1、1程控音频功率放大器（A 题）摘要： 本程控音频功率放大器由 ATMEGA16 为主控制器，前级由跟随器和两级运放组成，OCL 功率放大部分用分立元件制作。设定功率初值后，通过 DA 转换，对电压控制，从而实现程控功率。该系统能够测量的音频信号频率范围为 20Hz-22KHz，其幅度范围为 10mV-1000mV（有效值） ；在音频信号源的幅度和频率固定为某一值时，功率相对误差小于等于 3%；其失真度小于等于 3%时，输出功率大于等于 7.5W，是理想的程控音频功率放大器的解决方案。关键词：ATMEGA16 OCL 程控 功率 Abstract: The program-controlled
2、power amplifier is based on ATMEGA16 controller,it consists of voltage-follower and two stage of operational amplifier, OCL power amplifier is made up of discrete components. After setting power initial value, through the AD converter for voltage controlling, and then control power. The system can a
3、ccurately measure the input audio signal frequency range of 20 Hz-22KHz, the amplitude range of 10mV-1V(rms). Both audio signal frequency and amplitude are definite value, power relative error .Output power when distortion %3WPO5.7. It is the ideal program-controlled power amplifier solution.%3Keywo
4、rd: ATMEGA16 OCL Program Power21 方案论证与比较 .31.1 各级运放的比较与选择 31.2 A/D 转换芯片的比较与选择 .31.3 D/A 转换芯片比较与选择 .42 系统设计 .42.1 总体设计 42.2 单元电路设计 52.2.1 前级阻抗匹配和放大电路设计 .52.2.2 AD 及 DA 转换控制、检测模块电路设计 .62.2.3 OCL 分立元件电路设计 72.2.4 发挥部分（其他）电路设计 .83 软件设计 .94 系统测试 .104.1 功率测量（室温条件下） 104.2 失真度测量（室温条件下） .115 结论 .11参考文献： .11附录
5、： .12附 1：元器件明细表 12附 2：仪器设备清单 12附 3：电路图图纸 12附 4：测试结果 16附 5：程序清单 1731 方案论证与比较1.1 各级运放的比较与选择方案一、选用 OP07OP07 是一种高精度单片运算放大器，具有很低的输入失调电压和漂移。OP07 的优良特性使它特别适合作前级放大器，放大微弱信号。使用 OP07 一般不用考虑调零和频率问题就能满足要求。方案二、选用 AD827以 AD827 高速运放为基础设计的高速、高精度、低漂移、宽频带偏转放大器,其开环增益优于 130db 。单位增益带宽达 500MHz ( 15V) ,输出电流为5A 。但是设计时容易产生失调
6、电压，结合题目要求，在此题中不适用。方案三、选用 OPA2132OP2132 具有高开环增益 130dB(600 欧)；低失真（0.00008%） ；高速的转换速度；可选单路、双路和四路放大，设计空间自由；宽带可达到 8MHz，出色的共模抑制，抗干扰能力强；用于音频，数据采集和通讯方面。方案四、选用 AD603根据题目对放大电路的可控的要求,考虑直接选取可调增益的运放实现,如运放 AD603。其内部由 R-2R 梯形电阻网络和固定增益放大器构成,加在其梯型网络输入端的信号经衰减后,由固定增益放大器输出,衰减量是由加在增益控制接口的参考电压决定;而这个参考电压可通过单片机进行运算并控制 D/A
7、芯片输 出控制电压得来,从而实现较精确的数控。此外AD603 能提供由直流到 30MHz 以上的工作带宽,单级实际工作时可提供超过 20dB 的增益,两级级联后即可得到 40dB 以上的增益,通过后级放大器放大输出,在高频时也可提供超过60dB 的增益。参考题目综合比较，选择由一片 OP2132 构成初级运放，两片 AD603 级联构成的次级放大电路。1.2 A/D 转换芯片的比较与选择方案一、 采用 ADC0832ADC0832 是串行接口的 8 位 A/D 转换器，双通道 A/D 转换，输出输入电平与 TTL/CMOS相兼容，接受 05V 的模拟输入，在 250KHz 工作时，转换速度为
8、32uS，功耗为 15mW。方案二、采用MAX187 MAX187是串行12 位模数转换器可以在单5V 电源下工作，接受 05V 的模拟输入。MAX187 为逐次逼近式ADC ，快速采样/ 保持（1.5uS），片内时钟，高速 3 线串行接口。MAX187 转换速度为75Ksps 。通过一个外部时钟从内部读取数据，并可省却外部硬件而与绝大多数的数字信号处理器或微控制器通讯。MAX187 有内部基准，优异的AC 特性和极低的电源消耗，同时及其容易的使用和较小的封装尺寸使得MAX187 能理想的应用于远程4DSP 和传感器，或者应用于对电源消耗和空间极为苛刻的地方。1.3 D/A 转换芯片比较与选择
9、 方案一、采用 D/A 芯片 AD7520D/A 芯片 AD7520 的电阻权网络改变反馈电压进而控制电路增益。又考虑到 AD7520 是一种廉价型的 10 位 D/A 转换芯片,其输出 Vout=DnVref/210,其中 Dn 为 10 位数字量输入的二进制值,可满足 210=1024 挡增益调节。它由 CMOS 电流开关和梯形电阻网络构成,具有结构简单、精确度高、体积小、控制方便、外围布线简化等特点,故可以采用 AD7520 来实现信号 的程控衰减。但由于 AD7520 对输入参考电压 Vref 有一定幅度要求,为使输入信号在 mVV 每一数量级都有较精确的增益,最好使信号在到达 AD7
10、520 前经过一个适应性的幅度放大调整,再通过 AD7520 衰减后进行相应的后级放大,并使前后级增益积为 1024,与AD7520 的衰减分母抵消,即可实现程控放大。但 AD7520 对输入范围有要求,具体实现起来比较复杂,而且转化非线性误差大,带宽只有几 kHz,不能满足频带要求。方案二、采用 12 位串行 D/A 转换芯片 MAX531MAX531 内部自带基准参考电压，MAX531 只需 3 根串行线与 CPU 接口，当时钟频率为877kHz 时，传送 12 位数据 DA 转换输出只需#include#include#include“MAX531.H“#include“MAX187.H
11、“#include“LCD12864.H“#define uchar unsigned char#define uint unsigned int18#define S6K PORTD|=(10;i-)for(;j0;j-);uchar getkey()if(!(PINCif(!(PINCif(!(PINCif(!(PINCif(!(PINCvoid main()uint r187data=0,i,j;double sed_gonglv=0;double out_gonglv=0;unsigned long input;S6K; /为 6KDIV;PORTinit();lcd_init();s
12、end_531_data(NowV531);WriteStr(0x80,“ 程控功放 “);WriteStr(0x90,“设定值为: W“);WriteStr(0x98,“输出功率 W“);while(1) for(i=50000;i0;i-)r187data=read_187_data();NowPower=(double)r187data*DIV637)/10; /为 U 有效值out_gonglv=(NowPower*NowPower)/1000; /V 的平方 if(keypress() /如有键按下 keycode=getkey(); /取键值delay(4000); /消抖whil
13、e(keypress() ; /等待松开switch(keycode) /键处理 20case 1:fleg_enter=1;R_fleg=0; break;case 2:addnum*=10; break; case 3:if(R_fleg)R-=addnum; elseSetPower-=addnum;break;case 4:if(R_fleg)R+=addnum; elseSetPower+=addnum;break;case 5:R_fleg=1;break;if(addnum=10000|addnum=0)addnum=1;if(SetPower9999)SetPower=0;ke
14、ycode=0;if(R_fleg)WriteStr(0x90,“设定电阻: “);SendUint(0x95, R);SendUint(0x8d, addnum); if(R_fleg=0)WriteStr(0x90,“设定值为: W“); SendUint(0x95, SetPower);SendUint(0x8d, addnum);count=0; /AGCflag=1; SendUint(0x9d, (out_gonglv*1000)/R);if(AGCflag)break;if(AGCflag=1)21S6K; send_531_data(2000);r187data=read_18
15、7_data();NowPower=(double)r187data*DIV637)/10;if(NowPower0;j-);S100K;S100K;S100K;fleg_jidianqi=1; if(fleg_enter=1) while(AGCflag)r187data=read_187_data();NowPower=(double)r187data*DIV637)/10; /为 U 有效值 sed_gonglv=(SetPower*R)/1000; /P*R out_gonglv=(NowPower*NowPower)/1000; /V 的平方if(fabs(sed_gonglv-ou
16、t_gonglv)=2)if(sed_gonglvout_gonglv) NextV531+;for(j=10;j0;j-);send_531_data(NextV531);if(sed_gonglv0;j-);send_531_data(NextV531); fleg_enter=0; fleg_jidianqi=0; SendUint(0x9d, (out_gonglv*1000)/R); 51 单片机部分#include #include #include #include # include “key.h“#include “S51AD9851.h“#include #define u
17、char unsigned char /类型重定义#define uint unsigned int /类型重定义sbit key1=P20;sbit key2=P21;sbit key3=P22;sbit key4=P23;unsigned long int num=2000;/uint Phase=0x01; /在“S51AD9851.h“ 定义了/unsigned char number10=“0123456789 “;/=/函数名称:/函数功能：/说明：/=void main()uint temp;LCD_send_order(0x30); /基本指令集LCD_send_order(0
18、x0e); /整体显示 光标开 光标不反白23LCD_send_order(0x1c); /显示向右移动,光标跟着移动LCD_send_order(0x01); /清屏DDS_Init(); send9851_data(Phase,num);while(1)keyscan();if(key_flag)if(keyval=1)num=num+1000;send9851_data(Phase,num);LCD_send_order(0x01); /清屏 set(0x80,num);set(0x90,Phase);if(keyval=2)num=num+100;send9851_data(Phase
19、,num);LCD_send_order(0x01); /清屏 set(0x80,num);set(0x90,Phase); if(keyval=3)num=num-100;send9851_data(Phase,num);LCD_send_order(0x01); /清屏 set(0x80,num);set(0x90,Phase); if(keyval=4)num=num-1000;send9851_data(Phase,num);LCD_send_order(0x01); /清屏 set(0x80,num);set(0x90,Phase); if(keyval=5)24num=num-100; send9851_data(Phase,num); LCD_send_order(0x01); /清屏 set(0x80,num);set(0x90,Phase);key_flag=0;
