论文总字数：20948字

摘 要

在数字化技术不断发展的今天，各类测量仪表越来越趋向于数字化和智能化。在自动控制系统或智能仪器中，当被测信号的幅值的变化范围很大时，为了保证测量的精度，经常会采取改变量程的方法。在实际应用中，我们不希望也不方便采取手动调节改变增益的方式。使用程控放大器可以很好的解决这个问题，实现量程的自动切换，从而提高A/D转换的有效精度。本设计中采用数模转换器DAC0832，以其内部的电阻网络为核心，利用STC89C52单片机进行控制，实现了一种增益可调的程控放大器并通过LED显示屏进行显示。程控放大器的增益由单片机输出的数字量进行控制，这种程控放大器具有电路简单、增益调整方便、成本低的特点。在电子技术和计算机技术日新月异的今天，程控放大器有着广大的应用前景，并且将朝着集成化、智能化、多功能化的方向发展。

关键词：STC89C52 DAC0832 LED显示屏 运算放大器

The design and realization of programmable amplifier based on single-chip microcomputer

Abstract

With the development of digital,all kinds of measuring instruments tend to be more and more digital and intelligent.In the automatic control systems and intelligent instruments,when the amplitude of measured signal ranges much,in order to ensure the accuracy of measurement,we change the range to realize it.In practice,we don’t want to take the measure that change the gain by manual adjustments.Using programmable amplifier can solve the problem well.It can realize the automatic switch of range to promote the effective resolution of A/D conversion.The design uses

DAC0832,depends on its internal resistor network.Take STC89C52 to control it and can make the transmission gain be adjusted by procedure come true,then displayed by means of LED screen.The gain of programmable amplifier is controlled by the output digital of SCM.This programmable amplifier has the advantages of simple circuit,gain can be adjusted easy and cost low.Nowadays,electronic technology and computer science changes quickly,programmable amplifier has a broad prospect and will move toward to the direction of integrated,intelligent and multifunctional.

Keywords:STC89C52;DAC0832;LED screen,operational amplifier

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1主要内容 1

1.2背景及意义 1

1.3论文结构 2

第二章 整体方案设计 3

2.1整体方案选型 3

2.2核心模块的选择 4

2.2.1主控芯片的选择 4

2.2.2放大模块的选择 4

2.2.3按键模块的选择 5

2.2.4显示模块的选择 6

第三章 硬件电路设计 7

3.1单片机 7

3.1.1时钟电路 7

3.1.2复位电路 7

3.1.3电源电路 8

3.2放大电路设计 8

3.2.1DAC0832电路设计 8

3.2.2运放输出电路设计 10

3.3人机接口电路设计 11

3.3.1独立按键电路设计 12

3.3.2液晶显示电路设计 12

第四章 软件设计 14

4.1主程序的设计 14

4.2程控放大实现 15

4.2.1按键模块程序设计 15

4.2.2D/A转换模块程序设计 16

4.3LED显示程序设计 17

4.4程序编译 17

4.5Proteus仿真 18

第五章 调试与总结 21

5.1硬件调试 21

5.3展望 22

5.4小结 22

参考文献 23

致谢 24

附录一：原理图 25

附录二：源程序 26

第一章 绪论

1.1主要内容

程控放大器就是指可以通过软件控制来改变输入信号的放大倍数的放大器，这种放大器采用模拟开关来控制运算放大器的反馈电阻的阻值，不同类型的运算放大器根据运算将有不同的增益。模拟开关则由数字编码控制。用来实现控制模拟开关的数字编码可以由计算机根据具体的需要来设定。程控增益放大器和普通放大器的不同之处主要在于它的增益是通过程序来控制的而不是手动调节的。通过计算机输入不同的控制信号，控制信号将控制模拟开关使其切换到不同的档位，此时电阻随之发生改变以此达到改变增益的目的。

信号在传送给计算机处理之前，我们有必要对其做A/D转换。这时为了提高模数转换器精确度的利用率我们应该对输出的信号进行适当的调节。当输入信号幅值比较小的时候，模数转换器的精确度不能够得到很好的利用，要是输入信号幅值太大了，超出了模数转换器所能接受的幅度，就得不到正确的结果了。在精密的仪器中我们现在常采用改变增益的方法来对不同幅值的信号进行处理 。在实际生活中我们对信号进行处理时，使用手动调节增益的手段很不方便。然而程控放大器是一个很好的解决措施。使用程控放大器可以通过程序控制放大倍数从而让输入的模拟信号在较大的范围内动态变化以提高模数转换器的分辨率。

1.2背景及意义

在科学技术日新月异的今天，人们对测量仪表智能化的要求逐渐变高。它们基本上由三部分构成，包括由传感器、放大电路组成的前端电路以及由处理数据的电路构成的后端电路。前端的电路由传感器和放大电路组成，不过由于从传感器来的信号的幅度比较微弱因此需要配合高精度的放大器来让传输到数据处理电路的信号满足精度的要求。对于微弱信号的处理，以前所使用的方法是用手来调节档位从而选择不同的放大倍数使得输入的微弱信号在一定的范围内，以此来确保仪器测量时的精确度。但是手动档位调节不能够实时的测量数据且操作起来

比较复杂，而且手动调节时接触电阻也会对测量造成影响。考虑到前端电路中输入阻抗的问题，我们在实际使用的过程中可以采取增加反馈电阻的方法或者增加一级跟随电路的办法来解决，利用电压跟随器高输入阻抗的特性来解决此问题。目前随着以单片机为基础的测量系统的出现，使用程控增益放大器能够很好地解决这些问题，它可以通过程序控制来改变放大倍数从而使量程自动切换以达到使A/D转换器的有效精度得到增加的目的。

1.3论文结构

本论文包括正文、参考文献、附录等内容，正文主要包含绪论、整体设计方案、硬件电路设计、程序设计、总结共五章内容。

1. 为绪论，介绍了程控放大器的主要内容、背景和意义，阐述了程控放大器的应用场合以及为何要使用程控放大器。
2. 为总体设计方案，在这一章中首先介绍了程控放大器的基本原理，然后基于次原理给出了几种程控放大器实现方法的比较，并阐述了利用DAC0832和运算放大器构成的程控放大器下各个模块的选型，包括单片机的选择、按键模块的选择以及显示模块的选择。
3. 为硬件电路的设计，本章主要介绍了各个模块的作用以及它们的引脚结构等，包括单片机最小系统、放大电路以及人机接口。在单片机最小系统中对时钟电路、复位电路以及电源电路进行了说明，人机接口中对按键电路和液晶显示电路进行了说明，本章节的重点是阐述如何利用DAC0832与运算放大器实现程控放大器的。
4. 为程序设计，本章介绍了程序设计的总体思路，以及根据系统功能设计的主程序，之后讲述了程控放大如何实现，包括D/A转换模块流程图和按键模块流程图以，然后给出了LED显示的流程图，最后是Proteus的仿真。
5. 为总结，包括硬件测试以及展望，先是结合图片介绍了实物的调试结果，然后对其中遇到的问题给出了解决方案。最后对程控放大器的未来发展做出了期望。

第二章 整体方案设计

2.1整体方案选型

程控放大器有多种实现方案，但都离不开同一个原理，即由运算放大器和阻值可控的反馈电阻组成程控放大器。反馈电阻由模拟开关来控制，模拟开关由通过程序给出的数字编码进行控制，通过改变数字编码从而实现切换模拟开关选择不同的反馈电阻，以此改变增益。下面就由此原理得到的几种程控放大器方案进行说明。

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