块，控制与显示模块。将输入信号通过信号调理电路送入程控增益衰减器，然后再将信号按要求放大输出，通过峰值检测电路检测输入TLV5616的电压情况，并送给STC89C52单片机采样。此时，经过单片机的控制处理后，再与理想输出信号数值进行比较，若有偏差，则通过程序设定调整TLV5616的增益控制电压，调整放大倍数，从而实现信号的稳定输出。关键词：TLV5616；STC89C51; 程控增益衰减器；峰值检测

目录

1方案论证与比较 (1)

1.1信号调理模块方案 (1)

1.2程控增益衰减模块方案 (2)

1.3放大器模块方案 (3)

1.4峰值检测模块方案 (3)

1.5控制与显示模块方案 (4)

2理论分析与计算 (6)

2.1前级信号调理 (6)

2.2程控增益衰减器 (7)

2.3放大器 (8)

2.4峰值检测 (8)

2.5控制器 (9)

3系统硬件设计 (10)

3.1总体设计思路 (10)

3.2总体电路设计 (10)

4系统软件设计 (12)

5系统调试与误差分析 (12)

5.1测试仪器 (12)

5.2测试结果及分析 (12)

6总结 (13)

参考文献 (13)

1方案论证与比较

1.1信号调理模块方案

方案一：由TLV5616的使用手册可得，其最大输入参考电压VREF为2.25V,故采用函数信号发生器产生0.1V-5V Vpp的正弦信号，再通过两级反向比例电路使输出电压小于2.25V。如图1.1a所示。

图1.1a反向比例调理电路

方案二：由于TLV5616的输入参考电压VREF不能为负值，故在电路输入端进行直流偏置，产生一个3V左右的直流电压Vf，使交流电压负半周电压值向上抬升，最后通过同向比例电路再经过电阻分压使输出电压小于2.25V。另外，为了起到保护和隔离的作用，在直流偏置后面添加了一个电压跟随器。如图1.1b 所示。

图1.1b同向比例调理电路

综上：方案一的反向比例电路输入阻抗较大，需要运放具有较高的共模抑制比，且电路不简洁。方案二相比之下可行性更高，电路容易实现。加入直流偏置后能够避免信号在负轴出现，电压跟随器也起到了很好的保护和隔离的作用。故我们选择方案二。

1.2程控增益衰减模块方案

方案一：采用纯硬件电路实现。由TLV5616和运放构成的电压比较器和减法电路实现。把实际差值和理论电压的差值通过适当幅值和极性的处理，作为TLV5616的控制信号，从而实现放大倍数的自动调整，实现输出电压恒定。

方案二：采用TLV5616和STC89C52单片机结合，通过当采样信号VRFE进入单片机后，由单片机对TLV5616的控制信号CODE的处理，得到一个关于输入参考电压VREF与输出电压VOUT的线性关系，最后再与理论输出电压比较，若有偏差，则继续调整，即实现了增益的自动控制。

综上：方案一理论低端，精度不够，通用性不好，方案二控制准确，自控速度较快，系统可移植性强，功能改变和增加容易，为后期改善和提升电路性能有益。故我们选用方案二。

1.3放大器模块方案

当信号通过TLV5616后，为了滤掉信号调理部分添加的直流信号，我们采用RC低通滤波器进行滤波，再利用一个同相比例放大电路对输出信号作进一步调整。在这里，我们选用单运放NE5534，它具有高效低噪声且高单位增益的特点。

1.4峰值检测模块方案

方案一：如图1.4a所示，当初始电容电压Uc=0时，当Ui≥0时，由于运放U3充当跟随器，故Ui=Uo,二极管D2导通，电容C2充电，直至电容C2上的电压Uc等于输入电压Ui的峰值；只要输入电压Ui≤Uc，二极管就截止，电容上的电压Uc保持不变，即电容Uc保持之前检测到的输入信号的峰值。

图1.4a峰值检测电路

方案二：如图1.4b所示小信号峰值检测电路。二极管D1置于两个反馈回路之中，运放U2A构成电压跟随器，使峰值检测电路与后面的电路隔离。当正极性电压Ui输入时，D1导通，D2截止，电容C1充电，直至电容C1上的电压等于输入电压Ui的峰值；当负极性电压Ui输入时，D2导通，D1截止，连接两级运放之间的电路断开，电容Uc上的电压保持之前的输入峰值不变，当正极性电压再次输入时，电容继续被充电，即实现了峰值的连续检测。

图1.4b峰值检测电路

综上：方案一中当输入小信号的峰值小于二极管D2的正向导通电压时，二极管将截止，峰值检测电路不能工作。在方案二中小信号输入时，即使信号的峰值很小，由于运放U1A的增益Av很大,其输出Uo1=Uin×Av，足以使二极管D1导通，迫使运放U2A处于跟随状态，从而能实现对输入小信号峰值的检测。且该电路设置了负反馈回路，提高了电路的稳定性，且有效的减轻了噪声的影响。因此选择方案二更为合理。

1.5控制与显示模块方案

方案一：采用MSP430F149芯片和数码管。MSP430F149芯片是一类具有16位总线的带FLASH 的单片机,具有1.8V-3.6V超宽供电电压，两个16位定时器、一个14路的12位的模数转换器、自带看门狗、两路USART通信端口、一个比较器、一个DCO内部振荡器和两个外部时钟,支持8M 的时钟.可靠性能好,加强电干扰运行不受影响，适应工业级的运行环境。

图1.5a MSP430F149引脚图

方案二：采用STC89C52单片机控制处理和数码管显示。STC89C52单片机是单时钟/机器周期的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰对的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，但是速度快8-12倍。供电电压为3.5V～5.5V,内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换（250K/S,即25万次/秒），针对电机控制，强干扰场合。