可控增益放大器.doc

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1、济南大学毕业设计 摘 要 随着时代的发展，科技的进步，微电子技术、计算机网络技术和通信技术 等等也在不断地更新换代，可控增益放大器被广泛的应用到各个领域当中。可 控增益放大器的核心为可控增益放大电路，人们对其研究也在不断加深，其技 术也越来越成熟。 放大器是通信系统和其他电子系统中必不可少的一部分，可控增益放大电 路模块在很大程度上决定了系统的整体指标。可控增益放大器是放大器的一个 分支，它在通信系统中也有着非常重要的作用，于是人们对它的要求也会越来 越高。在通信和电子设备中，常常采用放大器实现信号的放大，要求其线性好， 具有足够的增益来抑制后级电路的噪声对系统的影响，并且增益最好可调，当 输

2、入信号大范围变化时，能自动控制增益，输出稳定的信号，另外输出功率也 能达到最大。 可控增益放大器，也就是在放大器的基础上加上控制增益部分。在实际电 路中，例如带负反馈的运放电路，其反馈电阻如果设为可调电阻，那么这个放 大电路的增益就可以控制了，当然在其中还有许多其他的变化。 采用 MSP430 单片机实现数据采集及控制放大器的放大倍数，通过键盘输 入实现输出状态控制、带宽选择以及增益步进控制，晶显示器显示所设置的状 态及参数。 关键词：放大器，增益，单片机 济南大学毕业设计 ABSTRACT With the development of The Times，the progress of s

3、cience and technology，microelectronics technology，computer network technology and communication technology，and so on are also constantly upgrading，controllable gain amplifier is widely applied to various fields.The core of the controllable gain amplifier for controllable gain amplifier circuit，are a

4、lso deepening the research，its technology is becoming more and more mature. Amplifier is an indispensable part of communication system and other electronic systems，the controllable gain amplifier circuit module to a great extent，determines the overall index of the system.Controllable gain amplifier

5、is a branch of the amplifier，it also has a very important role in the communication system，so people will more and more high to the requirement of it.In communications and electronics equipment，often signal is realized by using the amplifier amplification，ask its good linear，with sufficient gain to

6、suppress the noise level circuit after the impact on the system，and gain the best adjustable，when a wide range of input signal changes，can automatic gain control，stable output signal ，and output power can achieve maximum. Controllable gain amplifier，that is，on the basis of the amplifier with gain co

7、ntrol part.In the actual circuit，operational amplifier circuit with negative feedback，for example，if the feedback resistance as the adjustable resistance，then the gain of the amplifier circuit can control，in which there are many other changes，of course. Data acquisition and control is realized by us

8、ing MSP430 single chip microcomputer，the larger the amplifier amplification by keyboard input output state control，choice of bandwidth and gain step control， crystal display shows and parameters set by the state. Keywords:amplifier；Circuit gain；SCM 济南大学毕业设计 目 录 摘要.I ABSTRACT.II 1 前言.1 1.1 课题的背景以及选题的

9、意义. .1 1.2 放大器的种类.1 1.3 宽带放大器的简介.2 1.4 设计要求.3 2 设计方案.4 2.1 电路设计的几种方案.4 2.2 系统总体设计.5 2.2.1 前置放大电路.6 2.2.2 末级功率放大电路.7 2.2.3 增益控制模块 .9 3 电路硬件设计.11 3.1 电路总体结构.11 3.2 AD811 介绍.11 3.3 AD603 介绍.12 4 系统软件设计.15 4.1 Protues 简介.15 4.2 CCS 介绍.17 4.3 MSP430f249 简介.20 4.4 主程序设计.22 结论.23 参考文献.24 致谢.25 附录.26 济南大学毕业

10、设计 - 0 - 1 前言 1.1 课题的背景以及选题的意义 近年来，科学技术快速发展，多媒体信息的高速传输也呈现出蓬勃发展的 势头。计算机和互联网迅速普及在军事、科研机构、大型企业、跨国公司、电 信行业、网络公司以及产品科技含量高的 IT 产业等等方面。由于放大器是功放 电路的重要组成部分，它已成为国内外研究的热点，它的性能也在进一步的提 高。 到目前为止，国内外研究方向尚处于集成放大器的多级放大器补偿、宽 带高速运算放大器等方面。随着技术的成熟，国内外研究将会致力于其他方面。 而宽带放大器也越来越广泛的应用在光纤通讯、电子战设备及微波仪表等方面。 在电子电路系统中，通常需要放大器具有稳定、

11、宽频带、低噪声、可调增益等 特点。因此在这方面的研究也在不断的进行，使放大器越来越符合要求。 本设计主要以 AD603 为核心，研究宽带可控增益放大器的设计。 1.2 放大器的种类 放大器(Amplifier)是将输入信号的电压或者功率放大的装置，即增加信号 的幅度或是信号的功率。放大器的组成部件有电子管、晶体管、电源变压器等 等。在实际生活的每一个角落中，通讯、广播、雷达、电视、自动控制等各种 装置都运用到放大器，用以来处理其输入信号。 现实生活中有很多种类型的放大器，按照不同的性质可划分为不同的类别。 按照所处理信号物理量划分为机械放大器、机电放大器、电子放大器、气 动放大器和液动放大器等

12、，其中使用最广泛的是电子放大器，随着科学技术的 发展，液动放大器和气动放大器的应用也会逐渐增多。 按照所用有源器件被划分为晶体管放大器、真空管放大器、固体放大器和 磁放大器，其中电子放大器中又以晶体管放大器使用最广泛。晶体管放大器常 常用于信号的电压放大和电流放大，例如在自动化仪表中，就有单端放大和推 挽放大其它形式。 除此之外，还有其他的分类。下面是放大器的一些分类： （1）有线电视干线放大器 （2）光纤放大器 光纤放大器（Optical Fiber Ampler） ，是能够将光学装置的光信号的功率放 大的一种光器件，同时还具有高增益、宽带、在线、低噪声、低损耗及其它功 能，它通常都由增益介

13、质、泵浦光和输入输出耦合结构三部分组成。根据其在 济南大学毕业设计 - 1 - 光纤线路中的位置和作用，可以划分为前置放大、中继放大和功率放大三种。 （3）通用型集成运算放大器 通用型集成运算放大器设计的目的就是为了使其能在各种电路中都能使用。 它的价格低廉，具有相对适中的技术参数，因此通用型集成运算放大器可满足 大多数情况下的使用要求，适用于各类电路中。通用型集成运算放大器按增益 运算程度分为型、型和型，其中型是低增益运算放大器，型是中增 益运算放大器，型是高增益运算放大器。型和型基本上是属于初代的产 物，所述输入失调电压通常约为 2mV 的，开环增益通常都大于 80dB。 （4）高精度集成

14、运算放大器 高精度集成运算放大器的特征在于温度漂移小、失调电压也很小，但是共 模抑制比和增益是十分高的。这类运算放大器的噪声也比较小。最小的失调电 压可小到几微伏。最低的温度漂移会低至几十微伏每摄氏度。 （5）高速型集成运算放大器 高速型集成运算放大器具有宽广的频率响应和高转换速率（最大可达 23kV/S） 。这种运算放大器一般应用于视频放大器、快速 A/D 转换器和 D/A 转换器中。 （6）高输入阻抗运算放大器 高输入阻抗集成运算放大器的特性是输入阻抗十分大，输入偏置电流是十 分小的。其输入偏置电流约为 20fA（2010-15A ） ，如此低的输入偏置电流对输 入信号源的影响也是极低的，

15、它的输入级往往采用 MOS 管。 （7）低功耗集成运算放大器 低功耗集成运算放大器是通过在 IC 外部连接上电阻或恒流源就能适当的调 整电源电流，同时也就得到各种不同的参数，因此工作时，它的电流非常小， 电源电压也很低，整个装置只有几十微瓦的功耗。 （8）宽频带集成运算放大器 宽频带集成运算放大器的特征在于它具有宽频带，增益也比较大。它具有 高达千兆赫以上的单位增益带宽。因此经常被用来在宽频带放大电路中。 （9）高压型集成运算放大器 高压型集成运算放大器是一种高电压幅度输出的信号放大器。一般情况下， 集成运算放大器的电源电压在 15V 以下，而高压型集成运算放大器与其完全不 同，它的供电电压可

16、达到数十伏，最高输出电压的范围为600V 或是 1200V。 （10）功率型集成运算放大器 功率型集成运算放大器是能产生最大功率输出以驱动某一负载的放大器， 它的价格相对很高。 1.3 宽带放大器的简介 济南大学毕业设计 - 2 - 宽带放大器是指上限工作频率与下限工作频率之比大于 1 的放大电路，它 的英文名称为 wide-bandamplifier。有时候，人们也会把相对频带宽度(B/Fs)大 于 20%30%的放大器也归属于宽带放大器的行列。 宽带放大电路主要用于放大视频、脉冲和射频的信号，它也是构成有线电 视、无线通信、音响和其它系统的基础的一部分。例如信号的频率范围从几赫 或几十赫的

17、低频直到几兆赫或几十兆赫的高频的有线电视图像信号放大的视频 放大器，中心频率为几十兆赫或几百兆赫，通带宽度可达中心频率的百分之几 十的雷达或通信接收机中的中频放大器，带宽从几十赫到几十千赫的音响设备 中的高保真度音频放大器等等。 典型宽带放大器电路包含补偿式、参差调谐式、行波式、共基放大式、共 射共基式以及电压电流并一串联负反馈式等不同种类。不同的电路具有不同的 优点和缺点，使用时应根据使用要求采用适合的电路。下面是宽带放大电路的 分类： （1）共射共基式宽带放大电路 （2）共基放大式宽带放大电路 （3）参差调谐式宽带放大电路 （4）行波式宽带放大电路 （5）补偿式宽带放大电路 1.4 设计要

18、求 研究可控增益放大器的实现方案、电路版图的设计方法；研究 430 单片机 实现采集数据、采集及控制的方法，实现放大器的要求为： (1)放大器的电压增益 av40db。输入电压有效值 vi20mv。其输入阻抗、 输出阻抗均为 50，负载电阻 50，且输出电压有效值 vo2v，波形无明显失真。 (2)在 75mhz108mhz 频率范围内增益波动不大于 2db。 (3)-3db 的通频带不窄于 60mhz130mhz。 (4)实现 av 增益步进控制。 增益控制范围为 12db40db，增益控制步长 为 4db。增益绝对误差不大于 2db。 济南大学毕业设计 - 3 - 2 设计方案 2.1 电

19、路设计的几种方案 AGC 系统中的核心电路就是可控增益放大器。在可控增益放大器中，电路 的增益随着控制信号的变化而发生改变，从而改变输出信号，达到稳定输出电 平的目的。可控增益电路部分通常是与整个接收系统共享的，并不是 AGC 系 统的一个独立部分。如果单级增益的变化范畴不能满足电路需求时，还能够采 纳多级增益控制的方法。 在现实使用时，有两种控制放大器增益的方法：一种方法是通过改变放大 器本身的某些参数，例如发射极电流、负载、电流分配比、恒流源电流以及负 反馈大小等，从而实现控制其增益的目的；另一种方法是通过插入可控衰减器， 通过调整电路中信号的大小，来改变整个放大器的增益。 对于可控增益放

20、大器的设置有下列几种方案： （1）采用场效应管或者三极管来控制电路中的增益。这种方案主要是利用 场效应管的可变电阻区或者是将三极管等效为压控电阻，输出信号取自电阻与 场效应管与对 v 的分压。采用此方案能够达到很高的频率，还有很低的噪声， 但是电源、温度的漂移将会引起分压比的变化。如果使用这种方案的话，相对 来说电路会比较简单，但是调试起来比较困难，很难对电路的增益达到精确控 制的目的，并使其长时间稳定。方案如下图 2.1 所示。 图 2.1 利用场效应管设计的增益框图 （2）使用可编程放大器，用高速乘法器型 D/A 实现电路增益控制的想法。 使用此方法的话，信号的输入端是该 D/A 转换器的

21、 VRef 端，信号的输出是 济南大学毕业设计 - 4 - D/A 的输出端。该 D/A 转换器中，数字量输入端能够控制传输衰减，从而实现 增益控制。这种方案简单易行，操作方便。但实验表明：当电路的输入信号是 高频信号时，这个系统很容易出现自激现象。也就是所得的增益与控制的数字 量成指数关系，而不是成线性关系。从而造成电路中增益调节不均匀，精确度 下降。因此也不选择此方案。 （3）用能够压控增益的放大器实现。即使用 PGA，它是一款电路增益与 控制电压成线性关系的可编程增益放大器，整个方案是电路增益与控制电压成 线性关系的可变增益放大器来实现电路中增益的控制。这种方案的优点是，使 用时可以用单

22、片机预置增益。方案如下图 2 所示。由于要由 430 单片机实现数 据采集及控制放大器的放大倍数的目的，所以采用这种方法，由单片机控制改 变放大器本身的某些参数。 图 2.2 电压控制增益框图 2.2 系统总体设计 系统总体框图如下所示。主系统主要由以下 4 个部分组成：前置放大电路、 末级功率放大电路、增益控制模块和 430 单片机显示控制模块，每个部分都实 现不同的功能，从而实现最终目的。 输入信号先通过前置放大电路，作用是实现前级的放大，并提高输入的阻 抗，同时抑制输入的噪声。然后通过功率放大电路，将电路中的输出电压有效 值提高。单片机显示控制模块涉及到增益控制部分。单片机经过 A/D

23、转换，先 对信息进行采集、处理，然后送到 LED 液晶显示器。按键控制实现电路的增益 济南大学毕业设计 - 5 - 控制。 图 2.3 系统总体框图 2.2.1 前置放大电路 放大电路就是增加电路中信号幅度或者信号功率的电路。放大器就是在一 个装置中加入放大电路实现放大功能。不同的电子有源器件构成了放大器的核 心，如电子管、晶体管、电源变压器等等就可以添加在放大器中。放大器的输 入信号经过整个电路，放大到一定程度被输出，信号不会无缘的放大，在整个 电路中，主要是通过各种元器件的组合把电源的能量转移给了输出信号，因此 放大器需要能量实现放大作用。放大电路常用的能源是直流电源。高频电源也 可以作为

24、能源。放大作用就是放大器将比较弱小的信号通过的放大功能传输给 输出级，使输出级的信号幅度或功率放大到符合实际的应用，它的实质就是把 电源的能量转移给输出信号。 在整体电路的开始端加入一个放大电路用以对输入信号的放大，通常称之 为前置放大电路，在电路的前端实现放大作用的装置叫做前置放大器。前置放 大电路的目的是为了放大有用信号，放大的时候也会将噪声放大。噪声会对实 际应用产生困扰。在电路中引入负反馈可以在一定程度上降低电路中的噪声。 在整体电路的开端采用了前置放大电路。电路图如图 2.4 所示。 济南大学毕业设计 - 6 - 32 67 4 U1 AD81 C1 30n C2 30nR110.5

25、K R2680R R3680R R41k -15v 15v 图 2.4 前置放大电路 在电路图中，使用了 AD811 作为前级跟随。因为 AD603 的输入阻抗只有 100，为了符合题目的要求，所以必须加入缓冲部分来提高阻抗，而且电路图 中的前级放大电路的噪声影响非常大，因此要在输入部分添加保护电路，但是 不能影响电路的性能，所以我们选用了 AD811 作为前级跟随。在电路中我们可 以看到，在 AD811 的正电源输入端和负电压输入端分别接入了15V 的电源， 用以作为能源对输入信号进行放大。 2.2.2 末级功率放大电路 在现实应用电路中，经常都会要求放大电路的末级能够输出足够大的功率， 用

26、作驱动电路中的负载，功率放大电路（power amplificatory circuit）就是一种 可以向负载提供足够信号功率的放大电路，简称功放。 功放的主要技术指标为转换效率和输出功率。从这方面来研究，功率放大 电路与其他类型的放大电路都是使输出级的输出功率放大，没有本质上的区别。 而另一方面，功率放大电路不是只单纯地追求在输出级尽可能输出大的功率， 它是在其他性能比较稳定的情况下追求大功率。因为电路的放大都是把电源的 能量转移到了输出级，如果只追求电路的输出级输出高电压或者大电流，那么 只需在各种元器件的承受范围内加入最大的电源电压。在功率放大电路中，输 出级的最大输出功率是在大部分参数

27、已经确定了的情况下可能获得的最大交流 功率。在一定的输出功率已经基本确定了的情况下，尽可能减小直流电源的功 耗，可以使功率放大电路的转换效率增大。功率放大电路的种类也有很多，按 照要求不同有不同的划分结果，下面是一些不同种类的功放电路： （1）变压器耦合功放电路 （2）无输出变压器功放电路 济南大学毕业设计 - 7 - （3）无输出电容功放电路 （4）桥式推挽功放电路 Q1PN Q4PN Q2NP Q3NPR14k R18k R8910 R122K R92k R1k R16k D3B21D4 B21 C153uC17 3u C163uC18 3uC21 10pFC210pF R15k R13K

28、 R10 C201n C190pFR174k R71kC130pF C140pF R20 1K +15v -15v 图 2.5 末级功率放大电路 上图是末级功率放大电路，其中所用元器件相对来说还是比较多的，里面 主要由 4 个 PN 结和不同量程的电容、电阻等组成。在末级功率放大电路的前 端接入的是增益控制模块，因为 AD603 的最大输出电压只有 2v 左右，不能满 足题目需求，因此还需要在后面接入功率放大电路，通过经过后级放大达到更 高的输出有效值。电路主要选用两级三极管进行直流耦合和发射结直流反馈来 构建末级功率放大电路。第一级主要是进行电压的放大，整个功放电路的电压 增益都集中在第一级

29、；第二级是进行电流的放大和电压的合成，先将第一级的 输出的双端信号转变为单端信号，同时提高电路的带负载能力。整个电路对于 信号进行了线性放大，放大倍数 AG1+R10/R9 （2.1） 在上图所示的电路中，通过滑动变阻器 R12、R 13 调节电路中的参数。 2.2.3 增益控制模块 自动增益控制(automatic gain control)就是在电路运行的过程中，放大电路 的增益随着信号强度的变化而不断变化的方法。下图为增益控制电路图。 济南大学毕业设计 - 8 - GPOS1GNEG2VINP3 V+8VOUT7 V-6COM4 FDBK5 U1 AD603 GPOS1GNEG2VINP

30、3 V+8VOUT7 V-6COM4 FDBK5 U2 AD603 C110n C310n C6 10nC8 10n C910n C1010n C510n C210u C1210u C1 10u C44.7u C74.7u R1750R -5v +5v 图 2.6 增益控制电路 在此电路图中，选用了两个 AD603。为尽可能符合题目要求，在电路图中 使用 AD603 的三种典型工作方式中的第二种工作方式。电路图中，在 AD603 部分，VOUT 与 FDBK 之间外接一个电阻 REXT，FDBK 与 COMN 端之间接一 个电容频率补偿。画图时采用直接耦合的工作方式。其优点是能够改善放大器 的

31、低频响应特性，同时可以减少两级放大器级联以后的频带损失。经过 D/A 转 换后产生的电压信号，可以调节电路中的增益变化。电路的运行，都需要电源 传输能量，在两个 AD603 正电源输入端接+5V 的电源，负电压输入端接-5V 的 电源，用以对整个电路提供能源。 济南大学毕业设计 - 9 - 3 电路硬件介绍 3.1 电路总体框图 下图为整个设计的总体框图。由图所示，在前置放大电路部分，选用 了 AD811 来控制放大功能，在增益控制模块，我们采用了 AD603 来控制 电压的大小，从而控制增益的范围。下面介绍一下 AD811 和 AD603 的信 息。 GPOS1NE2VIP3V+8VOUT7

32、V- 6COM4 FDBK5 U2 AD603 GPOS1NE2VIP3V+8VOUT7V- 6COM4 FDBK5 U3 AD603 C3510nC3410n C3010n C2810n C2710n C2610n C310n C3610u C3110u C2510u C324.7u C294.7u R2570 -5v +5v 32 674U1AD81C3730nC38 30nR2810.5K R29680 R27680R261k -15v 15v Q1PN Q4PN Q2NP Q3NPR14k R18k R8910 R12K R92kR1kR16 k C153uC17 3u C163uC1

33、8 3uC21 10pFC210pF R15kR13K R10 C201n C190pFR174k R71kC130pF C140pF R201K +15v -15v +5v 图 3.1 总体电路图 3.2 AD811 介绍 AD811 运算放大器是美国模拟器件公司（简称 A-D 公司）推出的一款宽带 电流反馈型运算放大器。针对广播级质量视频系统进行了优化，具有高速、高 频、宽频带、低噪声等优点。它可作用于分配放大器、直流恢复电路、视频开 关、视频线路驱动器等方面的视频信号处理。下图为 AD811 的仿真引脚图。 济南大学毕业设计 - 10 - 3 2 6 7 4 U1 AD811 图 3.2

34、 AD811 仿真引脚图 AD811 的使用方法与一般运算放大器基本相同。AD811 有同相输入和反相 输入两种接入方法。AD811 的主要技术性能指标为：高速性（转换速率可达 2500V/s）、出色的直流精度（输入失调电压最大值可达 3 mV） 、内部具有 短路保护功能等。 3.3 AD603 介绍 AD603 用于增益控制模块。AD603 是一款美国模拟器件公司（简称 A-D 公司）推出的低噪声、电压控制型放大器。通常被用于中频(IF)和射频(RF)自动 增益控制(AGC) 系统中。AD603 提供精确的引脚可选增益。90 MHz 带宽时增益 范围为-11 dB 至+31 dB； 9 MH

35、z 带宽时增益范围为+9 dB 至+51 dB。如果要计 算电路图中任意中间位置的增益范围，可以在其所需位置加一个外部电阻。折 合到输入的噪声谱密度仅为 1.3 nV/Hz。采用推荐的5 V 电源，功耗为 125mW。 用 AD603 控制电路增益有三种方式： （1）将 VOUT 与 FDBK 短路，即为宽频带模式（90MHz 宽频带） 。此时 AD603 的增益设置范围为-11.07dB+31.07dB ； （2）画电路图时，在 VOUT 与 FDBK 之间外接一个电阻 REXT，在 FDBK 与 COMN 端之间接一个 5.6uF 的电容频率补偿，根据增益关系式计算出 REXT 大小。选取

36、合适的 REXT，获得所需增益值。当 REXT=2.15K 时，其 增益范围为-1+41dB ； （3）在 VOUT 与 FDBK 之间开路。FDBK 对 COMN 连接一个 18uF 的电 容。这是为了扩展频率响应，其增益范围为+8.92+51.07dB，带宽为 9MHz。 下面是 AD603 内部结构图： 济南大学毕业设计 - 11 - 图 3.1 AD603 内部结构图 由上图所知，AD603 是三部分组成：增益控制部分、精密无源输入衰减器 和固定增益放大器。如图所示，加在梯型网络输入端（VINP）的信号经过衰减 后，由固定增益放大器部分输出。增益控制部分的电压可以控制衰减量。增益 大小

37、调整与只与其差值 VG 有关，自身电压值无关。GPOS/GNEG 端的输入电 阻值高达 50M。由 I=V/R 所得，当输入电流很小时，片内控制电路对提供增 益控制电压的外电路影响也在逐步减小。AD603 很适合构成程控增益放大器。 AD603 实现电路增益步进可调功能。 “滑动臂”从左到右可以连续移动。放大 器的增益范围随 VOUT 和 FDBK 两管脚的连接的改变发生变化。下图是 AD603 连续控制下的输入增益控制计算。 济南大学毕业设计 - 12 - 图 3.2 连续控制下的输入增益控制计算 仿真中的 AD603 引脚图如下图所示： 图 3.3 仿真引脚图 济南大学毕业设计 - 13

38、- 4 系统软件设计 本次设计中用到的软件有 Protues 仿真软件和 CCS 编译软件，这两个软件 功能很强大，是实现本次功能中必不可少的。利用 Protues 绘制出电路图。将搭 建好的元器件连接好，通过程序进行仿真实验。程序编写不对的地方可以利用 CCS 软件随时修改程序控制电流的输出。进行仿真可以查看出哪里有逻辑错误 和功能错误，通过修改可以使方案设计更加完善。 4.1 Protues 简介 Proteus 软件是英国 Labcenter electronics 公司出版的 EDA 工具软件。它和 Altium Designer 一样都可以进行电路元器件的仿真，Proteus 还可以

39、单片机及外 围器件，Altium Designer 就不具备此功能，但它可以生成 PCB 电路板，二者也 可以联合起来共同使用。Proteus 一款将虚拟模型仿真软件、PCB 设计软件和电 路仿真软件三款软件的功能结合在一起的新的综合性软件。画好 Proteus 仿真图 后，可以很直观地评估硬件电路的设计正确性。因此画图时可以及时的修改电 路图，以保证整体电路最好可以正确运行。Proteus 处理器模型支持 8051、HC11、PIC 、AVR 、ARM 、8086 和 MSP430 等，2010 年增加了 Cortex 和 DSP 系列处理器，它的功能也在不断的增加。在编译方面，它也支持 C

40、CS、IAR、Keil 和 MATLAB 等多种编译软件。 图 4.1 是 Protues 开机主界面图： 图 4.1 Protues 开机主界面图 济南大学毕业设计 - 14 - 下图是 Protues 仿真主界面图： 图 4.2 Protues 仿真主界面图 Protues 中元器件资源丰富，包括仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元 器件，有 30 多个元件库，而且自己也可以对元器件进行量程的设置。Protues 中还有仪表、图形等资源，能够满足我们对各种电路的设计。下图是 protues 元 器件库。 图 4.3 protues 元器件库 Protues 具有不同的版本，现已更新到 8.

41、0 版本。不同版本的 protues 中元器 济南大学毕业设计 - 15 - 件库也有不同，版本相对较低的会缺少一部分器件，但是我们可以将缺失的器 件下载下来，然后加载到自己的 protues 软件中。还可以将自己修改的器件存到 元器件库中，右键单击元器件，然后选择 Make device 出现如下界面，然后一 直选择 next 即可。 图 4.4 加载元器件 4.2 CCS 介绍 CCS 是 Code Composer Studio 软件的简称，中文译名是代码调式器或者代 码设计套件。Code Composer Studio 编译语言是 C/C+、汇编语言等。Code Composer St

42、udio 包罗一整套用于调试和开发嵌入式应用的工具，而且它的开发 界面上存在许多大家熟悉的工具和界面。CCS 软件能适用于每个 TI 器件系列 的多种功能。但是不同版本的 CCS 支持的处理器存在着差异。 CCS IDE 部分为使用者提供了一个单一用户界面，可以完成开发过程中的 每一个方面。CCS 具有精密的高效工具。使用 CCS 编译程序时，可以在 CCS 开发界面上找到熟悉的工具和界面，可以让用户快速上手。CCS 版本更新比较 快，6.0 版本已经投入使用中。前 4 版的 Code Composer Studio 都是基于 Eclipse 开放源码软件框架。基于 Eclipse 开放源码

43、软件框架的 CCS 版本为构建 软件开发环境提供了优秀的软件框架，通过使用发现这种软件框架非常好用， 因此众多嵌入式软件供应商都使用这种开放源码软件框架，使其成为采用的标 准框架。CCS 将德州仪器 (TI) 先进的嵌入式调试功能的优点和 Eclipse 软件框 架相结合，形成了新的工作方式。这样一个有吸引力的、功能丰富的开发环境 为嵌入式开发使用者提供了极大的便利。下图为 CCS 的开机主界面图。我安装 济南大学毕业设计 - 16 - 的是 6.0.1 版本的 CCS。打开软件，首先要选择工作区，也就是自己要单独建 立一个文件夹，用以存放 CCS 新建的各个工程。 图 4.5 CCS 开机主

44、界面图 下图是 CCS 编译主界面图。它的内部资源非常丰富，可以为开发人员 提供各种选择。 图 4.6 CCS 编译主界面图 编译 CCS 的程序时与 keil 大致相似，都是要先建工程。在左栏右键单击， 然后选择 new，选择 CCS Project，如下图所示，填写名称，然后选择合适的单 济南大学毕业设计 - 17 - 片机。 图 4.7 CCS 建工程 工程建好后，在界面的左栏就会出现已经新建好的工程。点开新建好的工 程后，在 Debug 处右键单击选择 new，建立新的 c 文件，然后将程序复制上去。 下图为已经建好的文件。 图 4.8 建好的 CCS 文件 济南大学毕业设计 - 18

45、 - 建好文件后，生成 hex 文件，自己记住保存的路径，如果不能生成 hex 文 件，则程序运行过程中出现了错误，需要对程序进行修改。下图是将程序加载 到单片机上的过程。双击单片机，选择找到 hex 文件，然后 OK。 图 4.9 加载 hex 文件 Proteus 运行时，可以通过按键控制输出的电压。下图是不同的电压输 出值的图。 图 4.10 proteus 仿真输出图 济南大学毕业设计 - 19 - 图 4.11 proteus 仿真输出图 4.3 MSP430f249 简介 一种集中了多种功能于一体的芯片构成了单片机(Microcontrollers)。它采用 语言或汇编语言控制。一

46、块单片机就是一个小而完善的微型计算机系统，因 此也称之为微控制器。单片机的内部结构简单，使用起来也比较方便。一般情 况下我们都先用电路仿真软件画出合适的电路图，然后通过编译软件生产程序， 然后控制单片机的功能。单片机种类繁多，使用方便。在许多领域内，单片机 得到广泛应用。单片机还具有低功耗、低电压的优点。因此在许多小巧的电子 产品中得到使用。 MSP430 系列单片机是美国德州仪器（TI ）1996 年开始推向市场的一种 16 位超低功耗、具有精简指令集（RISC）的混合信号处理器（ Mixed Signal Processor） 。 MSP430 系列单片机是由三部分组成：模拟电路、数字电路

47、模块和 微处理器。MSP430 系列单片机是用 C 语言和汇编语言开发的。 用 C 语言开发 可以缩短开发周期，大大提高了开发的整体效率，并且使用 C 语言开发程序具 有非常好的移植性和可读性。因此采用 C 语言开发非常简单。本设计采用 msp430f249，下图是其封装图。 济南大学毕业设计 - 20 - 图 4.12 MSP430 封装和电路板 MSP430F249 属于超低功耗微控制器， 采用高效 16 位 RISC 内核。它是由 两个内置 16 位定时器、一个快速 12 位模数 (A/D) 转换器、一个比较器、四 个通用串行通信接口 (USCI) 模块、和高达 48 个 I/O 引脚组

48、成。 MSP430F249 内含 125ns 的指令周期和 27 条指令，电压供电较低，大约为 1.83.6V（最高到 4.1V） ，无法解密已经加密的程序代码。 MSP430F249 单片 机有 6 组 I/O 口：P1P6。每组 I/O 口都有 8 个可以独立编程的引脚为 P1.0P1.7，每组 I/O 口都有 4 个控制寄存器，分别为方向控制寄存器 PxDIR、 输入寄存器 PxIN、输出寄存器 PxOUT 和功能选择寄存器 PxSEL。MSP430F249 单片机的 I/O 口主要有以下特征：每个 I/O 口可以独立编 程设置；输入、输出功能可以任意结合使用；P1 和 P2 口具有中断

49、功能，可以 单独设置成上升沿或下降沿触发中断；有独立的输入/ 输出寄存器。 MSP430F249 内部具有 4KB FLASH ROM，256Byte RAM。它采用 20 脚 SOWB 或 TSSOP 封装。 MSP430F249 使用成本低，性能可靠，适用于家电变频器的控 制。下图是 MSP430F249 的仿真引脚图。 D7 D01D23D4 56RS WEDAC01DAC23DAC45 DAC67 P2.5/ROSC/A525P2.4/CA1/T2242.3/ 0/TA123P2.2/CAOUT/A0/C42 P2.1/TAINCLK/A321P2.0/AL/C220 P1.2/TA1

50、141.1/T013P1.0/TACLK/CAOUT121.3/T215P1.4/SMCLK16 P1.7/TA2191.6/T118P1.5/TA017 P2.6/ADC12CLK/ 626P2.7/TA0/CA727P3.0/UCB0STE/UCA0CLK283.1/ 0IMO/ B0SDA29 P3.2/UCB0SI/UC0CL303.3/ 0CLK/ A0STE31P3.4/UCA0TXD/UC0IMO323.5/ 0R/ A0SI 3P3.6/UCA1TXD/UC1IMO34 3.7/ 1R/ A1SI 35 P4.5/TB541 4.4/T440P4.3/TB339 4.2/T23

51、8P4.1/TB1 37 4.0/T036 4.6/T642P4.7/TBCLK43 AVC64 S62 P5.0/UCB1STE/UCA1CLK4 5.1/ 1IMO/ B1SDA45P5.2/UCB1SI/UC1CL46 5.3/ 1CLK/ A1STE47P5.4/MCLK48 5.5/SL49P5.6/ACLK50 5.7/TBOUTH/SVSOUT51P6.0/A059 6.1/160P6.2/A261 6.3/32P6.4/A43 6.5/54 P6.6/A65 6.7/7/SVSIN6 XT2OUT52XT2IN53 RST/NMI 58TCK57TDI/TL 5TMS56VER

52、EF+10 F+7XIN8 OUT9 TO/TDI 54VREF-/VEREF-1 U10 MSP430F249 图 4.13 仿真中的 MSP430 引脚图 济南大学毕业设计 - 21 - 4.4 主程序设计 软件部分主要是由 MSP430 单片机控制增益控制模块的输出电压从而控制 整个电路。在 proteus 中画好电路图，在 CCS 中编译 c 语言程序，然后将 CCS 生成的文件加载到 proteus 电路图的 430 单片机上，然后运行。下图是程序运行 时的流程，程序开始运行时，先初始化屏幕，然后按流程图一步步往下进行。 图 4.14 主程序流程图 济南大学毕业设计 - 22 - 结

53、 论 经过这段时间的查阅资料和不断调式实验，可控增益放大器设计基本完成。 设计中仍然存在一些不完备的地方。以前我也使用 Proteus 软件做过一些仿真设 计，但是做的都是一些相对简单的设计，本次毕业设计是对综合知识的考察， 涉及的知识范围比较多，所以对我来说具有很大的难度。由于以前对一些知识 只是肤浅的了解，最多也只是会做题，但不是很了解其中的原理，真是“书到 用时方恨少” ，如果以前能不耻下问、深入研究，这次的可控增益放大器设计就 不会需要重复的翻书，例如高频和模电书我就需要重新去学习，而且还上网查 了一些 AGC 电路的资料，其中就涉及到增益放大电路，在其中我参考很多。 在用 MSP43

54、0 单片机实现数据采集和控制的作用时，这是我从未接触的领 域，以前上课时我们学的是 AT89S51 单片机，MSP430 单片机需要去重新学习。 为了程序能够顺利的运行，我先后尝试了 keil、TAR 、CCS 三种软件，最终我 选择使用 CCS 软件。CCS 的编译过程与其它两款存在很大的差异。初始我看到 运行界面，还以为会和 MyEclipse 运行一样，结果让人很失望，后来我又问了 其他人，还是别人帮我完成的这部分编译，我自己还是不太会用。我感觉这学 期真的把我以前学过还有没学的东西都重新过了一遍，让我有了重读高三的感 觉。 在设计过程中我对硬件电路设计、程序设计和单片机的实际运用都有了

55、更 深的了解。而且 proteus 软件中有些元器件找不到，所以又要查找下载一些元器 件的压缩包，并且要查找一些替代品去替换，有些电路图都要不断去修改，很 繁琐，但是经过此次设计，我学会了从分析系统需要、可行性方案设计、功能 模块划分、流程图绘制和复杂仿真电路的连接，不论以后是否会用到这些知识， 这对我来说都是宝贵的经验，不仅仅是说对这些知识的学习，更多的是书到用 时方恨少，对于所有的知识都应该认真对待，好好学习，不能敷衍，不然到了 用的时候还需要重新学习。通过完成本次设计无论是在硬件连接方面还是在软 件编程方面，我都有了更深的理解。本次设计采用了 msp430 单片机芯片，与 以往的单片机相

56、比增加了许多新的功能。其实与以前相比，使其功能更为完善， 应用领域也更为广泛。在整个设计中，可控增益放大器是由各部分电路组合构 成的，在其中，有 MSP430 单片机实现电路中增益的控制，通过控制增益模块 的输出值控制整个电路。 总之通过这次设计和仿真，我学到了很多以前并不了解的知识，在这个过 程中只能是一直痛着，希望最终结果会是好的。设计基本上达到了预期的系统 功能要求。在未来的工作和学习中，我会不断总结经验，认真积累各方面知识， 继续努力学习硬件电路设计、程序编程以及简介高效的电路仿真方面的理论知 识，并且注重理论联系实际，将在课本上学到的理论知识转化为实践，争取在 济南大学毕业设计 -

57、23 - 电路设计方面能有所提升。 济南大学毕业设计 - 24 - 参 考 文 献 1李松亭宽带增益可控差分 CMOS 低噪声放大器设计与分析J国防科技大学，2010 2王国伟宽带放大器的设计M 甘肃科技纵横 ，2004 ，33（5）:35-40 3谢宋和，甘勇. 单片机模糊控制系统设计与应用实例M. 北京: 电子工业出版社， 1999.5：20-25 4王卫东高频电子电路（第 3 版）M 电子工业出版社 2014:40-70 5胡嘉盛，李巍，任俊彦增益可控 cmos 低噪声放大器 J固体电子学研究与进展， 2007，27（2）:12-18 6吴炎辉一种双频带可控增益功率放大器的研究D华中科技

58、大学硕士，2009 7张毅刚单片机原理及接口技术术(c51 编程) M人民邮电出版社 8邱关源电路(第 5 版) M 高等教育出版社,2006:120-150 9全国大学生电子设计竞赛湖北赛区组委会. 电子系统设计实践: 湖北省大学生电子设计 竞赛优秀作品与解析J. 武汉：华中科技大学出版社， 2005 10邱聪，叶甜春，范军2.4GHz 可变增益 CMOS 低噪声放大器设计J中国科学院微电 子研究所，北京，2008:33-36 12王中航，习友宝，阚能华.100mW 301200MHz 宽带放大器J. 北京：电子测量技术， 2008，31(8):28-31 13 IEEE Radio Fre

59、quency Integrated Circuits Symposium C. Italy: Dipartimento，2008: 79- 82 14童诗白，华成英.模拟电子技术基础M 高等教育出版社， 2011 15杨居义.单片机课程设计指导M. 北京: 清华大学出版社，2009:45-53 济南大学毕业设计 - 25 - 致 谢 这篇论文的完成，标志着我的大学生活的结束。虽然平时总是说上学好烦， 但是最近总会感觉很惆怅，对逝去的生活的怀念。学生生涯是宝贵的，感谢四 年来各位老师的教导，感谢同学们的一路陪伴。有了你们，生活变得丰富多彩。 这篇论文能够完成，首先要感谢我的指导教师孙传伟老师。在

60、完成论文的 过程中，孙老师提供了很大的帮助。还要感谢一起一个小组的其他同学，虽然 大家的题目各不相同，但是有问题时大家也可以一起讨论讨论，从别人提的建 议中可以换个思路往下研究。其次里面一些专业课知识的涉及以及相关软件的 使用，都是我的各位老师的教受，非常感谢我的专业课老师们。 在此之际，我的心情无法平静。在校期间的四年时间里，各位敬爱的师长、 亲爱的同学给予了莫大的帮助，大家一起学习，一起生活，感谢大家的相知相 伴。我会将这份感激永存于心。 学业即将结束，我会铭记在母校的点点滴滴，铭记老师们的教导，铭记各 位同学真挚的祝福，充满信心的迎接新的生活。 济南大学毕业设计 - 26 - 附录： 电

61、路增益控制程序: #include #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int #define CPU_F (double)8000000) #define delay_us(x) _delay_cycles(long)(CPU_F*(double)x/1000000.0) #define delay_ms(x) _delay_cycles(long)(CPU_F*(double)x/1000.0) /*定义接口*/ #define LCDIO P1OUT #define LCD1602_RS_1 P2OUT|=

62、1 #define LCD1602_RS_0 P2OUT/写入指令函数 void LCD_write_dat( unsigned char dat);/写入数据函数 void LCD_set_xy( unsigned char x，unsigned char y );/ 设置显示位置函数 void LCD_dsp_char( unsigned char x，unsigned char y，char dat);/显示一个字符 函数 void LCD_dsp_string(unsigned char X，unsigned char Y，const char *s);/显示字符 串函数 void L

63、CD_init(void);/初始化函数 void delay_nms(unsigned int n);/延时函数 /*/ void delayms(uint t) uint i; while(t-) 济南大学毕业设计 - 27 - for(i=1330;i0;i-);/进过参数的调整 /*检查忙函数*/ void LCD_check_busy() P1DIR=0 x00; LCDIO=0 xff; LCD1602_RS_0; LCD1602_RW_1; LCD1602_EN_1; while(P1IN LCD1602_EN_0; P1OUT=0 x00; P1DIR=0 xFF; /*/ /*写指令函数*