1、2011 年全国大学生电子设计竞赛可控放大器设计单位：安康学院 设计者：王彬彬 任永 张萌 指导教师：王庆春 陈守满2011 年 8 月 9 日摘要摘要：本着简单、准确、可靠、稳定、通用的原则，采用了分级设计匹配互连的思想。系统的特色在于：通过模拟开关，改变反馈电阻阻值，从而改变放大器增益，增益从 10dB 到 60dB 可调步进为 10dB。用单片机 AT89C51 对可编程滤波器芯片 uA741CD 进行程序控制，可以同时对两路输入信号进行二阶低通、高通、带通、带阻以及全通滤波处理，滤波器的中心频率设置范围为 40kHz60kHz ，步进为 2kHz。关键字：单片机 AT89C51；芯片
2、uA741CD；放大器；滤波器；RC 电路Abstract: in a simple, accurate, reliable, stable, general principle, adopts a hierarchical design matching interconnection thought. System features: through the analog switch, change the feedback resistor, thereby changing the gain of the amplifier, gain from 10dB to 60dB adjus
3、table step for 10dB.Using single-chip AT89C51 on programmable filter chip uA741 control program, can be simultaneously on the two input signal to two order low-pass, high-pass, band-pass, band stop and all-pass filter, the center frequency of the filter is set in the range of 40kHz to 60kHz, step 2k
4、Hz.Keywords: single chip AT89C51; uA741; DAC; amplifier; filter1 前言 12 设计要求 12.1 基本要求 12.2 发挥部分 13 设计方案 23.1 系统整体设计方案 23.2 放大部分 23.3 滤波部分 43.3.1 低通滤波、高通滤波和带通滤波 .43.4 软件流程 53.5 显示模块 53.6 放大器测试 63.7 滤波器测试 64 结论 6设计题目：可控放大器11 前言根据放大器增益可设置为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器的通带、截止频率等参数可设置的设计要求，有效地利用各种功能的集成芯片(利用单片机(AT89C5
5、1) 作为控制核心 ,放大电路部分采用 UA741CD 芯片，输入信号由UA741CD 放大), 使得电路放大倍数精确、易控制、抗干扰能力强、调节范围大.显示和按键部分采用了液晶实时显示和触摸屏设置构成人性化的人机界面，使操作更加方便。可控放大器是对放大器增益等参数进行调节的放大器，广泛应用于无线通讯、医疗设备、助听器、磁盘驱动等多个领域。2 设计要求2.1 基本要求(1) 放大器输入正弦信号电压振幅为 10mV，电压增益为 40 dB,通频带为100 Hz40kHz，放大器输出电压无明显失真。(2)滤波器可设置为低通滤波器，其- 3 dB 截止频率 fc 在 120 kHz 范围内可调，调节
6、的频率步进为 1 kHz，2 fc 处放大器与滤波器的总电压增益不大于30 dB， RL = 1 k。(3)滤波器可设置为高通滤波器，其- 3 dB 截止频率 fc 在 120 kHz 范围内可调，调节的频率步进为 1 kHz，0.5fc 处放大器与滤波器的总电压增益不大于30 dB， RL = 1 k。(4)截止频率的误差不大于 10%。(5)有设置参数显示功能。2.2 发挥部分（1）放大器电压增益为 60dB，输入正弦信号电压振幅为 10mV，增益10dB 步进可调，通频带为 100Hz100kHz。（2）制作一个带通滤波器，中心频率 50kHz，通频带 10kHz，在 40kHz 和 6
7、0kHz 频率论文题目： 可空放大器2处，要求放大器与带通滤波器的总电压增益不大于 45dB。（3）上述带通滤波器中心频率可设置，设置范围 40kHz60kHz，步进为2kHz。（4）电压增益、截止频率误差均不大于 5%。（5）其他。3 设计方案3.1 系统整体设计方案可控放大器的设计方案，以单片机（AT89C51）为控制核心。单 片 机AT89C51放 大 器4051 模拟开关低通滤波器高通滤波器带通滤波器显 示图 1 可控放大器的设计方案3.2 放大部分放大电路采用三级放大，放大器采用 UA741CD 芯片，如图所示。前两级个放大器采用同相输入，输入电阻较大，降低电路损耗。第三级放大器采用
8、反相输入，放大倍数在 1060dB 可调。三级放大器除电源公用外，三组运放互相独立。UA741CD 芯片具有较宽的增益带宽积和工作电压，它的运用比较普遍，它设计题目：可控放大器3能使电路具有优良的性能。它还具有如下特点：(1)无频率补偿要求；(2)短路保护；(3)失调电压调零； (4)大的共模、差模电压范围；(5)低功耗。每一组运算放大器可用图 1 所示的符号来表示，它有 7 个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端， “+”、 “-”为正、负电源端， “6”为输出端。两个信号输入端中，Vi- （- ）为反相输入端，表示运放输出端 Vo 的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端
9、，表示运放输出端 Vo 的信号与该输入端的相位相同。U2UA741CD3247651图 2 UA741 芯片图 3 放大电路图例放大电路的放大原理：通过 3 级放大,使放大电路电压增益达到 60 dB，第一、二级放大 40dB,第三级放大 60dB. 论文题目： 可空放大器43.3 滤波部分工业自动化的许多领域都要使用滤波器。一般有源滤波器均由运算放大器和 RC 元件组成 。3.3.1 低通滤波、高通滤波和带通滤波图 4 低通滤波图 5 高通滤波图 6 带通滤波滤波器， 通常用来对特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除的设计题目：可控放大器5电路。低通滤波器就是用来抑制频率高于某个值的电
10、路。高通滤波器就是用来抑制频率低于某个值得电路。带通滤波器就是用来抑制频率范围以外的值的电路。3.4 软件流程初始化判断键增益控制 低通滤波 高通滤波 带通滤波设置参数结束按键图 7 流程图3.5 显示模块P1P16P14 P15 P10P17P1P12P13P16 P102P17P1345XTAL218XTAL119ALE301PSN29RST9P0./AD039.1/18P0.2/AD237.3/36P0.4/AD435.5/54P0.6/AD63.7/72P1.01.2P1.2.3P1.4.5P1.67.78P3.0/RXD10.1/TP3.2/IN012./IT13P3.4/014P3
11、.7/RD17.6/W6.5/T15P2.7/A1528P2.0/A821.1/9P2./A023.3/14P2.4/A225.5/136.6/47U1AT89C51D71463D5124D31029D1807E6RW5S4VS1D2VE3LCD1M06L234567891RP1ESACK-8K5 K9K1 K13K2 K6 K10 K14K3 K7 K1 K15K4 K8 K12 K16图 8 显示控制论文题目： 可空放大器6图 8 为放大器电压增益为 60dB，增益 10dB 步进可调，通过 K1 到 k6 可控增益从 10dB 到 60dB 步进可调显示控制。3.6 放大器测试增益(dB
12、) Vi（mv） Vout10 10 3120 10 10030 10 30040 10 100050 10 300060 10 10000 3.7 滤波器测试Vi 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10fcVo4 结论本系统以单片机 AT89C51 和芯片 UA741CD 为核心控制，利用 RC 电路可控放大电路。该电路有两部分组成，即是放大电路和滤波电路。放大部分可实现放大器输入正弦信号电压振幅为 10mV，电压增益为 60 dB, 增益 10dB 步进可调，通频带为 100Hz 100kHz，放大器输出电压无明显失真。滤波部分可分为低通滤波、高通滤波和带通滤波。可实现其- 3 dB 截止频率 fc 在 120 kHz范围内可调，调节的频率步进为 1 kHz，0.5fc 处放大器与滤波器的总电压增益不大于 30 dB，RL = 1 k。最后通过 LCD 显示屏显示出来。参考文献1 清华大学电子学教研组.编杨素行主编.模拟电子技术基础简明教程.3 版.北京:高等教育出版社,2006.2 何桥主编.单片机原理及应用.北京:中国铁道出版社,2007.设计题目：可控放大器73 胡圣尧，关静主编.模拟电路应用设计.北京:科学出版社,2009.4 求是科技编著.单片机典型模块设计实例导航.2 版.北京 :人民邮电出版社,2008.
