❶ 用單片機51怎樣做信號放大器
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❷ 請教單片機和運算放大器的區別，兩者有什麼不同啊，還有運算放大器測試系統到底是做什麼用的，請教專業人
把中央處理器CPU、隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、I/O口和中斷系統、定時器/計時器等集成在一個晶元中，具有執行較復雜程序的器件叫單片機。
運算放大器是一種放大倍數極高、精度通常很高或較高的模擬器件，最基本的功能是對模擬電壓信號進行放大，不同的運算放大器可以有各種不同的特點一針對各種需要，有的帶寬極寬、有的輸入阻抗極高、有的精度極高。
單片機主要的是數字器件，主要功能是處理數字信號，有些單片機也帶有模擬輸入輸出通道（A/D轉換器、D/A轉換器），但是通常不能直接處理微弱的模擬電壓信號。
樓上說單片機精度高、運放精度低是不妥的，高精度運放可以對幾微伏甚至更微弱的電壓信號進行有效的放大，這在單片機是根本不可能的。
❸ 設計並製作一個可控放大器，放大器的增益可設置；低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波的通帶、截止頻率可調
程式控制放大器(ad603)
2007-09-04 19:30
本設計由三個模塊電路構成:前級放大電路(帶AGC部分)、後級放大電路和單片機顯示與控制模塊。在前級放大電路中,用寬頻運算放大器AD603兩級級聯放大輸入信號,輸出放大一定倍數的電壓,經過後級放大電路達到大於8V的有效值輸出。ADUC812的單片機顯示、控制和數據處理模塊除可以程式控制調節放大器的增益外,還可以實時顯示輸出電壓有效值。
本設計採用高級壓控增益器件,進行合理的級聯和阻抗匹配,加入後級負反饋互補輸出級,全面提高了增益帶寬積和輸出電壓幅度。應用單片機和數字信號處理技術對增益進行預置和控制,AGC穩定性好,可控范圍大,完成了題目的所有基本和發揮要求。
方案論證與比較
1.可控增益放大器部分
方案一 簡單的放大電路可以由三極體搭接的放大電路實現,圖1為分立元件放大器電路圖。為了滿足增益60dB的要求,可以採用多級放大電路實現。對電路輸出用二極體檢波產生反饋電壓調節前級電路實現自動增益的調節。本方案由於大量採用分立元件,如三極體等,電路比較復雜,工作點難於調整,尤其增益的定量調節非常困難。此外,由於採用多級放大,電路穩定性差,容易產生自激現象。
方案二 為了易於實現最大60dB增益的調節,可以採用D/A晶元AD7520的電阻權網路改變反饋電壓進而控制電路增益。又考慮到AD7520是一種廉價型的10位D/A轉換晶元,其輸出Vout=Dn×Vref/210,其中Dn為10位數字量輸入的二進制值,可滿足210=1024擋增益調節,滿足題目的精度要求。它由CMOS電流開關和梯形電阻網路構成,具有結構簡單、精確度高、體積小、控制方便、外圍布線簡化等特點,故可以採用AD7520來實現信號的程式控制衰減。但由於AD7520對輸入參考電壓Vref有一定幅度要求,為使輸入信號在mV～V每一數量級都有較精確的增益,最好使信號在到達AD7520前經過一個適應性的幅度放大調整,再通過AD7520衰減後進行相應的後級放大,並使前後級增益積為1024,與AD7520的衰減分母抵消,即可實現程式控制放大。但AD7520對輸入范圍有要求,具體實現起來比較復雜,而且轉化非線性誤差大,帶寬只有幾kHz,不能滿足頻帶要求。
方案三 根據題目對放大電路的增益可控的要求,考慮直接選取可調增益的運放實現,如運放AD603。其內部由R-2R梯形電阻網路和固定增益放大器構成,加在其梯型網路輸入端的信號經衰減後,由固定增益放大器輸出,衰減量是由加在增益控制介面的參考電壓決定;而這個參考電壓可通過單片機進行運算並控制D/A晶元輸出控制電壓得來,從而實現較精確的數控。此外AD603能提供由直流到30MHz以上的工作帶寬,單級實際工作時可提供超過20dB的增益,兩級級聯後即可得到40dB以上的增益,通過後級放大器放大輸出,在高頻時也可提供超過60dB的增益。這種方法的優點是電路集成度高、條理較清晰、控制方便、易於數字化用單片機處理。
2.後級固定增益部分
由兩片AD603級聯構成的前級放大電路,對不同大小的輸入信號進行前級放大。由於AD603的最大輸出電壓較小,不能滿足題目要求,所以前級放大信號需經過後級放大達到更高的輸出有效值。
方案一 使用集成電路晶元。使用集成電路晶元電路簡單、使用方便、性能穩定、有詳細的文檔說明。可是題目要求輸出6V以上有效值,而在電子市場很難買到這樣的晶元,而我們買到的如AD811,HA-2539 等晶元,雖然輸出電壓幅度能滿足要求,但是很容易發生工作不穩定的情況。
方案二 使用分立元件自行搭建後級放大器。使用分立元件設計困難,調試繁瑣,可是卻可以經過計算得到最合適的輸入輸出阻抗、放大倍數等參數,電阻電容可根據需要更換,在此時看來較集成電路靈活。因此,我們決定自行設計後級放大器。
系統設計
1.總體設計思路
根據題目的要求,結合考慮過的各種方案,我們認真取捨,充分利用模擬和數字系統各自的優點,發揮其優勢,採用單片機預置和控制放大器增益的方法,大大提高了系統的精度和可控性;後級放大器使用由分立元件設計的推挽互補輸出放大器,提高了輸出電壓有效值。我們使信號都在單片機的數字演算法控制下得到最合理的前級放大,使其放大倍數精確。圖2所示即為本系統原理框圖。
輸入信號通過前級可控增益放大,放大倍數由單片機通過D/A轉換提供的電壓控制。AD603的Vg(=V1-V2)根據公式:增益GAIN=40×Vg+20(dB)來設定,而在AGC模式下,此控制電壓Vg是由AGC電路的反饋電壓得到,不受單片機控制。經過前級放大後的信號最後經過後級放大得到需要的輸出信號,前級和後級增益的搭配,都是經過精確的測量和計算的。輸出電壓經峰值檢波電路得到,反饋到單片機,經運算和線性補償得到有效值,同時單片機推動數碼管顯示出來。
2.主要電路原理分析
(1)直流穩壓電源 本電源採用橋式全波整流、大電容濾波、三端穩壓器件穩壓的方法,產生各種直流電壓,如正負15V,正負5V等都可以買到相應的固定輸出的三端穩壓晶元,如LM7815、LM7805。而電子市場上沒有我們要求的前級和後級放大器所需要的+10V和+30V固定輸出的三端穩壓器件,所以我們採用LM317T可變輸出的穩壓晶元,典型電路圖如圖3。
交流輸入經過電容濾波後的穩定的直流電送到三端穩壓集成電路LM317T的Vin端。LM317T是這樣工作的:由Vin端給它提供工作電壓以後,它便可以保持其+Vout端比其ADJ端的電壓高1.25V。因此,我們只需用極小的電流來調整ADJ端的電壓,便可在+Vout端得到比較大的電流輸出,並且電壓比ADJ端高出恆定的1.25V。
在LM317T的ADJ端加一個接地的濾波電容,會使紋波抑制比大幅度地提高,給高頻小信號運算放大器提供非常穩定的電源。二極體的作用是當有意外情況使得LM317T的輸入電壓比輸出電壓還低的時候防止從輸入端上有電流倒灌入LM317T引起其損壞。其電源電路見本刊網站。
(2)前級放大器和AGC AD603為單通道、低雜訊、增益變化范圍連續可調的可控增益放大器。帶寬90MHz時增益變化范圍為-11～+3ldB;帶寬為9MHz時為9～51dB。增益變化范圍可分三種模式進行控制:當 5腳與7腳斷開時,增益變化范圍為9～51dB,當5腳與7腳短接時,增益變化范因為-11～+3ldB,當5腳與7腳之間接一電阻時,可使增益變化范圍進行平移。
AD603的簡化原理框圖如圖4所示,它由無源輸入衰減器、增益控制界面和固定增益放大器三部分組成。圖中加在梯型網路輸入端(VINP)的信號經衰減後,由固定增益放大器輸出,衰減量是由加在增益控制介面的電壓決定。增益的調整與其自身電壓值無關,而僅與其差值Vg有關,由於控制電壓GPOS/GNEG端的輸入電阻高達50MΩ,因而輸入電流很小,致使片內控制電路對提供增益控制電壓的外電路影響減小。以上特點很適合構成程式控制增益放大器。為了增大控制范圍,我們採取兩級AD603級聯的方法,如圖5所示。
使用AD603製作前置放大器時,主要考慮了共模干擾問題。前置放大器採用單端輸入方式,這時要求運算放大器的另一個輸入端與信號輸入端阻抗平衡,否則在相位相同的電磁干擾情況下,將產生共模信號輸出。
AD603輸入阻抗為100Ω,低的輸入阻抗將帶來如功率、阻抗匹配等若干問題,因此我們在輸入前級用三極體搭設了射極跟隨器,用以提高輸入阻抗。根據公式:Rin≈βRe,我們取β=150的高頻三極體,取Re=1kΩ,使輸入阻抗大於150kΩ。
有時由於接收環境的不同、外界干擾的影響,接收到信號的強弱可能變化很大。特別是傳輸圖像信號時,由於頻帶寬、電磁干擾嚴重,不可能無畸變地遠距離傳輸。當信號較弱時,圖像的對比度變小,清晰度差且同步不穩定,無法成像;當信號較強時,會使後級接收端放大器進入飽和區和截止區,導致信號嚴重失真,而且還會將同步脈沖切割掉,得不到良好的圖像。
為了較好地解決這個問題,可使用自動增益控制電路,即AGC電路。它取出放大器輸出的峰值作為增益的控制電壓,使最終輸出的電壓信號保持在某一峰峰值之間,輸出較穩定的視頻信號。
在圖5中,兩級AD603可構成具有自動增益控制的放大電路,圖中由2N3904和R7組成一個檢波器,用於檢測輸出信號幅度的變化。由C11形成自動增益控制電壓Vagc,流進電容C11的電流為2N3906和2N3904兩管的集電極電流之差,而且其大小隨第二級AD603輸出信號的幅度大小變化而變化,這使得加在兩級放大器1腳的自動增益控制電壓Vagc隨輸出信號幅度變化而變化,從而達到自動調整放大器增益的目的。
為了去除50Hz工頻干擾和其它低頻干擾,我們在兩級AD603中作了巧妙的處理,級間加入的串聯電容可以與AD603的輸入阻抗形成一個高通濾波器,轉折頻率為1/2πRC,其中R為AD603的輸入阻抗100Ω,C為典型的104磁片電容,得結果約15kHz,經測試正好滿足衰減3dB起始點為10kHz,從20kHz開始幅頻特性曲線平坦的要求。
(3)手動增益預置和控制的實現 開環增益手動控制的基本思路是由單片機數字程式控制,經D/A轉換產生控制輸出電壓,加到圖5中兩塊AD603的1腳來控制。我們本想利用ADUC812單片機自帶的D/A轉換功能,但經實踐發現其D/A輸出很不穩定,難以濾除,而控制電壓要求紋波非常小,否則就會給輸出信號帶來很大雜訊。故我們改變了設計,考慮使用電阻網路AD7520進行控制,其原理如圖6所示。單片機通過74LS373給AD7520賦值,電阻R0用於調節AD7520的參考電壓,從而由AMP1得到D/A結果,再由AMP2幅度搬移至前放所需的控制電壓-0.5～+0.5V之間,提供給AD603。
(4)後級放大原理 圖7為後級放大電路圖,它是PSPICE 電路模擬時候的電路圖, 可見本電路是一個典型的單電源供電的對稱互補電路。三極體選用的是B649A和D669A高頻孿生對管,T1、T2組成前置放大級,T3、T4組成對稱輸出級。在輸入信號為0時,調整R1的阻值,可以供給三極體適當的偏置,從而使R9和R10間的電位為Vcc/2。
靜態時,通常輸出點電位為Vcc/2,為了保證電路工作點的穩定性,我們使用R9、R10和C5將輸出端和T1、T2輸入端相連,以引入負反饋。
晶體管的ft在很大程度上決定了放大器的帶寬。因為有源負載的頻率特性和雜訊特性較差,因此我們在電路中採用電阻做負載。使用分立元件製作後級放大器時,在指標允許的情況下,我們盡量降低輸入阻抗,以減少空間輻射帶來的干擾。
(5)峰值檢波電路 圖8為峰值檢波電路。峰值檢波有兩種方案,第一種是使用AD637。
AD637真有效值檢測器將輸出的交流信號取樣回來轉換為直流,經過單片機的A/D轉換後,顯示在數碼管上。輸入電壓不大的時候,AD637尚可正常工作;但是,當輸出為最大到8V有效值的電壓時,AD637工作將不正常,並且,隨著頻率的不同,AD637的工作狀態會有所不同,所以不宜使用。另一種方案是,取樣回來的輸出電壓經過二極體和電容進行峰值檢波,並經過高精度運算放大器進行衰減和保持後輸入A/D轉換器轉換為數字信號進行顯示,這樣精度可以得到保證,不過會有一定的管壓降,使用檢波用肖特基二極體大概會有0.2V壓降,完全可以通過單片機進行顯示上的補償。
(6)單片機系統 單片機是整個放大器控制的核心部分,它主要完成以下功能:接收用戶按鍵信息以控制增益;接收峰值檢波電路的反饋電壓以計算有效值;對AD603的增益控制電壓進行控制。程序流程圖如圖9所示。各個功能由不同的模塊實現:
鍵盤檢測模塊 記錄用戶對鍵盤的操作,將設定的增益數值記錄下來。
控制電壓模塊 根據用戶對增益的設置,查表得到對D/A轉換器的控制字串,輸出給D/A轉換器以產生精確的控制電壓。
有效值模塊 由於輸入輸出是標準的正弦信號,峰值檢波電壓值根據經驗公式Vmax=√2Vrms計算,並經過線性修正得到有效值,經測試顯示誤差不超過0.5%。
顯示模塊 按用戶需要將預置增益值或者有效值顯現在數碼管上。
總 結
通過對輸入輸出、頻帶、增益、AGC等各方面的測試,我們得到了如附表所列的性能。
專家點評:作品包括模擬和數字兩大部分,採用集成電路與分立元器件結合的方案,集中了各自優勢,收到設計簡單、性能優良、實現較容易等效果。其中模擬前端由兩塊高性能集成寬頻、低雜訊可變增益放大器AD603級聯而成,負責信號放大並與單片機電路配合實現了增益控制;後級功率輸出模塊採用分立元器件構成,得到較高的輸出電壓范圍;系統控制模塊以ADUC812單片機為主,可完成增益設定、電壓有效值計算和相關信息顯示等功能。
系統採用電壓反饋控制方式實現了自動增益控制,AGC范圍較寬。設計與製作中利用數模隔離、電源隔離、濾波和去耦等技術,以及PCB板合理布線、級間阻抗匹配和軟體演算法誤差補償等措施,有效減少了雜訊和干擾的影響,同時提高了系統的穩定性。
設計方案論證充分,各級電路參數確定、阻抗匹配設計合理;系統完成的功能完備,增益、帶寬等主要指標均達到題目的要求。
設計中還應進一步注意高頻放大器增益與帶寬之間的關系,從題目要求出發,二者兼顧,以獲取更好的帶寬性能。
點評專家 劉開華,天津大學電子信息工程學院教授,全國大學生電子設計競賽專家組成員。
❹ 這個單片機電路圖中放大器是幹嘛的，能具體說一下嗎
知道是放大器就 行，小信號放大吧，要不AD轉換的解析度太低，對於小信號測量誤差極大
不加放大器，你測一下電流試試，需要很大的取樣電阻，對被測電路影響極大，取樣電阻小時，測量很不準確
❺ 組成放大器的基本原則是什麼
1.保證三極體發射極正偏,集電極反偏 2,保證信號能順利傳輸。 3.保證信號不失真,即合適靜態工作點。
❻ 學習單片機要有哪些基礎知識
學習使用單片機就是理解單片機硬體結構，以及內部資源的應用,在匯編或C語言中學會各種功能的初始化設置，以及實現各種功能的程序編制。
第一步：數字I/O的使用
使用按鈕輸入信號，發光二極體顯示輸出電平，就可以學習引腳的數字I/O功能，在按下某個按鈕後，某發光二極體發亮，這就是數字電路中組合邏輯的功能，雖然很簡單，但是可以學習一般的單片機編程思想，例如，必須設置很多寄存器對引腳進行初始化處理，才能使引腳具備有數字輸入和輸出輸出功能。每使用單片機的一個功能，就要對控制該功能的寄存器進行設置，這就是單片機編程的特點，千萬不要怕
麻煩，所有的單片機都是這樣。
第二步：定時器的使用
學會定時器的使用，就可以用單片機實現時序電路，時序電路的功能是強大的，在工業、家用電氣設備的控制中有很多應用，例如，可以用單片機實現一個具有一個按鈕的樓道燈開關，該開關在按鈕按下一次後，燈亮3分鍾後自動滅，當按鈕連續按下兩次後，燈常亮不滅，當按鈕按下時間超過2s，則燈滅。數字集成電路可以實現時序電路，可編程邏輯器件（PLD）可以實現時序電路，可編程式控制制器（PLC）也可以實現時序電路，但是只有單片機實現起來最簡單，成本最低。
定時器的使用是非常重要的，邏輯加時間控制是單片機使用的基礎。
第三步：中斷
單片機的特點是一段程序反復執行，程序中的每個指令的執行都需要一定的執行時間，如果程序沒有執行到某指令，則該指令的動作就不會發生，這樣就會耽誤很多快速發生的事情，例如，按鈕按下時的下降沿。要使單片機在程序正常運行過程中，對快速動作做出反應，就必須使用單片機的中斷功能，該功能就是在快速動作發生後，單片機中斷正常運行的程序，處理快速發生的動作，處理完成後，在返回執行正常的程序。中斷功能使用中的困難是需要精確地知道什麼時候不允許中斷發生（屏蔽中斷）、什麼時候允許中斷發生（開中斷），需要設置哪些寄存器才能使某
種中斷起作用，中斷開始時，程序應該干什麼，中斷完成後，程序應該干什麼等等
。
中斷學會後，就可以編制更復雜結構的程序，這樣的程序可以干著一件事，監視著一件事，一旦監視的事情發生，就中斷正在乾的事情，處理監視的事情，當然也可以監視多個事情，形象的比喻，中斷功能使單片機具有吃著碗里的，看著鍋里的功能。
以上三步學會，就相當於降龍十八掌武功，會了三掌了，可以勉強護身。
第四步：與PC機進行RS232通信
單片機都有USART介面，特別是MSP430系列中很多型號，都具有兩個USART介面。USART介面不能直接與PC機的RS232介面連接，它們之間的邏輯電平不同，需要使用一個MAX3232晶元進行電平轉換。
USART介面的使用是非常重要的，通過該介面，可以使單片機與PC機之間交換信息，雖然RS232通信並不先進，但是對於介面的學習是非常重要的。正確使用USART介面，需要學習通信協議，PC機的RS232介面編程等等知識。試想，單片機實驗板上的數據顯示在PC機監視器上，而PC機的鍵盤信號可以在單片機實驗板上得到顯示，將是多麼有意思的事情啊！
第五步：學會A/D轉換
MAP430單片機帶有多通道12位A/D轉換器，通過這些A/D轉換器可以使單片機操作模擬量，顯示和檢測電壓、電流等信號。學習時注意模擬地與數字地、參考電壓、采樣時間，轉換速率，轉換誤差等概念。
使用A/D轉換功能的簡單的例子是設計一個電壓表。
第六步：學會PCI、I2C介面和液晶顯示器介面
這些介面的使用可以使單片機更容易連接外部設備，在擴展單片機功能方面非常重要。
第七步：學會比較、捕捉、PWM功能
這些功能可以使單片機能夠控制電機，檢測轉速信號，實現電機調速器等控制起功能。
如果以上七步都學會，就可以設計一般的應用系統，相當於學會十招降龍十八掌，可以出手攻擊了。
第八步：學習USB介面、TCP/IP介面、各種工業匯流排的硬體與軟體設計
學習USB介面、TCP/IP介面、各種工業匯流排的硬體與軟體設計是非常重要的，因為這是當前產品開發的發展方向。
到此為止，相當於學會15招降龍十八掌，但還不到打遍天下無敵手的境界。即使如此，也算是單片機大蝦了。
❼ 單片機 放大電路
LM386屬於音頻放大集成電路，其通常用於放大音頻信號，本質上屬於線性模擬放大器，而你說的電阻加三極體的放大電路屬於開關放大電路，又稱反相器它只有飽和和截止兩種工作狀態，本質上屬於數字電路，所以兩者的工作性質和用途完全不同。
❽ 在單片機實驗中放大器一般有哪些器件選擇
你是說運算放大器么？沒什麼特殊要求可以選用uA741,LM358,這種便宜好用，一般應用都能滿足，驅動繼電器可以選用uln2003達林頓管。
❾ 學單片機要用到哪些模擬電路知識撿主要，重點的
單片機屬於數字電路，學習單片機需要掌握的模擬電路知識常用的有：
1、電阻、電容、電感、二極體、三極體的基本原理及應用
2、三極體的三種基本放大電路及其它放大及驅動電路
3、高通、低通等無源及有源濾波電路
4、運算放大器的基本電路
5、正弦波、方波、三角波等波形發生電路
6、數模混合的AD和DA電路