自动增益控制放大器

自动增益控制放大器

一、设计思路

放大器是电子线路系统最基本也最重要的单元，在工程设计中具有十分重要的意义。以TI公司的十六位超低功耗微处理器MSP430G2553为核心，用运算放大器设计一个自动增益控制放大器，来自动调节输入电压的放大倍数，维持输出电压基本稳定，设计思路如下：

1）要保证输入阻抗不小于100kΩ、输出阻抗不大于1kΩ且放大器带宽不窄于0～100kHz，便要求合理选择运算放大器。通过对比赛所提供的各类运算放大器进行比较，选择放大电路中的运放为OPA2134，再依据题目对放大器增益的档位要求，既有可能放大输入信号也可能减小输入信号，故放大电路可选为反相比例运算电路。

2）通过微处理器MSP430G2553自带的10位A/D转换功能采集输入、输出电压，再计算增益值，在液晶12864上显示。

3）要维持输出信号电压在0.5～2V范围内，则要求增益可调，通过软件和硬件皆可选择档位，使设计更为人性化。原理框图如图1所示。

图1 自动增益控制放大器原理框图

二、硬件电路图

自动增益控制放大器的硬件电路图如图2所示，对微处理器的接口进行介绍，如表1所示。

图2 自动增益控制放大电路

三、算法数学描述

利用运算放大器可以进行加法运算与减法运算、比例运算、乘方运算与开方运算、乘法运算与除法运算、积分运算与微分运算、对数运算与指数运算等。在上述设计中，应用到的运算方式为比例运算，包括一个放大电路模块（如图3所示）和一个电压跟随器模块。

放大电路增益:

Auf

Rf R1

电压跟随器：Auf

1

四、软件流程图

软件主要用来实现对采集到的电压进行A/D转换及显示，同时完成增益的自动调节。为了减小功耗，并降低数字系统对模拟信号的干扰，系统初始化完成之后，将微处理器设为低功耗模式。

按键输入采用中断模式，而非查询模式，这样按键输入完成之后，数据端口处于静态，可以大大降低数字信号对模拟信号的干扰，同时减小了微处理器的工作量，功耗更低。

A/D转换同样采用中断模式，若外部电压不发生改变，则ADC不工作，若外部电压发生改变，则产生ADC中断，符合低功耗的发展趋势。

软件流程图如图4.1～图4.4所示。

图4.1 主程序流程图

图4.3 显示程序流程图

图4.4 ADC程序流程图

图4.5 按键程序流程图

五、测试方法描述

1、测试条件

（1）直流可调电源：型号CA17303D；（2）万用表：型号UT39A。

2、测试方法

（1）AD模块：将输入电压信号通过分压电路输送到微处理器的P1.4口，改变输入电压，测量AD转换后的电压；

（2）按键及显示模块：通过软件控制，测试按键及显示模块是否起作用；

（3）放大电路模块：通过调节输入电压范围在0.1～5V和改变反馈支路的电阻值，测量电压范围； （4）整体电路：将各个单元模块按顺序连接好，输入0.1～5V的直流电压，记录液晶显示值。

六、测试数据

（1）AD模块测试数据如表6.1所示。

（2）放大电路模块测试数据没表6.2所示。

（3）整体电路测试数据如表6.3所示。