工程实践与科技创新2A设计报告文档格式.docx
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1.3缩略语
2.系统总体说明
2.1课题任务规定的设计要求
2.2实际完成后的功能
2.3系统的设计原理与分析
2.3.1系统的设计原理和总体结构
2.3.2系统的功能
3.系统的硬件结构
3.1硬件总体结构
3.2<
增益可变放大电路模块>
描述
3.2.1功能描述
3.2.2接口定义
3.2.3技术要求
3.2.4实现方式
3.3<
电平转换模块>
3.3.1功能描述
3.3.2接口定义
3.3.3实现方式
3.4<
电压比较模块>
3.4.1功能描述
3.4.2接口定义
3.4.3实现方式
3.4.4主要元件
4.系统的软件结构
4.1软件总体结构和功能
4.2重要的全局变量
4.3流程逻辑
4.4<
键值处理模块>
4.4.1功能描述
4.4.2数据结构
4.4.3按键处理方法描述
4.5<
数码管驱动模块>
4.5.1功能描述
4.5.2数据结构
4.5.3流程图
4.6<
增益译码模块>
4.6.1功能描述
4.6.2常数定义
4.6.3实现方法
5.系统功能及技术指标测试
5.1测试项目
5.2测试的资源
5.3测试方法
5.4测试结果及分析
6.开发工具
6.1硬件开发工具
6.2软件开发工具
7.调试过程
8.致谢
9.参考资料
10.附录
10.1程序清单
10.2课程学习心得和建议意见
1.概述
这份报告是科技创新[2]关于运算放大器程序控制系统及自动增益控制的设计报告,内容包括运算放大器程序控制系统、自动增益控制的硬件设计及其软件实现,后附有对该系统的详细说明。
本报告是根据第90组具体设计内容以及实验结果编写的,写出我们组在实验过程中的种种收益,供对该系统感兴趣的读者阅读,也为今后做类似设计的同学提供参考依据。
但由于水平有限,难免有所不足,请方家指正。
1.2名词定义
单片机:
包括CPU(进行运算、控制)、RAM(数据存储)、ROM(程序存储)、输入/输出设备(串行口、并行输出口等)的一块集成电路。
单片机小系统:
以单片机为核心及其它外部电路构成,以通过单片机编程来实现一定控制功能的系统。
单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。
可变增益放大器电路:
既放大器增益可以调节的放大器电路。
在本设计任务中,所设计的放大器电压增益可从0.1变化到1.5(共15种状态),通过单片机控制电路中一些开关的开合改变电路的某些参数来实现。
LM741:
是单片高性能内补偿运算放大器。
具有较宽的共模电压范围,在使用中不会出现闩锁现象。
可用作积分器、求和放大器及普通反馈放大器。
CD4066B:
是一个为模拟/数字信号的转换或多路复用设计的四路双向开关.它和CD4016B的引脚相兼容,但是拥有一个更低的导通电阻.此外,在整个输入信号范围内,导通电阻是一个常量。
LM324:
包含四运放的集成电路芯片。
导通电阻:
4066的开关处于导通状态时,仍然有一定大小的电阻存在
七段显示数码管:
abcdefg七段,通过给某些段加上驱动电压或电流来使这些段发光。
函数信号发生器:
产生三角波,方波,正弦波等信号
模拟开关:
本实验通过集成模块CD4066来实现模拟开关的功能,有四个输入端和四个输出端,另外还有四个控制端,通过单片机控制四个控制端的电平高低,从而控制相应输入与输出端口间的导通(导通时模拟开关存在一定的内阻)。
电平转换:
通过一个包含LM324芯片的电路来将5V和0V的输入电压分别变成5V和-5V。
检波:
将正弦波形变换为直流的电路,本实验中采用峰值检波,即获得的是正弦输入波的峰值电压。
1.3缩略语
运放:
运算放大器
Vi:
运算放大器输入电压。
Vo:
运算放大器输出电压。
4066:
CD4066,双向模拟开关,在集成电路内有4个独立的能控制数字及模拟信号传送的模拟开关。
每个开关有一个输人端和一个输出端。
2.系统总体说明
2.1课题任务规定的设计要求
2.1.1基本设计要求:
设计制作一个增益可数字化控制的线性放大器电路,并通过单片机小系统控制它的直流信号增益值的改变。
在给定的单片机小系统板上提供人机操作界面,使操作者能通过按键操作,设置放大器的增益等级,相应的增益值在数码管上显示。
2.1.2具体要求:
具体指标如下:
(1)最低增益绝对值小于0.15;
(2)最高增益绝对值大于1.45;
(3)增益等级最少达到规定的15级;
(4)增益相对误差小于3%。
2.1.3拓展部分设计要求(自动增益控制):
自动增益控制,即通过随输入波幅度变化自动更改增益等级,限制输出的幅度,使其保持在一定的范围内。
2.2实际完成后的功能
2.2.1基础部分实现:
通过右边两个按键,能够选择0.1到1.5这15个增益值,各个等级的实际增益值(绝对值)与标准值比较,误差都在3%以内。
2.2.2拓展部分实现:
接入交变电压,增益值随输入信号幅度峰值变化而自动改变,我们的上限电压定位1.7伏,下限电压定位1.6伏,在交流输入峰值较低的时候输出电压稳定且在定标电压范围内,但是在输入电压峰值超过5伏后输出电压峰值在不停变化,这是由于增益倍数差只有0.1,所以无法精确控制在1.6-1.7伏内,程序控制的输出增益在不断变化造成的。
2.3系统的设计原理和总体结构
2.3.1基础部分的原理和总体结构:
运算放大器反向放大倍数:
Vo=-(Rf/R1)Vi,通过固定反馈电阻,调整电阻R1的方法达到调整增益倍数的目的。
并利用基础部分的可控增益实现拓展部分的自动增益。
2.3.1.1可控增益的实现:
通过4066模拟开关控制4条支路,每条支路上电阻总阻值设定为1∶2∶4∶8。
这样,通过4066的15种有效状态(共24种状态,开路状态不算)使输出总电阻阻值满足1∶2∶3∶…∶14∶15(具体见可变电阻模块)。
该部分电路图如图2.3.1
(1)。
(图2.3.1a摘自《科技创新[2]基本阶段电路设计提示》)
本设计总体框架如图2.3.1b所示:
图2.3.1b
2.3.1.2拓展部分的原理:
自动增益的实现:
如图2.3.1(3)可知,利用LM741做比较器,分别与Vmax和Vmin比较。
若Vo的检波结果小于Vmax且大于Vmin,维持增益不变;
如果Vo小于Vmin,单片机接收两个低电平信号;
如果Vo大于Vmax,则单片机接收两个高电平信号,如图2.3.1c。
送给比较器的信号由二极管滤波实现峰值信号传递,如图2.3.1d。
单片机发出的控制信号由LM324进行电平转换,输出可以控制4066的电信号,如图2.3.1e。
(图2.3.1c摘自《科技创新[2]拓展部分方案提示》)
图2.3.1(d)检波电路摘自科技创新[2]课程讲座4
图2.3.1(e)电平转换电路摘自科技创新[2]课程讲座4
2.3.2系统的功能:
可变增益放大器:
根据需要可以实现1—1.5倍的增益变化,可以输出十五种幅值的直流电压,且误差均在3%之内。
键盘与显示:
操作者每按一次“+”键,增益增大0.1,每按一次“—”键,增益减小0.1。
最低增益为0.1倍,最高增益为1.5倍。
按一次“恢复”键,增益变为0.1。
相应的增益值可在数码管上显示。
增益控制:
通过改变反向输入端的电阻阻值来控制增益的大小。
基础部分共用了四个电阻并联,共15种增益。
自动增益:
增益值能够随输入信号幅度而自动变化,并限制输出信号的幅度。
3.系统的硬件结构
3.1硬件总体结构
根据功能,整个系统包括以下几个模块:
基础部分:
单片机、可变电阻、运算放大器
拓展部分:
单片机、电平转换电路、运算放大器、检波电路、电压比较电路。
(其中电平转换模块,电压比较模块为新增模块)。
单片机模块>
描述
3.2.1功能描述
作为整个系统的核心控制部分,其各部分具有以下功能。
CPU:
进行运算、控制。
RAM:
用于数据存储。
ROM:
用于程序存储。
输入/输出设备:
用于串行口、并行输出口等。
3.2.2接口定义
1)单片机和4066开关的通讯,高低电平的变化,经过十芯插座来实现。
P1口中有十个接口,其中中间两个没有用到。
使用的接口:
P1^4,P1^5,P1^6,P1^7,P3^2,P3^3,P3^4,P3^5。
2)按键
KEY1---------P1^0;
KEY2----------P1^1;
KEY3----------P1^2;
KEY4----------P1^3;
3.2.
- 配套讲稿:
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- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 工程 实践 科技 创新 设计 报告