大赛论文论文部分Word文件下载.docx

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应用范围：

包括变频放大器，DC增益部件和所有常规运放电路。

现在可较易在单电源系统中加以实现上述应用。

特性：

1）线形状态的输入共模电压范围，包括地电位，而且尽管仅用单一电源电压工作，输出电压也能变化到地电位

2）单位增益交叉频率经过温度补偿

3）输入偏流作了温度补偿

4）大直流电压增益100db

5）宽带宽（单位增益）1MHz

6）宽电源（电压）范围

单电源3VDC至32VDC

双电源±

1.5VDC至±

16VDC

7）低的电源电流消耗（500μA）——基本上与电源电压无关

8）差动输入电压范围等于电流电压

但是，由于LM358的噪声系数过大，很难达到题中要求的等效输入噪声不大于200nv的要求,所以本方案并不理想。

方案二：

AD620低价格低功耗的仪表放大器

AD620是一种具有极高的输入阻抗和共模抑制比，高增益，低功耗，高精度，低价格低功耗的仪表放大器。

它只需要一个外接电阻，就能方便地进行各种增益（1-1000）的调整。

该芯片具有体积小，功耗低，精度高，噪声低和输入偏置电流低的特点，在电池供电的便携式设备、精密的数据采集系统、ECG和医疗仪器、传感器接口、工业过程控制、多路转换应用系统、称重和微控制器应用系统中的前置放大器等领域中获得广泛的应用。

但是，由于共模抑制比稍低于OP07，所以本方案也不宜采用。

方案三：

OP07低失调低漂移运算放大器

OP07具有很大的输入失调电压，（对于op07A，25uv最大），并且在晶片级上进行微调，获得如此低的输入失调电压，因此通常不需要外部调节。

OP07也具有低输入偏流（OP07为±

2na）和高开路增益（OP07为300V/mv）。

低失调和高开路增益使得OP07特别适于高增益的应用。

宽的输入电压范围（±

13V最小）与高的共模抑制比（110db）和高的输入阻抗相结合，使之在非反相电路结构中具有高的精度。

即使在高闭路增益下能保持极好的线性度和增益精度。

失调和增益的时间稳定性或温度的变化都很好。

Op07有金属管壳、陶瓷或模制双列直播式封装等形式。

特点:

输入失调电压：

<

0.06mv输入失调电流：

0.8na

输入偏置电流<

2na

最大输出电压：

±

13v开环增益：

>

104db

共模抑制比：

110db

静态功耗：

<

4mw输入电阻：

3.1*10（7次方）ohm

电源电压范围：

22V

失调电压温度系数:

0.7uv/c转换速率：

0.17V/us

噪声电压：

0.25nv/hz

3.方案确定

基于以上三种方案的综合考虑,考虑各种因素,所以我们采用第三种方案。

二．总电路结构

三．设计

1.信号发生器

1）以ＩＬＣ８０３８为芯片，产生交流幅值固定的正弦波的信号源进行测试

ILC8038的工作原理由有关资料可看出，8038由恒流源I1、I2，电压比较器C1、C2和触发器①等组成。

其内部原理电路框图和外部引脚排列分别如图

1.正弦波线性调节；

2.正弦波输出；

3.三角波输出；

4.恒流源调节；

5.恒流源调节；

6.正电源；

7.调频偏置电压；

8.调频控制输入端；

9.方波输出（集电极开路输出）；

10.外接电容；

11.负电源或接地；

12.正弦波线性调节；

13、14.空脚

2）把正弦波送进由ＯＰ０７芯片制成的电压跟随器，进行调幅，使信号衰减，然后送进放大器中进行测试。

2．供电电源及滤波器

1）以7812稳压集成块制作±

12V电源

2）以7805稳压集成块制作±

5V电源

3）无限增益多重反馈带通滤波器

无限增益多重反馈带通滤波器稳定性好，但适用于低Q，又由于运放的影响，这类滤波器用于极低的频率和Q值很小的场合。

所以在本题中C＝C３=C4=0.1u;

Wρ＝4KHz;

H0=1;

Q=1可的下图：

3．两级运放电路

由于题目要求的放大倍数上限是2000倍，所以我们采用多级耦合放大器的思路设计放大器部分，我们采用了OP07，在电路中，C1的作用是隔直通交，对直流来说，它是隔射随电路，但对于交流来说，它是个同相比例放大器，我们采用104电位器作为第一级放大器的反馈电阻，将它调制到20K，所以第一级放大器的放大倍数是20倍，通过C2的使用我们使两级放大器耦合，然后在第二级的反馈电路上用了五个由继电器控制的串联电阻，阻值分别是50K，30K，10K，10K，5K，根据排列组合的原理可使放大倍数预制步进，且间隔不大于200倍。

因此，放大器的放大倍数可实现在100—2100倍之间。

以OP07为核心芯片,选用±

12伏电源连接无限增益多重负反馈带通滤波器（如图）供电,采取第一级放大系数基本稳定,第二级放大系数实现可挑的设计方案.因为如果第一级放大系数可调的话,当反馈电阻值增大到一定数值时,运放电路将因供电电压无法承受而导致运放电路无法工作,所以采用一级稳定,二级可调的方案.第一级放大倍数设计为20,故由公式A=1+R9/R1可知R9=20R1,因此可设R9=20K,R1=1K.为使增益能够达到2000以上，故二级运放的反馈电阻值应是输入时的100倍以上，所以我们取R10=1K,反馈电阻为105K，同时我们采取如图所示的电路连接方法，用继电器的吸合和断开来控制反馈电阻值的大小，从而满足题目要求的放大倍数可预置步进的要求，至于反馈电阻的具体分法也正好满足放大倍数步进间隔不大于200倍的要求。

放大器电路图

4．光电耦合器与晶体管

　　本设计采用４Ｎ２５光电耦合器连接运算放大电路和单片机，光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件。

它由发光源和受光器两部分组成。

把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。

发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端，常见的发光源为发光二极管，受光器为光敏二极管、光敏三极管等等。

光电耦合器的种类较多，常见有光电二极管型、光电三极管型、光敏电阻型、光控晶闸管型、光电达林顿型、集成电路型等由于光电耦合的抗干扰性比晶体管好，另外还具有体积小、寿命短、无触点、即能传输交流信号又能传输直流信号的优点。

因此，用光电耦合器组成的逻辑电路要比晶体管可靠得多。

所以采用如图电路：

5．单片机控制部分

MCS-51单片机

放大器

液晶显示器

键盘

利用单片机89C52或89C51实现对的控制控制部分：

采用单片机（89C52）作为最小系统的核心部分，通过键盘编码8255，和D8279来实现周边元器件的控制。

也可使用dsp芯片处理。

但是大成本相对较高。

本部分电路如下图所示：

有键盘A，B，控制接入放大器部分的电阻，以改变放大倍数，来实现将2mv的电源放大200～2100倍。

键盘控制电阻的真值表如下：

50K

30K

10K

5K

200

1

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

1500

1600

1700

1800

1900

2000

2100

真值表

6．液晶显示与数码管的比较

液晶显示器由于体积小、重量轻、功耗低等优点使得液晶显示器件在仪表中得到了广泛的应用，与数码管相比，液晶可以更加方便的显示汉字、图形、甚至动画。

液晶显示器件从显示内容来分类，可以分为字符型和点阵型两种。

其中字符型的显示方法与数码管相似。

比较而言点阵型LCD相对复杂，需要特殊的显示控制芯片

目前常用的显示器有LCD和LED两种，LED只能显示数字和有限的英文字符，而不能显示汉字，内容不直观，只能限定约定格式显示内容。

而体积小，相应驱动较为简单。

而点阵显示器（LCD）以其信息丰富，功耗低，体积小，重量轻等优点广泛能广泛应用于图形界面的设计。

。

LCD是一种被动式显示器，LCD本身不发光，它只是调节光的亮度。

LCD利用液晶的扭曲一向列效应制成，这是一种电场效应，夹在两片导电玻璃电极间的液晶经过一定处理，它内部的分子呈90度的扭曲，当线性偏振光透过其偏振面便会旋转90度。

由于它的功耗极低，抗干扰能力强，因而在低功耗的单片机系统之中大量使用。

本实验既是采用这种元件。

7．单片机与模电的隔离部分：

信号隔离目的之一是从电路上把干扰源和易干扰的部分隔离开来，使测控装置与现场仅保持信号联系，但不直接发生电的联系。

隔离实质是把引进的干扰通道切断，从而到隔离现场干扰的目的。

一般来说，工业应用的微机测控系统都是即包括弱电控制部分，又包括强电控制部分。

为了使两者之间即保持控制信号联系，又隔离电气方面直接联系，就有必要实行弱电和强电隔离，这是保证系统稳定工作，设备与操作人员安全的重要措施。

测控装置与现场信号之间，弱电和强电之间，常用的隔离方式有光电隔离、变压器隔离、继电器隔离等。

另外，在布线上也应该注意隔离。

四．主要器件介绍

我们选用89C52作为主控芯片，液晶显示器LCD显示用的是深圳天马微电子公司的TM240128C。

此模块功能强大，接口简单非常适合用于单片机等微控制器进行操作界面显示。

其主要功能及特点如下：

●8位并行数据接口，可与8051或Z80等8位微控制器直接接口

●内部自带128个字节的CGROM字符发生ROM，也可有用户自定义128或256个字符CGRAM外字符发生器（定义在显示内存中）

●内部包括8K字节的显示RAM

●可进行文字与图形的混合显示，而且具有显示属性控制功能

●静态显示，CPU对其的读写操作不会影响到显示

●显示缓冲区可分为文本显示区，图形显示区和CGRAM区。

文本显示区和图形显示区的起始地址SAD都对应着显示屏左上角位置的显示位。

在文本显示区一个单元对应屏幕上一个字符位

●内带晶体振荡器，而且振荡频率可由引角外接的电容电阻进行微调

●显示模块内部采用先进T6963C控制模块，功能强大

●字符显示时可采用模块内部自带的128个内建字模，也可自定义字符，定义字符的大小可以为8*8，16*16点阵。

本设计采用的是16*16点阵

●图形显示模式采用的是点阵图的形式，最大可显示240*128点阵的位图图象

●液晶模块自带绿色背景光

TM240128是取代数码管用于单片机的微控制系统的显示设备。

液晶显示灵活多样，美观大方等方面的优点是原来8段数码管显示无法比拟的

五、软件设计框图：

流程图说明：

●初始化程序初始化程序主要包括，液晶显示初始化部分，系统初始化，以及显示屏蔽初始化。

●键扫描由单片机内部判断是否有键按下，并且在进行去抖动延时后，进行重新扫描，避免误判。

倍数设置键扫描通过后，由单片机控制继电器通过控制第二级放大的方法来控制放大器的放大倍数。

六、测试数据及分析

信号源输出

放大倍数

放大器输出

4mV

0.78V

1.98V

3.99V

8.97V

5mV

0.99V

2.48V

5.99V

9.85V

分析：

以上数据完全符合题中的要求，达到了实际的目标。

总体流程图

总结

经过艰苦的努力，我们终于完成了吉林省大学生电子设计竞赛的D组试题的全部要求，包括基本要经求和提高部分，自制低频低噪声高增益放大器，实现以下的基本要求：

●电压放大倍数200~2000倍，放大倍数可预置步进（间隔不大于200倍）。

●通频带3kHz~5kHz。

●放大倍数为2000倍时，测得输出噪声电压峰—峰值等效到输入端小于800nV。

●最大不失真输出幅度不小于8V。

●输入电阻不小于1kΩ，输出电阻不大于20Ω。

●采用按键式面板和大液晶显示，使控制与显示更加方便直观。

●自制供电电源。

单相交流220伏电压供电，电源波动±

10%时可正常工作。

●自制适合于本放大器测试用的信号源。

同时还实现了以下的扩展要求：

●电压放大倍数更高，可以达到2100倍

●电压放大步长更小，间隔为100倍

●等效输入噪声更小，远小于200nV

●采用大液晶精确显示，使显示精度进一步改善。

●开机自动检测，确保系统正常工作

单片机程序清单已经附在论文的后面