宽带放大器、数字滤波器
设计汇报
参赛院校：山东大学信息科学和工程学院参赛队员：马衍庆、赵海明、郭帅帅
日期：20XX-8-27
目录
一、摘要………………………………………………………………………………3
二、正文………………………………………………………………………………3
2.1引言…………………………………………………………………………32.2 方案论证……………………………………………………………………32.3 各个模块实现原理…………………………………………………………42.4 系统设计和数据分析………………………………………………………82.5 结论和改善方法……………………………………………………………11
三、参考文件………………………………………………………………………11
一、摘要
本设计基于运算放大器TL084进行宽带直流放大器进行设计，实现了放大倍数0到40DB可调，带宽在300KHz~450KHz之间，输入电阻为50欧姆，输出电阻为1欧姆左右。并以AVR单片机为控制关键，对放大信号用液晶12864进行波形检测显示，并经过AD、DA
液晶上。
能够对信号进行实时回放。回放波形为输入波形1/2,并经过软件计算出信号有效值，显示在
二、正文
2.1引言
伴随微电子技术发展，大家迫切要求能够远距离随时随地快速而正确地传送多媒体信息。于
是，无线通信技术得到迅猛发展，技术越来越成熟。而宽带放大器是音响、有线电视、无线通信中不可缺乏部分，于是大家对它要求也越来越高。TL084是常见运算放大器芯片，增益带宽积为2.5MHz~4MHz，每一片中含有四个放大器，是一款很经济实用芯片。
2.2 方案论证
方案一：
输入级采取一级跟随器，输出级采取一级跟随器，中间采取两级反向放大器，前一级固定放大在10倍（20DB）左右，后一级放大调整到放大倍数0~10倍，总放大增益为0~40DB。
方案二：
输入级采取一级正向放大器，中间采取两级反向放大器，在第三级放大器设置为0~6.36DB可调。第一级放大倍数为6倍，第二级放大倍数为4倍。
方案三：
输入级采取正向放大器，中间采取两级反向放大器，输出级采取反向放大器，每一级放大倍 。数10DB，其中第二级和第三级设置成可调，即（0~10DB）
方案一和方案二相比较，采取两级放大，在相同增益带宽积和总放大倍数一定情况下，其3DB带宽不如三级放大。方案三和方案二比较，输出隔离不理想，输出电阻偏大。综上我们设计采取方案二。
方案证实：
已知TL084增益带宽积为GBP（2.5MHz~4MHz）放大倍数在0~100倍之间。 ，放大器增益为0~40DB可调，即放大器
w h
2
1
wh
2
2
wh
2
3
...
whj
2
wA hi i4MHzi1,2,3.......………………………………………………………….公式二
AA A 12 3 ........Aj100,j1,2,3.....…………………………………………………公式三
由公式一、公式二、公式三和基础不等式能够推出：
当j=2 时，即采取两级放大，当初 | A 1 | | A 2 | | 10 | ， | w h | 最大值为 | w h | max | | 283KHz | ||||||
当j=3 时，即采取三级放大，当初 | | | A 3 | | ||||||||||||||
A 1 | A 2 | 4.65 | ， | w h | 最大值为 | w h | max | | 430.1KHz | |||||||||
2.3各个模块实现原理
宽带直流放大器模块：
本模块设计使用三级放大器和一级跟随器，第一级使用正向放大器，放大倍数为6 倍，第二
级采取反向放大器，放大倍数为4倍，第三级采取可调反向放大器，放大倍数为0到6.36倍可调。由公式三理论推算放大器整个放大倍数为0~152.6倍，即0~43.7DB。由公式一、二理论推算放大器3DB带宽范围：0~410KHz。
原理图：
原理图仿真：
图二：原理图仿真图
硬件焊接：
机进行控制。ＭＡＸ１１８：
基础调试思绪
端口０初始化
时序产生 | 输出 |
否
转换完成 | 是 | 读取 |
|
图三：ＭＡＸ１１８调试步骤
ＭＡＸ５３９介绍：MAX539是低功率，电压输出12-bitDAC，+5V单电源操作。也可在±5V电源操作。MAX539只有140μA工作电流。MAX539为8引脚DIP和SO封装。无需外部电阻器或运算放大器。输出缓冲区是一个单位增益稳定，轨到轨输出BiCMOS运
算放大器。 | 输入失调电压和共模抑制比是修正以达成愈加好超出12 位性能。 | 建立时间是25 |
μs到0.01％最终价值。能够驱动一个2K直流负载。
基础调试思绪：
端口初始化
时序产生
液晶显示模块：
本ST7920点矩阵LCD控制/驱动IC，能够显示字母、数字符号、文字型及自订图块显示，它能够提供种控制介面，分别是8位元微处理器介面, 4位元微处理器介面及串列介面；全部功效，包含显示RAM，字型产生器，和液晶驱动电路和控制器，全部包含在个单晶片里面，只要个最小微处理系统，就能够操作本LCD控制/驱动IC。ST7920字型ROM 包含8192个16X16 点文字形和126个16X8 点半宽字母符号字型，另外绘图显示画面提供个64x256点绘图区域（GDRAM）及240点ICON RAM，能够和文字画面混和显示，而且ST7920内含CGRAM 提供4组软体可程式计划16X16造字功效。ST7920 含有低功率电源消耗(2.7V to 5.5V) 能够提供电池操作携带式产品省电需求。ST7920LCD 驱动器由33 个common及64 个segment所组成，Segment驱动器扩充能够视需要由ST7921Segment 驱动器来提供扩充显示范围任务，个ST7920能够显示到1 行8个字或是2 行4个字，或是配
合ST7921使用2行16个字显示。
液晶显示试验波形程序框图：
调试液晶
液晶显示基础字符
液晶显示文字
图五：液晶调试步骤
液晶画图程序步骤：
测频，测幅值
清屏
确定地址坐标，画图显示
是 | 否 |
判定图形是否
更新
电源模块:
线性稳压电源，含有完全独立四组稳压输出，分别为两组5V和两组12V，能够连成正负双
电源。其中一个5V 输出为两片7805 并联，可输出大电流。
矩阵键盘模块： |
|
采取电阻分压式结构，只需一个I/O口就可完成16个按键扫描，并能处理多建同时按下时冲突。经过优化设计只需要7只电阻，而且受电阻阻值误差影响小，工作稳定可靠。
单片机控制模块：
采取高速8位单片机ATMEGA32。其产品特征有：高性能、低功耗8 位AVR® 微处理器、优异RISC结构、131 条指令、大多数指令实施时间为单个时钟周期、32 个8 位通用工作寄存器、全静态工作、工作于16MHz 时性能高达16MIPS、只需两个时钟周期硬件乘法器、非易失性程序和数据存放器、32K字节系统内可编程Flash、擦写寿命:10,000次、含有独立锁定位可选Boot代码区、经过片上Boot程序实现系统内编程、1024字节EEPROM、2K字节片内SRAM、能够对锁定位进行编程以实现用户程序加密、JTAG接口( 和IEEE1149.1 标准兼容)、符合JTAG标准边界扫描功效、支持扩展片内调试功效、经过JTAG接口实现对Flash、EEPROM、熔丝位和锁定位编程。外设特点：两个含有独立预分频器和比较器功效8位定时器/计数器、一个含有预分频器、比较功效和捕捉功效8个单端通道、TQFP 封装7个差分通道、2 个含有可编程增益（1x,10x, 或200x）差分16位定时器/计数器、含有独立振荡器实时计数器RTC、四通道PWM–8 路10 位ADC、
片内经过标定RC 振荡器、片内/片外中止源，6 种睡眠模式:空闲模式、ADC 噪声抑制
模式、省电模式、掉电模式、Standby模式和扩展Standby模式。I/O和封装：32个可编程I/O口，40引脚PDIP封装,44 引脚TQFP封装,和44引脚MLF封装。工作电压ATmega32L：2.7- 5.5V、ATmega32：4.5- 5.5V。速度等级:ATmega32L：0- 8 MHz、ATmega32：0- 16 MHz。ATmega32L在1MHz,
3V,25°C时功耗为：正常模式:1.1 mA、空闲模式:0.35 mA、掉电模式:<1 μA。
2.4系统测试和数据分析
测试仪器：
信号发生器，示波器
测试方法和相关测试数据： |
|
采取函数发生器50欧姆输出端分别产生10mv输入信号和1mv输入信号夹在放大器输入端，用双踪示波器观察输入信号和输出信号，分别将放大倍数调整到10DB，20DB，30DB，40DB，测量3DB带宽和1DB带宽，并计算出对应增益带宽积，如表一、表二所表示。
放 | 大 | 带 | 宽 | 3 DB 带宽 | １ＤＢ带宽 | 增益带宽积 |
（ＫＨｚ） | （ＫＨｚ） |
倍
数
10 DB | ４１１.２ | １９７.７ | 1.299MHz |
20 DB | ４５０.３. | ２６７.８ | 4．503MHz |
30 DB | ３０９.７ | １７３.８ | 9．786MHz |
40 DB | ３１４.８ | １５９.６ | 31．48MHz |
表一：１０ｍｖ输入不一样增益带宽
3DB 带宽 １ＤＢ带宽 增益带宽积 带
（ＫＨｚ） （ＫＨｚ）
大 倍 数 宽
放
20 DB 30 DB 40 DB 10 DB
表二：１ｍｖ输入不一样增益带宽
试验中我们采取公式法对输出电阻进行测量，其测量电路为
图五：放大器输出电阻Ro 测量
测试方法：分别测出负载开路时输出电压Vo’和带上负载RL 输出电压Vo
计算公式： | R | | ( | Vo | ' | | 1) | R | …………………………………………………………….公式四 |
| o | | | V O |
| | | L | |
测试结果见表三
输入信号频率（KHz） | 放大倍数 | Vpp(mv) | Vo’ | RL（欧姆） | Vo | 输出电阻 |
36.46 | 40DB | 14.0 | 1.40V | 33 | 1．36V | 0.97 |
36.45 | 20DB | 13.2 | 132mv | 33 | 128mv | 1.03 |
36.45 | 10DB | 12.8 | 40.2mv | 33 | 40mv | 0．165 |
表三：输出电阻测量试验中我们采取电阻分压法对输入电阻进行测量
信号源开路信号峰峰值Vpp和把信号源加到放大器输入端时信号峰峰值Vpp’。即
Vss=Vpp，Vi=Vpp’。
计算公式： | R | | Vpp | ' | R | ,(其中R | | 50） | ||
| i | | Vpp | | Vpp | | | | | |
测试结果见表四：
输入信号频率 | Vpp(mv) | Vpp（1）(mv) | 输入电阻R |
1Khz | 23.2 | 11.6 | 50 欧姆 |
表四：输入电阻测量波形显示：
可调，带宽在300KHz~450KHz之间，输入电阻为50欧姆，输出电阻为1欧姆左右。输出
波形稳定，没有杂波干扰。
改善方法：
１、 | 本设计没有使用最好放大增益倍数 | A 1 | | A 2 | | A 3 | | 4.65 | ，进行三级放大器配置，使 |
得实际带宽和理论最好带宽有一定差距。可改变对应电阻，将R1改成３.７Ｋ，将Ｒ６
改成２Ｋ，使其更为靠近理论带宽。
２、 本设计中放大倍数为１０ＤＢ，２０ＤＢ，３０ＤＢ３ＤＢ带宽，１ＤＢ带宽和放大
倍数为４０ＤＢ带宽差异并不是很大。可设置对应跳线和开关使得１０ＤＢ采取一级放
大，其带宽可达成靠近１ＭＨｚ，２０ＤＢ，３０ＤＢ采取两级放大，其带宽可在７０
０ＫＨｚ到８００ＫＨｚ之间。
３、 | 本设计中０～４０ＤＢ可调，由一个１０Ｋ滑动变阻器设置，可考虑用多个滑动变 |
阻器设置多级放大器，既能达成最好带宽，还能实现粗调和微调。
三、参考文件
【１】罗桂娥著，《模拟电子技术基础》，中南大学出版社。
【２】王洪君主编，《单片机原理及应用》，山东大学出版社。
【３】程佩青著，《数字信号处理教程》，清华大学出版社
【４】马潮著，《AVR单片机嵌入式系统原理和应用实践》，北京航空航天大学出版社
【５】孙肖子，张企民编著，《模拟电子技术基础》，西安电子科技大学
四、附录：
各个模块测试程序和软件设计