基于单片机电可调衰减器的设计Word格式文档下载.doc

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傅林

成都工业学院

二〇一三年五月

摘要

设计一个大功率电可调衰减器，实现由用户设定的特定功率信号的衰减，该衰减器以单片机实现控制，并且接受上位机的指令执行，从而实现电可调衰减量。

利用LabVIEW2011实现上位机的编程，ALTIUM9.0实现电路图的绘制，KeilUV4实现单片机程序的编写，MULTISIM实现简单的衰减设计仿真，借助这些软件的仿真功能实现了系统软、硬件的交互仿真，性能测试表明该器件的步进量为0.1dB，衰减动态范围为0～110dB，并且可以经过对上位机指令的修改，从而实现扩充衰减的范围。

通过仿真后，可根据仿真图做出实际的衰减器。

关键词：

可调，单片机，衰减器

I

Abstract

Designahigh-powerelectricadjustableattenuator,achievethespecificpowersignalattenuation,setbytheuserwithsingle-chipmicrocomputertocontrolfortheattenuator,instructionexecutiontheandreceivetheuppermachine,soastorealizetheelectricadjustableattenuation.

UsingLabview2011PCprogramming,ALTIUM9.0implementationcircuitdiagramdrawing,KeilUV4realizesinglechipmicrocomputer,MULTISIMattenuationdesignimplementasimplesimulation，writewiththehelpofthesoftwareofsimulationfunction,realizedthesimulationoftheinteractionofthesoftwareandhardwaresystem,theperformancetestshowthatthedevicestepquantityof0.1dB,attenuationof0~110dBdynamicrange,andcanaftermodificationoftheuppermachineinstructions,soastorealizethescopeofexpansionofattenuation.Afterthesimulation,canmakeapracticalsingle-chipmicrocomputeraccordingtothesimulationdiagram.

KeyWords:

Adjustable,MCU,attenuator

II

目　　录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章绪论 5

1.1课题背景 5

1.1选题意义 5

1.3题目要求 5

1.3.1基本要求 5

1.3.2发挥部分 5

1.4目的 5

第二章整体设计思路 6

第三章硬件设计 7

3.1衰减器电路设计 7

3.1.1引言 7

3.1.2整体结构及基工作原理 7

3.1.3衰减器形式 7

3.1.4衰减器的选择形式 8

3.1.5衰减器的仿真 9

3.1.6衰减器整体形式分类 15

3.2单片机电路设计 20

3.2.1MCU单元电路图 20

3.2.2单片机程序 21

3.2.3程序调试 28

第四章软件设计 29

4.1软件部分选择 29

4.2VASI的作用 29

4.3VISA配置串口用 30

4.4程序仿真 33

参考文献 35

第一章绪论

1.1课题背景

为了满足对系统衰减的需要，需设计一个衰减器，第一是对于幅值过大的电信号，进行衰减以后，作为下一级的输入信号；

第二是衰减器的读数作为自动测试测试系统被测滤波器的衰减量数据。

1.2选题意义

任何通信或电子系统，在一些给定的点应该有一个正常范围的电平值，调节到正常电平值的部件就是放大器或衰减器。

过低电平点是杂音引入点，过高电平点又将引起过载从而使放大部件出现不能容忍的非线性失真。

通过衰减器把过高的电平引入到正常电平和需要的电平，让其更有利于系统正常的运行。

1.3课题要求

设计制作一个大功率电可调衰减器，实现由用户设定的特定功率信号的衰减。

步进量0.1dB，最大衰减110dB，可以在220V、12A条件下工作。

1.3.1基本要求

（1）最大衰减110dB；

步进0.1dB。

（2）实现51单片机控制，并且接受上位机的指令执行。

　（3）功率满足要求。

　（4）工作频率范围为25Hz～30MHz。

　（5）输出波形幅度范围0～5V（峰-峰值），可按步进0.1V（峰-峰值）调整。

1.3.2发挥部分

（1）频率范围高端扩展至GHz。

（2）步进量小于0.01。

（3）考虑其他因素：

如温度补偿、特性测试等。

1.4目的

通过上位机发出信号给单片机，单片机对衰减网络的控制，从而实现需要的

衰减量。

第二章整体设计思路

通过对设计的理解，进行了分析，利用模块化设计容易满足题目的要求，主要分成三模块：

上位机模块，单片机模块，衰减器模块，其中上位机称为软件部分，单片机和衰减器称为硬件部分。

分别对每个模块进行仿真，最后使用串口线让上位机和单片机相连接，使用导线让单片机和衰减器相连接。

下面为总的设计图：

图（2-1）

图（2-1）：

通过上位机发出的指令控制微控制器的管脚，微控制器的输出信号直接影响衰减器的衰减量，同时对衰减器进行信号的输入，则可实现对信号的衰减。

但是将衰减器和微控制器分离开来，这样就算没有控制器，通过手动也可以控制衰减器的衰减值。

微控制器和上位机通过串口连接，通过上位机发送命令控制具体的衰减量，现在的笔记本电脑已经没有串口了，可以购买USB转串口线得以解决这个问题。

第三章硬件设计

3.1衰减器硬件电路设计 

3.1.1引言

程控步进衰减器是一种由外部控制的，可任意调整衰减量的无源微波器件，它的适用频率宽，精度高，重复性好，可调范围大，广泛使用于微波合成信号源、矢量网络分析仪器、频谱分析仪等自动化测试仪器中，也可使用于各种需要实现微波信号电平调节的系统中。

3.1.2整体结构及基本工作原理

直通线直通线

输入输出

·

·

衰减片衰减片

图（3-1）共16级

由N个衰减单元组成，衰减量最高为（1、2、4、4）*10N（如：

99=40+40+10+4+4+1）可组合为任意的衰减量。

a）衰减器内部使用继电器选择直通或者衰减。

继电器的直通时的电阻几乎为零，对于1000欧姆以上的负载，可以忽略不计。

此种配制高频响应差。

b）边缘线型传输线结构（边缘线型传输线最早由美国HP公司提出，广泛用于各类微波机械开关，微波步进衰减器等微波部件中）

c）宽带高精度衰减片结构

衰减片按设计方案划分主要有集总参数和分布参数两大类。

集总参数衰减片又分为T型和∏型两种,其设计方法相对简单,衰减量的控制可以通过控制分立电阻实现,但其高频频响差,很难应用到微波频段。

微波宽带衰减器大多采用分布参数、薄膜电路设计。

利用真空镀膜、化学刻蚀的方法,将薄膜电阻做在很薄的陶瓷墓片或白宝石基片上。

d）与c）配置的衰减器可实现在DC~18GHZ的宽带范围内，实现步进任一整数衰减，具有频带宽、误差量大、步进量小、衰减平坦度好等特点。

整个衰减器直通插入损耗小于3dB,,端口驻波小于2.0，衰减切换时间小于20ms。

3.1.3衰减器形式

固定衰减器的几种电路形式：

不平衡型平衡型

a）L型：

R1R1

U1 R2 U2 U1R2U2

RC1RC2RC1R1RC2

图（3-2a）图（3-2b）

L型衰减器主要用于阻抗变换

b）T型：

R1R1R1R1

U1R2U2U1R2U2

RC1RC2RC1