ti杯报告_二工大_13组_可控增益放大器

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1、2012TI杯上海大学生电子设计邀请赛可控增益放大器技术报告参赛学校：上海第二工业大学可控增益放大器摘要：本系统以MSP430G2553Z作为可控增益放大器的控制核心，选用乘法器型DA芯片DAC8043和高性能音频运算放大器OPA1611搭建了一个程控衰减器和一个程控增益放大器，实现信号链路的衰减及放大；选用另一片高性能音频运算放大器OPA1611搭建一个电压跟随器和一个电压比较器，作为输出信号的反馈回路；MSP430G2553Z通过对反馈电路的峰值信号采样，经PID算法控制衰减器和增益放大器，从而使系统达到对信号源的可控放大与自动增益控制等功能。关键词：可控增

2、益；MSP430G2553Z；DAC8043；OPA1611；PID算法目录1.设计要求·············································12.方案比较与论证······································23.理论分析与计算······································44.电路与程序设计·······································75.测试结果与分析······································12

3、一、设计要求1．基本要求设计一个负载为1K欧姆的可控增益放大器，可控增益放大器的放大倍数从1至128倍可调；通过按键短按，控制步进为4倍循环（1，4，16，64，128，1，…）；（1）输入信号为频率为1KHz，200mVpp的正弦信号时，在所有增益条件下：a.增益精度高于1％；b.无明显波形失真；（2）输入一个1KHz，200mVpp的方波，在所有增益条件下，a.输出方波没有形态失真（输出变为三角波/正弦波，或有寄生振荡频率）；b.输出方波的过冲不超过5％；c.输出方波的上升到90％的上升时间应小于80uS;（3）制作一个100mV的直流电平（用万用表测量），

4、做为可控增益放大器的输入，在增益为128倍时：a.用万用表测量得到的输出电压误差不超过1％；b.用示波器测量得到的电压纹波不大于1％；2．发挥要求（1）基于基本部分的可控增益放大器，设计一个自动增益控制器。长按按键可进入（LED亮）或退出（LED灭）自动增益控制器功能，当向可控增益放大器输入1KHz，200mVpp－2Vpp间变化的正弦信号或其他波形信号时：a.输出波形稳定在0.5Vpp，幅度精度为1％；b.频率和波形不变；c.响应时间小于1s；并尽可能提高响应速度；（2）将输入信号扩展为1KHz，20mVpp–20Vpp间变化的正弦信号或其他波形信号时，完成自

5、动增益控制功能：a.输出波形稳定在0.5Vpp，幅度精度为1％；b.频率和波形不变；c.响应时间小于1s；并尽可能提高响应速度；d.在自动增益控制模式下，通过按键短按，输出信号的幅度可以在0.5Vpp，1Vpp和2Vpp间切换；-12-二、方案比较与论证由于题目基本部分要求实现增益在1、4、16、64、128下循环，需要对输入信号进行放大，电路中可能会叠加进高频噪声，需要对信号进行滤波，发挥部分要求在电压输入波动的情况下输出稳定在0.5Vpp，需要反馈电路来确定输出是否稳定，因此本系统主要由程控增益放大器模块、电压反馈模块、信号输入输出极滤波模块、以MSP430

6、G2553Z单片机为控制核心的控制模块组成，下面分别论述这几个模块的选择。1.程控增益放大器模块方案一：设计低通滤波器硬件实现PWM信号转换成直流信号，用作DAC的参考电压。此方案电路简单，但是系统的频率响应及精确度受到低通滤波器的截止频率及PWM的时钟频率限制。方案二：选用乘法器型DA芯片DAC8043和高性能音频运算放大器OPA1611搭建一个程控增益放大器。这种程控增益放大器可以快速并稳定的达到设定的放大倍数，精确度高。缺点是相对方案一功耗大。通过方案比较，为了简单，稳定，快速的达到设定的放大倍数，决定采用方案二。2.电压反馈模块方案一：采用小功率整流滤波

7、电路对放大后信号进行整流滤波，AD采取直流信号。此方案便于MSP430G2553Z的ADC快速采样，但是电路复杂，响应慢，且纹波大。方案二：选用OPA1611搭建一个电压跟随器和一个电压比较器，采样原理如图1所示，比较器对放大后的信号进行过零比较，得到矩形波，单片机以上升沿为标准延时到信号的峰值电压，并且启动ADC采样，从而准确的得到峰值电压。相对方案一，此方案软件算法较复杂，延时受信号周期限制。但是其电路简单，采样准确快速而且直接得到峰值电压，适应频率固定的各种波形。图1比较波形-12-考虑到题目要求原始信号都为1KHz，为了准确稳定得到信号反馈电压，决定采取

8、方案二。1.信号输入输出