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程控放大器设计
程控放大器的设计
AT89C52单片机概述···2
前言
本文分析了程控放大器的大体原理和它用对模拟信号进行稳幅和稳零的方式。
并定量分析了程控信号的可调剂范围及精度。
.当改变量程时测量放大器的增益也相应地加以改变.这种转变一般是自动进行,即不需要人为的改变电路连接,而是通过软件操纵放大器增益的改变.如此能够实现仪器量程的自动切换.另外,通过改变增益的方式使系统功能增强,在核测量中,稳谱的方式之一确实是改变输入信号的放大倍数.这就需要用到数字操纵放大器,并针对该仪器要解决的具体问题要求放大器的放大倍数在必然范围内转变,而且放大倍数调剂要求精细.该文提供了这种数控放大的一种设计方案,它的放大倍数范围为~20,其倍数的调剂步长为倍。
第1章程控放大器概述
程控放大器的概述及应用领域
程控放大器是一种放大倍数由程序操纵的放大器,也称为可编程放大器。
在多通道或多参数的数据搜集系统中,多个通道或多个参数共用一个测量放大器。
就每一个通道的数据搜集而言,还可实现自动操纵增益或量程自动切换,因此程控增益放大器取得普遍应用。
在本次实习中别离对显示进程运用动态扫描,按键的去抖和放大进程的编程、反馈电阻来别离实现相应的功能。
本次实习中咱们所做的简单程控放大器,只是在十分基础的范围内制作和了解。
本文简单介绍了与之相关的AT89C52单片机、OP07放大器、DAC0832D\A转换器的概况及应用。
AT89C52单片机概述
AT89C52是美国Atmel公司生产的低电压、高性能CMOS8位单片机,片内含8KB的可反复檫写的程序存储器和12B的随机存取数据存储器(RAM),器件采纳Atmel公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内配置通用8位中央处置器(CPU)和Flash存储单元,功能壮大的AT89C52单片机可灵活应用于各类操纵领域。
AT89C52单片机属于AT89C51单片机的增强型,与Intel公司的80C52在引脚排列、硬件组成、工作特点和指令系统等方面兼容。
其要紧工作特性是:
片内程序存储器内含8KB的Flash程序存储器,可擦写寿命为1000次;片内数据存储器内含256字节的RAM;具有32根可编程I/O口线;具有3个可编程按时器;中断系统是具有8个中断源、6个中断矢量、2个级优先权的中断结构;串行口是具有一个全双工的可编程串行通信口;具有一个数据指针DPTR;低功耗工作模式有空闲模式和掉电模式;具有可编程的3级程序锁定位;AT89C52工作电源电压为5(1+)V,且典型值为5V;AT89C52最高工作频率为24MHz。
单片机引脚图
图1-1AT89C52单片机管脚图
设计中所用的是AT89C52单片机,它的管脚图如图1-1所示:
引脚功能说明:
VCC——电源电压
GND——地
P0口——P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口,也即地址/数据总线复用口。
作为输出口历时,每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路,对端口P0写“1”时,可作为高阻抗输入端用。
在访问外部数据存储器或程序存储器时,这组口线分时转换地址(低8位)和数据总线复用,在访问期间激活内部上拉电阻。
在FLASH编程时,P0口接收指令字节,而在程序校验时,输出指令字节,校验时,要求外接上拉电阻。
P1口P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口,P1的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。
对端口写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,现在可作输出口。
作输入口利历时,因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。
第2章电路设计及分析
AD603放大器的概述
一.AD603放大器参数
OP07是一种高精度单片运算放大器,具有很低的输入失调电压和漂移。
OP07的优良特性使它专门适合作前级放大器,放大微弱信号。
利用OP07一样不用考虑调零和频率问题就能够知足要求。
要紧特点:
◆低输入失调电压:
75uV(最大)
◆低失调电压温漂:
℃(最大)
◆低失调电压时漂:
月(最大)
◆低噪声:
P-P(最大)
◆宽输入电压范围:
±14V
◆宽电源电压范围:
3V~18V
二.OP07放大器原理
由于运算放大器的增益极高,因此不能在两输入端之间加上输入信号,而必然要用作反馈放大器。
(a)同相放大电路
第一,咱们来讨论同相放大电路。
设IN+端和IN-端的电压别离为和,并以为运算放大器的增益无穷大,那么为要取得有限的输出电压,那么=。
这点那么是运算放大器工作中的一大特点。
在此前提下,分析电路工作就能够变得十分简单。
依照此特点,输入与输出的关系为:
(b)反相放大电路
下面咱们来分析反相放大电路。
=,这点是与同相放大电路情形相同的,因此=0V。
如此,尽管有输入信号,但是端处为0V。
好似接地,因此被叫做假想接地。
于是,假设讨论流经、的电流I,由于运算放大器的输入电流为0,那么
据此,可得出输入与输出的关系
可见,同相放大器和反相放大电路,是从对应于输入,其输出是不是倒向这一事实动身而得名的。
(C)实际的运算放大器
以上所述是均是理想的运算放大器的情形。
事实上,运算放大器的增益不可能无穷大,有电流向、端子流入(或流出),而且其电流不必然相等。
即便在无信号时,、之间也有必然的电压。
DAC0832D\A转换器概述
本次实习中要通过电阻来调剂放大倍数,因此咱们选择DAC0832D\A转换器中的电阻网与外界电路组成反馈来实现这一功能。
(一)D/A转换器DAC0832
DAC0832是采纳CMOS工艺制成的单片直流输出型8位数/模转换器。
如图3-1所示,它由倒T型R-2R电阻网络、模拟开关、运算放大器和参考电压VREF四大部份组成。
运算放大器输出的模拟 量V0为:
图2-1电阻网络图
由上式可见,输出的模拟量与输入的数字量()成正比,这就实现了从数字量到模拟量的转换。
一个8位D/A转换器有8个输入端(其中每一个输入端是8位二进制数的一名),有一个模拟输出端。
输入可有28=256个不同的二进制组态,输出为256个电压之一,即输出电压不是整个电压范围内任意值,而只能是256个可能值。
图3-2是DAC0832的逻辑框图和引脚排列。
图2-2DAC0832的逻辑框图及引脚排列
D0~D7:
数字信号输入端。
ILE:
输入寄放器许诺,高电平有效。
CS:
片选信号,低电平有效。
WR1:
写信号1,低电平有效。
XFER:
传送操纵信号,低电平有效。
WR2:
写信号2,低电平有效。
IOUT一、IOUT2:
DAC电流输出端。
Rfb:
是集成在片内的外接运放的反馈电阻。
Vref:
基准电压(-10~10V)。
Vcc:
是源电压(+5~+15V)。
A一、A二、A0:
地址输入端。
ALE地址锁存许诺输入信号,在此脚施加正脉冲,上升沿有效,现在锁存地址码,从而选通相应的模拟信号通道,以便进行A/D转换。
START:
启动信号输入端,应在此脚施加正脉冲,当上升沿抵达时,内部逐次逼近寄放器复位,在下降沿抵达后,开始A/D转换进程。
OE:
输入许诺信号,高电平有效。
CLOCK(CP):
时钟信号输入端,外接时钟频率一样为640kHz。
Vcc:
+5V单电源供电。
、
Vref(+),Vref(-):
基准电压的正极、负极。
一样Vref(+)接+5V电源,Vref(-)接地。
D7~D0:
数字信号输出端。
由A二、A一、A0三地址输入端选通8路模拟信号中的任何一路进行A/D转换。
DAC0832是采样频率为八位的D/A转换芯片,集成电路内有两级输入寄放器,使DAC0832芯片具有双缓冲、单缓冲和直通三种输入方式,以便适于各类电路的需要(如要求多路D/A异步输入、同步转换等)。
因此那个芯片的应用很泛, D/A转换结果采纳电流形式输出。
假设需要相应的模拟电压信号,可通过一个高输入阻抗的线性运算放大器实现。
运放的反馈电阻可通过RFB端引用片内固有电阻,也可外接。
DAC0832逻辑输入知足TTL电平,可直接与TTL电路或微机电路连接。
程控放大电路的设计
Ø 键盘模块的电路设计
图2-3键盘模块电路
在那个图中,利用四个开关和四个电阻组成一个简易的键盘。
其中的四条线别离与单片机的P2口相连。
通过对开关的操纵来设置放大倍数,并在LED数码管中显示。
键盘实质是一组按键开关的集合.一个电压信号通过键盘开关机械触点的断开、闭合来操纵电压高低电平的转变。
Ø LED显示模块的电路设计
图2-4LED显示模块电路
该实验采纳三个LED7段数码管、三个PNP三极管和7个1K电阻组成显示电路。
其中的7条线别离与单片机的33~39引脚相连。
PNP管相当于LED管开关通过写在单片机中的程序来操纵三个PNP管的e极,从而操纵三极管的导通与闭合。
关于三极管的操纵是通过单片机的25~28引脚来操纵。
在本次实习中所用的显示方式为动态显示方式,既在某一时刻,只让某一名的位选线处于选通状态,而其他列位的位选线处于关闭状态,同时,段码线上输出相应位要显示的段码。
如此在同一时刻,4位LED中只有选通的那一名显示出字符,而其他三位那么熄灭。
下一时刻一样只让另一个位的信息显示。
如此循环,就能够够使列位显示出要的结果,因此在不同时刻显示不同的字符,可是由于LED显示器的余晖和人眼的视觉暂留作用,只要距离时刻足够短就能够够造成多位同时亮的假象,达到同时显示的成效。
Ø 放大及D\A转换电路的设计
图2-5放大及D\A转换电路
其中由DAC0832D\A转换器和OP07放大器组成,DAC0832D\A转换器的D0~D7接到单片机的1~8引脚。
数据从单片机传输过来,输入到DAC0832中进行相应的转换,再通过OP07对信号进行放大,并取得输出。
具体算法
取得相应输出为
图2-6程控放大电路
第3章软件设计
C51语言介绍
本次实习运用C语言编程来对单片机进行显示的动态扫描操纵、信号的传输转换操纵。
1·C语言简练、紧凑,利用方便、灵活。
2·运算符丰硕。
共有34种。
C把括号、赋值、逗号等都作为运算符处置。
从而使C的运算类型极为丰硕,能够实现其他高级语言难以实现的运算。
3·数据结构类型丰硕。
4·具有结构化的操纵语句。
5·语法限制不太严格,程序设计自由度大。
6·C语言许诺直接访问物理地址,能进行位(bit)操作,能实现汇编语言的大部份功能,能够直接对硬件进行操作。
因此有人把它称为中级语言。
7·生成目标代码质量高,程序执行效率高。
8·与汇编语言相较,用C语言写的程序可移植性好。
程控放大器的C语言程序
用C语言进行了简单编程,运用单片机对显示模块进行动态扫描编程,将从键盘得来的高低电平信息进行处置,取得相应的信号。
通过P1口输入DAC0832,再通过OP07进行放大.得出程序。
具体见附录
附录
#include<>
#include<>
#defineucharunsignedchar
uchardata count=0,key;
intdatafang_da=10;
codeuchartab[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};
CS-51单片机应用设计[M].高等教育出版社。
2003-12-1。
[2]王仲.单片机原理及其接口技术[M]机械工业出版社,
[3]郭力平.MCS-51系列单片机有效接口技术[M],人民邮电出版社,
[4]李广弟.单片机基础.北京:
北京航空航天大学出版社,
[5]康光华.电子技术基础模拟部份(第五版),高等教育出版社,2006-1。
[6]谭浩强.程序设计(第三版),清华大学出版社,2005-7。
AT89S52是一种低功耗、高性能8位微操纵器,具有8K在系统可编程Flash存储器。
利用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造,与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。
片上Flash许诺程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器。
在单芯片上,拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash,使得AT89S52在众多嵌入式操纵应用系统中取得普遍应用。
1.
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3.
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展开
要紧性能
一、与MCS-51产品兼容;
二、8K字节在系统可编程;
3、1000次擦写周期;
4、全静态操作:
0Hz-33MHz;
五、三级加密程序存储器;
六、32个可编程I/O口线;
7、三个16位/;
八、八个;
九、全双工串行通道;
10、低功耗空闲和掉电模式;
1一、掉电后中断可唤醒;
1二、看门狗按时器;
13、双数据指针;
14、掉电。
引脚说明
AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微操纵器,具有8K在系统可编程
AT89S52引脚图DIP封装
Flash存储器。
利用Atmel公司高密度非技术制造,与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。
片上Flash许诺程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器。
在单芯片上,拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash,使得AT89S52为众多嵌入式操纵应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
AT89S52具有以下标准功能:
8k字节Flash,256字节RAM,32位I/O口线,看门狗按时器,2个数据指针,三个16位按时器/计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口,片内晶振及。
另外,AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作,支持2种可选择节电模式。
空闲模式下,CPU停止工作,许诺RAM、按时器/计数器、串口、中断继续工作。
掉电爱惜方式下,RAM内容被保留,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止。
P0口:
P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。
作为输出口,每位能驱动8个TTL逻辑电平。
对P0端口写“1”时,引脚用作高阻抗输入。
当访问外部程序和数据存储器时,P0口也被作为低8位地址/数据复用。
在这种模式下,P0不具有内部上拉电阻。
在flash编程时,P0口也用来接收指令字节;在程序校验时,输出指令字节。
程序校验时,需要外部上拉电阻。
P1口:
P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口,p1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
对P1端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,现在能够作为输入口利用。
作为输入利历时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的缘故,将输出电流(IIL)。
另外,和别离作按时器/计数器2的外部计数输入(T2)和按时器/计数器2的触发输入(T2EX)。
在flash编程和校验时,P1口接收低8位地址字节。
引脚号第二功能:
T2(按时器/计数器T2的外部计数输入),时钟输出
T2EX(按时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向操纵)
MOSI(在用)
MISO(在系统编程用)
SCK(在系统编程用)
P2口:
P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2输出缓冲器能驱动
AT89S52引脚图PLCC封装
4个TTL逻辑电平。
对P2端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,现在能够作为输入口利用。
作为输入利历时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的缘故,将输出电流(IIL)。
在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器(例如执行MOVX@DPTR)时,P2口送出高八位地址。
在这种应用中,P2口利用很强的内部上拉发送1。
在利用8位地址(如MOVX@RI)访问外部数据存储器时,P2口输出P2锁存器的内容。
在flash编程和校验时,P2口也接收高8位地址字节和一些操纵信号。
P3口:
P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口,p3输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
对P3端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,现在能够作为输入口利用。
作为输入利历时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的缘故,将输出电流(IIL)。
P3口亦作为AT89S52特殊功能(第二功能)利用,如下表所示。
在flash编程和校验时,P3口也接收一些操纵信号。
端口引脚第二功能:
RXD(串行输入口)
TXD(串行输出口)
INTO(外中断0)
INT1(外中断1)
TO(按时/计数器0)
T1(按时/计数器1)
WR(外部数据存储器写选通)
RD(外部数据存储器读选通)
另外,P3口还接收一些用于编程和程序校验的操纵信号。
RST:
复位输入。
当振荡器工作时,RST引脚显现两个机械周期以上高电平将是单片机复位。
ALE/PROG:
当访问外部程序存储器或数据存储器时,ALE(地址锁存许诺)输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。
一样情形下,ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号,因此它可对外输出时钟或用于按时目的。
要注意的是:
每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。
对FLASH存储器编程期间,该引脚还用于输入编程脉冲(PROG)。
如有必要,可通过对特殊功能寄放器(SFR)区中的8EH单元的D0位置位,可禁止ALE操作。
该位置位后,只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。
另外,该引脚会被微弱拉高,单片机执行外部程序时,应设置ALE禁止位无效。
PSEN:
程序贮存许诺(PSEN)输出是外部程序存储器的读选通信号,当AT89S52由外部程序存储器取指令(或数据)时,每一个机械周期两次PSEN有效,即输出两个脉冲,在此期间,当访问外部数据存储器,将跳过两次PSEN信号。
EA/VPP:
外部访问许诺,欲使CPU仅访问外部程序存储器(地址为0000H-FFFFH),EA端必需维持低电平(接地)。
需注意的是:
若是加密位LB1被编程,复位时内部会锁存EA端状态。
如EA端为高电平(接Vcc端),CPU那么执行内部程序存储器的指令。
FLASH存储器编程时,该引脚加上+12V的编程许诺电源Vpp,固然这必需是该器件是利用12V编程电压Vpp。
XTAL1:
振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。
XTAL2:
振荡器反相放大器的输出端。
特殊功能寄放器
特殊功能寄放器(SFR)的地址空间映象如表1所示。
AT89S52特殊寄放器映象及复位值
并非是所有的地址都被概念了。
片上没有概念的地址是不能用的。
读这些地址,一样将取得一个随机数据;写入的数据将会无效。
用户不该该给这些未概念的地址写入数据“1”。
由于这些寄放器在以后可能被给予新的功能,复位后,这些位都为“0”。
按时器2寄放器:
寄放器T2CON和T2MOD包括按时器2的操纵位和状态位(如表2和表3所示),寄放器对RCAP2H和RCAP2L是按时器2的捕捉/自动重载寄放器。
中断寄放器:
各中断许诺位在IE寄放器中,六个中断源的两个优先级也可在IE中设置。
表2T2CON:
按时器/计数器2操纵寄放器
T2CON地址为0C8H复位值:
00000000B位可寻址
TF2
EXF2
RLCLK
TCLK
EXEN2
TR2
C/T2
CP/RL2
7
6
5
4
3
2
1
0
符号
功能
TF2
定时器2溢出标志位。
必须软件清“0”。
RCLK=1或TCLK=1时,TF2不
用置位。
EXF2
定时器2外部标志位。
EXEN2=1时,T2EX上的负跳变而出现捕捉或重载
时,EXF2会被硬件置位。
定时器2打开,EXF2=1时,将引导CPU执行定
时器2中断程序。
EXF2必须如见清“0”。
在向下/向上技术模式(DCEN=1)
下EXF2不能引起中断。
RLCLK
串行口接收数据时钟标志位。
若RCLK=1,串行口将使用定时器2溢出脉冲
作为串行口工作模式1和3的串口接收时钟;RCLK=0,将使用定时器1计数
溢出作为串口接收时钟。
TCLK
串行口发送数据时钟标志位。
若TCLK=1,串行口将使用定时器2溢出脉冲作
为串行口工作模式1和3的串口发送时钟;TCLK=0,将使用定时器1计数溢出
作为串口发送时钟。
EXEN2
定时器2外部允许标志位。
当EXEN2=1时,如果定时器2没有用作串行时钟,
T2EX()的负跳变见引起定时器2捕捉和重载。
若EXEN2=0,定时器2
将视T2EX端的信号无效
TR2
开始/停止控制定时器2。
TR2=1,定时器2开始工作
C/T2
定时器2定时/计数选择标志位。
C/T2=0,定时;C/T2=1,外部事件计
数(下降沿触发)
CP/RL2
捕捉/重载选择标志位。
当EXEN2=1时,CP/RL2=1,T2EX出现负脉冲,会引
起捕捉操作;当定时器2溢出或EXEN2=1时T2EX出现负跳变,都会出现自动重载
操作。
CP/RL2=0将引起T2EX的负脉冲。
当RCKL=1或TCKL=1时,此标志位
无效,定时器2溢出时,强制做自动重载操作。
双数据指针寄放器:
为了更有利于访问内部和外部数据存储器,系统提供了两路16位数据指针寄放器:
位于SFR中82H~83H的DP0和位于84H~85。
特殊寄放器AUXR1中DPS=0选择DP0;DPS=1选择DP1。
用户应该在访问数据指针寄放器前先初始化DPS至合理的值。
表3aAUXR:
辅助寄放器
AUXR地址:
8EH复位值:
XXX00XX0B不可位寻址
WDIDLE
DISRTO
DISALE
7
6
5
4
3
2
1
0
预留扩展用
DISALEALE使能标志位
DISALE操作方式
0ALE以1/6晶振频率输出信号
1ALE只有在执行MOVX或MOVC指令时激活
DISRTO复位输出标志位
DISRTO
0看门狗(WDT)按时终止,Reset输出高电平
1Reset只有输入
WDIDLE空闲模式下WDT使能标志位
WDIDLE
0空闲模式下,WDT继续计数
1空闲模式下,WDT停止计数
掉电标志位:
掉电标志位(POF)位于特殊PCON的第四位()。
上电期间POF置“1”。
POF能够软件操纵利用与否,但不受复位阻碍。
表3bAUXR1:
辅助寄放器1
A
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