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1、 2015 届毕业设计说明书 基于VCA610的自控增益放大器的设计 院 部： 电气与信息工程学院 学生姓名： 许 君 指导教师： 职称 专 业： 电子信息工程 班 级： 电子XXXX班 完成时间： 2015年6月 摘 要社会的进步离不开先进的生产力，而生产力的提高需要依托强大的技术支持，尤其是自动增益控制技术。自动增益控制（AGC）在各行各业都有着广泛的应用，比如：仪器仪表与检测技术、低压电器技术、自动控制技术、工业机器人技术和工业通信技术。自动增益控制技术与生活息息相关，对它的学习也显得格外重要。设计一个自控增益放大器，可以采用VCA610放大器来搭建自动增益放大电路，电路设计简单，易于实
2、现信号的自动控制。基于VCA610的自动增益控制系统，采用MSP430F169单片机作为控制器，对VCA610放大器提供控制电压，使其控制的信号输出稳定的幅值，输出的交流信号通过OPA620放大电路、三极管推挽电路；输出的直流信号通过放大电路、扩流电路；信号分别经过交直流处理，带负载能力得到提高，能够实现设计要求，这样一个完整的基于VCA610的自控增益放大系统就搭建完成了,通过仿真调试，根据结果，分析得出结论。通过VCA610自动增益放大电路的学习，能够加强人们对自动增益控制电路的认识，由浅入深，以此来学习更加复杂、设计更加优良的自动增益控制电路。这样就能够使自控技术更加的成熟、先进，使大家
3、的生活更加丰富多彩。 关键词 ：自动增益控制；MSP430F169；VCA610；放大器；调试ABSTCACTThe progress of the society is inseparable from the advanced productive forces, and productivity rely on strong technical support, especially the automatic gain control technology. Automatic gain control (AGC) has been widely used in all walks o
4、f life, forexample: Instrumentation and testing technology, low voltage electrical technology, automatic control technology, industrial robot technology and communication technology industry. Automatic gain control technology is closely related to life, and to study the technology is very important.
5、VCA610 amplifier can be used to build automatic gain amplifier circuit for designing an automatic gain amplifier, the design is simple, and easy to realize automatic control of signals. The automatic gain control system is based on VCA610, using MSP430F169 microcontroller as controller, the controll
6、er provides control voltage for VCA610 amplifier, and make its control signal output stable, The output of the AC signal through OPA620 amplification circuit and transistor push-pull circuit; The DC signal output through magnifying circuit and expanding flow circuit; Signal is treated respectively w
7、ith AC/DC, and Load will be enhanced , so, it will reach to the design requirements, a complete automatic gain amplifier system which is set up completed by VCA610, through simulating and debugging, reach to results, and draw a conclusion.Through studying VCA610 automatic gain amplifier circuit, it
8、can strengthen peoples knowledge of automatic gain control circuit, in order to learn more complex, more excellent design of automatic gain control circuit. It was able to further automatic control technology mature and advanced, in addition ,it make peoples lives more colorful.Keywords automatic ga
9、in control; MSP430F169; VCA610; amplifier; debugging 目 录1 绪论11.1 研究课题的背景及意义11.2 研究课题的主要工作22 总体设计思想与方案32.1 总体设计思想32.2 总体设计概述32.3 方案选择42.3.1 控制器的选择42.3.2 信号处理电路的选择52.3.3 方案总结83 硬件系统的设计103.1 主要器件介绍103.1.1 MSP430F169单片机103.1.2 VCA610运放芯片113.1.3 OPA620运放芯片113.1.4 OPA2604放大芯片123.1.5 LM317电压稳压器123.1.6 1286
10、4液晶显示133.2 单元电路设计143.2.1 MSP430F169单片机最小系统143.2.2 下载电路163.2.3 LCD12864液晶显示电路173.2.4 VCA610自动控制电路183.2.5 直流电路193.2.6 交流电路204 软件系统的设计214.1 软件设计概述214.2 软件模块程序214.2.1 液晶显示模块程序设计214.2.2 数模转换程序设计225 系统调试及结果分析235.1 系统调试简介235.2 仿真测试235.2.1 直流模块仿真测试235.2.2 交流模块仿真测试255.2.3 LCD12864测试295.2.4 DA模块测试305.2.5 测试结果
11、与改进措施305.3 心得与体会31结束语32参考文献33致谢36附录37附录A 原件清单37附录B 程序清单391 绪论 1.1 研究课题的背景及意义随着历史前行的脚步，科学技术也在不断的发展，为了解放生产力，提高工作效率，人类开始设计各种各样的装备来减轻负担，在这过程中，自动控制技术也得到快速发展。古老的马车逐渐被新兴的汽车所代替，农业也发生翻天覆地的变化，随着自动一体化机械进入农业，农民生产效率也得到显著提高，这一切都得益于自动化技术的发展。人类的种种进步使自动控制技术发展越来越迅猛。这些自动化设计源于实践，却在实践中得到升华。经过千百年的提炼，尤其是半个世纪工业实践的普遍应用，自动控制
12、技术已经成为人类科技文明的重要组成部分，在日常生活中不可或缺。随着新型制造业的兴起和网络信息技术的进步，自动控制技术的发展和应用将进入一个全新的时代。现今，自动控制技术其中的一个核心部分就是自动增益控制电路，研究自动增益控制显得尤其重要。现阶段，自动增益控制主要以运放为核心来搭建外部电路，构成自动增益放大电路，核心运算放大器功能的优劣可以看出整个电路的优缺点。其中，运放的优点就是集成度高，体积小，容易搭建各种典型电路。它是一个高性能的直接耦合多级放大电路，因首先应用于信号的运算而得名。在日常生活中应用的比较广泛，而且容易在市场上获得。所以用这种集成运放不但能简化自动增益放大电路，而且能够提高自
13、动增益放大器电路的稳定性。在学校，许多大学生的生活过的十分的乏味。一部分人都沉迷于游戏，或者整天的在游手好闲，当然也有喜欢学习，在书本的海洋中汲取精神的食粮；除此之外，还有部分同学喜欢钻研自己的专业知识，并且喜欢动手，想方设法来验证其结论是不是正确的。对于广大电信系的学生来说，想参加电子竞赛的同学都无不在课余补充自己的课外知识，可是他们却不知如何学起。为了让这部分想学好自己专业知识并且为参加竞赛而有所准备的同学能够得到很好的锻炼，所以可以设计一个比较有意义、符合研究热点、十分有代表性的电路就显得格外重要了。设计一个基于VCA610的自动增益放大器可以满足这部分学生的要求。课题曾在湖南省电子竞赛
14、试题中出现过，目的就是提高学生的学习能力和动手能力。传统的放大器，电路结构比较复杂，常采用分立元件来组建电路，常用的是采用三极管、电阻、电容来搭建放大电路。三极管电路稳定性没有集成运放构建的放大电路稳定性高，三极管受外部温度影响大，而集成运放受外部温度影响相对而言较小，采用分立原件设计的放大电路需要考滤温度漂移等多种因素，所以设计起来比较复杂；采用通用集成运放，它的内部硬件高度集成，而且内部集成防止温度漂移的电路，所以用它搭建放大电路则设计简单，用的元器件也较少，能够节约学习成本，所以用运放来搭建自动增益放大器比较合适。搭建的自动增益放大器电路有助于学生学习硬件和软件知识。外部电路的设计涉及到
15、数电、模电和电路设计的知识，所以需要同学额外加深对这方面的学习，才能掌握好设计的基本原理；采用的是MSP430F169单片机，同学们则需要深入的学习C语言编程，在此基础上还得学会模块化编程等编程基本技能，所以通过基于VCA610自动增益放大器设计的课题，可以丰富大家的课余生活，扩展大家的知识面，通过这个课题的学习，学生可以学到很多课本以外的东西，所以研究这个课题是十分必要的。1.2 研究课题的主要工作单片机硬件接口电路的设计、软件程序的设计、电路仿真、电路调试。对于整个VCA610自动增益放大器来说，MSP430F169单片机是它的核心控制部分。MSP430F169单片机内部资源丰富，所以能够
16、利用的外部接口资源也十分的多，这个系统的外围接口分别是ISP下载接口模块、12864液晶显示接口模块、MSP430F169内部模数/数模转换接口模块 。外部电路模块主要分为两部分：直流自动增益模块和交流自动增益模块。直流模块主要由VCA610自动增益放大电路、运放电路、跟随电路、扩流电路组成，交流模块则由VCA610自动增益放大电路、跟随电路、推挽放大电路构成。设计完整的电路，用Multism画出硬件仿真图，进行仿真电路测试。在运行仿真电路时，在要求范围内分别改变交流信号的输入幅值、输入信号频率，测试输出是否能够满足带负载要求，如果不能达到要求，则需要重新改变仿真电路的主要元器件参数或者改变电
17、路设计。仿真直流电路设计则只需在任务要求范围内改变输入信号的幅值，用示波器查看输出波形是否与理论值达到一致。2 总体设计思想与方案2.1 总体设计思想电路设计应该满足放大倍数能够自动调节，使输电压出为固定10V（交流信号则幅值为10V，交流频率在10KHz-100KHz段）,硬件部分结构简单，并且涉及到的模拟电路与数字电路知识相对简单，以此来提高学生们的学习兴趣；软件部分则应该模块化，编程清晰：不管输入信号是交流信号还是直流信号，经过控制电路后能够稳定的输出固定幅值的信号，实现控制自动化；涉及到的数字电路知识和模拟电路知识应该尽可能的丰富，同学在设计自动增益放大器时能够尽可能的多自学一些知识，
18、以此来提高自己的课内学习兴趣，使自己的专业知识尽可能的得到加强、提高；硬件设计采用经典的设计模块，这样的模块性能稳定而且设计简单，能够借鉴以前设计人员的思路，使自己设计的电路更加的优良。2.2 总体设计概述基于VCA610自控增益放大器是以VCA610芯片为硬件核心的自控增益控制系统，MSP430F169为重要控制部分，MSP430F169控制器有很多接口资源，便于外部硬件设计；当然它的软件接口也非常的丰富，比如：模块、串口等模块，方便了软件设计，简化了软件编程。由此可见，选择这一款合适的控制器十分的有优势。鉴于系统是做自动增益放大，所以放大的设计就十分重要，当然也是课题核心的部分。选用一款高
19、性能的运放芯片来实现调节就事关重要。利用运放搭建放大电路，主要是利用它的闭环负反馈，当输出没有达到额定电压时，反馈电路则会使输出电压增大；当输出高于额定电压时，反馈电路则会衰减输出电压，使输出电压满足设计的输出电压。VCA610能够满足这种自控增益放大的要求，它的带宽也比较大，硬件电路设计较为简单。为了满足固定电压的输出，其设计的方法也多种多样，但最终的目的都是一样的，满足固定的幅值输出。它们采用的核心思想都是采用以单片机为核心的控制器调节外部硬件反馈电路，使输出达到预期要求。常用的有反馈电阻放大、程控增益放大、自控增益放大。经过上面三个核心点的讨论，基本可以确定设计的几种方案，方案将在下文详
20、细介绍，并通过文字加方框图的形式，能够使人直观的了解设计思路。2.3 方案选择2.3.1 控制器的选择方案一：方案的控制核心为51单片机-STC89S52，时钟模块、复位模块、电源模块、下载模块是组建51控制器最小系统的基本模块。对于设计来说，采用的核心控制器价格低廉，电子市场上容易购买。51单片机采集直流模块的输出电压；交流模块的输出电压则需经过A/D模块后，才能被控制器采集。优点：这种控制器的优点就是编程简单，编程指令易上手，这款控制器也是初学者入门的最佳选择，对于在校学生来说，自学相对容易。缺点：虽然编程简单，但是此款控制器内部的资源相对较少，需要从外部增加硬件资源，就像在采集交流信号时
21、，需要外接A/D模块，因为它内部缺少这方面的资源模块。在外部增加额外的硬件模块就会增加制作成本。第二个缺点就是增加了外部A/D模块则需要占用控制器的接口资源，而且还增加了编程的复杂度。方案一的结构框图如图1所示。图1 控制器方案一框图方案二：方案采用的是一款16位的控制器-MSP430F169，和上述那款51控制器的最小系统类似，最小系统由时钟模块、复位模块、电源模块、下载模块构成。对于设计来说，MSP430F169控制器价格也比较低廉，但是在价格方面比51控制器贵。MSP430F169同样在市面上也比较常见，这款TI公司生产的芯片常被用来在电子竞赛中使用，方便推广。通过MSP430F169芯
22、片处理信号，交流信号和直流信号可直接被单片机采集处理。和上款51芯片区别在于它时钟模块频率比51控制器的时钟频率高，使芯片高速运转。电源模块也有区别，对电压的要求也没51控制的高。优点：芯片直流处理速度快，几近是51控制器芯片速度的2-3倍；MSP430F169控制器功耗非常低，可以节省电能，环保节能；资源接口丰富，内部具有A/D等模块，无需外部增加扩展芯片，方便软件程序的编写。缺点：16位的430控制器入门稍微比8位的51控制器稍微复杂一点，这对于刚学习单片机的学生来说有一定的难度。但是有51基础的同学来说，学习MSP430F169控制器就相对容易。控制器方案二的结构框图如图2所示。图2 控
23、制器方案二框图通过比较可以发现：这两种方案中的控制器都比较适合大家来使用。但是，由于每个学习者的基础知识不一样，所以选择就会有所不同。刚学习控制器的同学选择方案一比较合适，51控制器上手较为容易，学习周期短。但是对于高年级的学生来说，51控制器的知识已经扎实了，选择MSP430F169控制器就是一个不错的选择，主要是可以简化外部硬件电路，硬件结构设计就更加的简单了，并且可以扩充学习者的课外知识和提高学习者的设计能力。所以，对于大四将毕业的同学来说，选择方案二最为合适了。2.3.2 信号处理电路的选择方案一：采用数字电位器反馈放大电路。因为要设计出在信号输入为200mV-10V,输出固定为10V
24、的电路，所以采用传统的集成运算放大器来搭建放大电路，这种电路采用的是闭环负反馈结构，反馈电路由一个反馈电阻构成，所以只要调节反馈电路的反馈电阻既可以调节信号的放大倍数。反馈电路采用数字电位器，即可满足设计要求。所以我们只要控制数字电位器的阻值，就可以调节信号的放大倍数，使输出达到固定的10V，也就形成了方案一。方案一电路的优点：方案最大的优点就是采用传统的运算放大电路，设计经典，设计起来就相对简单。数字电位器有8位的、10位的、12位的，随着位数的增高，精度也越来越高，同时价格也越来越贵。采用8位的数字电位器，则有256个阻值，所以就有256个固定放大的结果，若反馈电阻采用固定阻值的电阻，则会
25、占用电路板的面积，而且控制起来就会比较复杂，因为有多个档位需要调节。而数字电位器的控制采用传统的协议，占用控制器的口线少，编程简单容易，控制电阻档位简单。但是方案一也存在不足之处，它的缺点有：方案一采用数字电位器具有局限性。数字电位器具有不足之处，电位器毕竟只有固定个数的阻值，由于输入是一段范围的电压信号，所以调节成10V输出信号的能力毕竟也有限，主要是档位部位不够（指8位的数字电位器，如果采用12位的数字电位器成本就会大大提高）。而且在软件编程时，要不断采集输入信号的阻值，根据采集的数值，在控制器中要计算得出要放大的倍数，然后根据这个结果再去调节数字电位器的阻值，以改变放大倍数，使输出达到固
26、定的10V输出，这就使程序设计相对来说复杂了许多。还有一个局限性，数字电位器受工作频率的影响比较大，数字电位器只有在频率较低的频段工作，其电阻阻值就十分的准确，误差不会超过千分之一，但随之频率的升高，其控制的阻值误差就会越来越大。对于任务书的设计要求，频率要求相对范围广，频率也比较高，所以到了高频部分，数字电位器的误差会比较大，换言之，放大倍数存在的误差也就大，这就直接使输出的信号误差变大。信号处理电路方案一的结构框图如图3所示。图3 信号处理电路方案一框图方案二：方案二采用程控放大电路，选用的芯片是AD603。AD603芯片是一款具有程控增益调节的芯片，通过控制芯片引脚电压值，即可以控制输入
27、信号的放大倍数，换言之，就是控制电压改变和放大倍数成线性关系。这是一款低噪声、宽带宽的具有程控增益调节的专用芯片，已被美国ADI公司申请了专利。控制器通过电压调节AD603引脚电压，也就是间接调节放大器的放大倍数。当外部信号输入，单片机通过内部D/A模块输出电压控制放大倍数，这样信号就被放大成了10V信号了。优点：控制范围宽，AD603是受外部电压来控制放大倍数，所以它放大倍数控制比较容易。和数字电位器作为放大器反馈电路相比，程控控制范围显然比前者大的多。第二个优点就是，放大倍数随着单片机输出电压可以近乎连续变化，这就是程控放大器最大的优势了。缺点：由于AD603芯片自身设计的原因，AD603
28、芯片输入信号的有效值为1V,而峰值的一般为1.4V，最大不能够超过2V，输入信号范围比较窄，所以对于输入信号为200mV-10V时，处理起来就相对麻烦；第二个缺点和数字电位器反馈电路类似，就是软件程序中算法也比较复杂，而且还给硬件电路设计增加一定的工作量。在进行软件算法编程时，先要对信号进行采集，这就要求前级增加一个数据采集的硬件电路，在这之后才能进行算法处理。虽然程控电路比数字电位器控制的档位多，但是每次输入信号改变时，芯片就需要重新采集，然后重新计算，在一定程度上增加了控制器的工作量。信号处理电路方案二的结构框图如图4所示。图4 信号处理电路方案二框图方案三：方案三采用自控增益放大电路。方
29、案采用的是常见的自控增益控制放大芯片VCA610，VCA610芯片常和伙伴芯片OPA620一起配合着使用。这款芯片常应用在声纳系统、时间增益控制光接收机、脉冲振幅补偿这些系统中，因为这些系统都需要进行自动增益控制，所以这也是方案三选用VCA610做自控增益放大的原因。交直流信号从VCA610进入后，受自动增益控制的影响，或放大、或衰减。由于自控增益模块受单片机提供的控制电压的控制，当单片机输出控制电压为1V时，则进入自动增益模块的信号输出相应幅值为1V的正弦波。如果输入信号幅值高于1V，则信号会被逐渐的衰减下来，直至1V，若输入信号的幅值低于1V，信号进入自动增益放大电路后会逐渐放大到1V。方
30、案三具有挺多的优点。首先，从方案三系统分析，因为它是一个自动增益放大系统，所以在适当条件下会自动控制。一定条件下，不管输入信号的幅值如何变化、频率如何变化，系统的输出最后都会被自动调节成固定幅度的信号，这也是自动增益放大电路最大的优势与亮点。和数字电位器反馈放大电路、程控电路相比，电路省去了很多繁琐的步骤。它不像前两种电路一样需要不断的采集输入信号、计算信号的放大倍数，它能过直接通过自控系统放大后成稳定幅值信号，这种硬件上完美的表现就省去了程序设计中的各种麻烦，这就是它的优势。第二个优点是VCA610芯片的特点，它采用电压控制增益，这点和程控电路控制的方法有点类似，控制器输出特定的控制电压，使
31、自动增益放大电路输出特定的幅值，这个优点就是它控制上比较简单，容易实现。一般的电路都要设计阻抗匹配，而VCA610芯片因为内部高阻抗的差分化，允许灵活的输入阻抗匹配。因为这个原因，我们需要从信号源输入基本的直流路径，将终端电阻和地直接相连。差分输入端也影响了信号输入状态，这样输入后的结果就是其输出就是放大器要求一个低阻抗，从而简化了阻抗匹配，这就是它阻抗匹配的优点。当然电路也存在不足之处了，它的输入信号在低频条件下，受噪声的影响大，自控效果不理想。信号处理电路方案三的结构框图如图5所示。图5 信号处理电路方案三框图2.3.3 方案总结通过控制器方案选择和信号处理电路的选择，确定了总体方案。 控
32、制器选择方案二中的MSP430F169单片机，信号处理电路则选择方案三，基于VCA610的自动增益放大电路。将两个方案结合起来，构成了如下总体方案，符合任务书的要求，设计起来较为合理。总体框图如图6所示。图6 总体框图这是一个基于VCA610自动增益放大系统的工作过程。首先，信号分为直流信号和交流信号，这两种信号的处理方法不一样。直流信号输入为200mV-10V，首先经过VCA610自动控制电路，经过自动控制电路后会输出1V的直流信号。后面接入的两级放大电路，将信号放大至10V后输出。后面接三极管搭建的跟随电路和LM317扩流电路，经过这两个电路后，电路输出电流将会增至1A，大大提高了带负载能
33、力，符合任务书设计的直流指标。输入为交流信号时，输入信号进入VCA610自动控制电路后，由于MSP430F169单片机提供的控制电压为1V，所以经过自动控制电路后的输出信号幅值为1V的正弦波信号。自动控制的信号可以不用管信号频率，所以避免硬件电路设计的难点。自动控制级的输出信号后面跟着两级放大电路，采用OPA2604高速宽带运放放大至幅值为10V的正弦波信号，通过推挽电路后就可以提高交流带负载能力。(注意：原始资料排序整齐，不出现排序乱的情况)详细资料下载 3 硬件系统的设计3.1 主要器件介绍3.1.1 MSP430F169单片机MSP430F169单片机是由德州仪器公司制造的一款低功耗单片
34、机，它是一类具有16位总线带FLASH的单片机；它的性能优越，但是价格却比较低廉，它的集成度也非常的高，所以众多技术开发人员都非常喜欢利用这款单片机来开发各种东西；它是用16位的数据总线将外设和内存并在一起进行统一编排地址，寻址的范围十分广泛，达到了64K；当然，它还可以采用外部扩展存储器的方式来增大寻址范围；MSP430F169单片机还具有极其丰富的中断资源，系统能够统一管理它的中断资源，中断使用的极为方便；此外，它内部具有丰富的模块，内部具有精密度硬件乘法器、两个16位的定时器、一个14路的12位的数模转换器，其功能在设计中起到了关键作用 。具体功能可以参看MSP430F169的引脚图，M
35、SP430F169单片机的引脚图如图7所示。图7 MSP430F169单片机引脚图从图7中可以清楚的看到，它有6路P口、两路USART通信端口、一个比较器，只是引脚功能采取复用功能，利用时得稍加关注。此外，它的内部有一个DCO内部振荡器和两个外部时钟，支持8M的时钟。这款芯片有两种调试的方法，支持在线对单片机调试，另一种通过下载程序到芯片后，通过硬件仿真器调试，它的JTAG口直接和FET（FLASH EMULATION TOOL）连接起来，不需要再连接其他的仿真工具，方便而又实用。这款芯片最有特点的一个功能就是它的低功耗工作模式，在低功耗模式下，能够减小它对环境、使用者的辐射，经过科学的测量，
36、在低功耗模式下，它的功耗仅为100mW左右（电流仅为14mA）。它的可靠性高、性能高，在电干扰情况下仍能够极其稳定度工作，同时它能够在工业级的环境下运行稳定，适合做手柄之类的与自动控制相关的设备。所以，在毕业设计中用到这样的一款控制芯片，对我们的学习帮助相当的大。3.1.2 VCA610运放芯片VCA610是一种直流耦合、宽宽带、增益连续可变、由电压控制增益的放大器，它可以差分输入然后单端输出，这样能够改变高阻抗的增益控制，使输入从- 40dB增益至+40dB的范围内成dB/ V的线性变化，变化的范围非常的宽；它还有一些显著的特点：电源供电电压为5V，一般的运放工作电压为12V，这种供电电压比
37、较省电，输入噪声电压非常的低，只有2.4nV/Hz，这说明抗噪声能力非常的好增益控制带宽为25MHz，带宽比较宽 。VCA610主要在光接收器时间增益控制、声纳系统、电压可调主动滤波器、对数放大器、脉冲振幅补偿、带有RSSI的AGC接收机等方面应用的比较广泛，文章中主要介绍它的自动增益控制方面的应用 。VCA610的引脚图如图8所示。图8 VCA610引脚图3.1.3 OPA620运放芯片0PA620芯片是一款精度精密放大器，常和VCA610配合着一起使用，它们配合着使用在自动增益放大电路中非常的常见，是一种典型电路。它的供电电压也可以使用5V，功耗非常的低。在高速放大的条件下也具有优良的直流
38、精度。它的应用也十分的广泛，常用在廉价的视频线驱动、有源滤波器、ADC放大器、低噪声器、光学通道放大器、便携式检测设备、低功耗基带放大器、CCD成像通道放大器等方面，文章主要介绍了用它制作检波电路和VCA610组合构件AGC电路。OPA620的引脚图如图9所示。图9 OPA620引脚图3.1.4 OPA2604放大芯片OPA2604是TI公司的一款音频专用运放芯片，它的高带宽（20MHz）和高转换速率使得它在精密高速运放这一领域得到广泛应用。其次，它的谐波失真比较低，同时噪声也比较低，这对高频信号放大时输出信号的失真度就比较小。它的带宽范围宽、转换速率快这两个特点就使得它成为音频信号放大首选的
39、主流芯片。OPA2604的引脚图如图10所示。图10 OPA2604管脚图3.1.5 LM317电压稳压器LM317是一款三端可调的正电压稳压器。如果电压范围输出为1.2-37伏之间，它能够提供超过1.5安的电流，并且这款稳压器使用非常简单，它只需要在外部添加两个电阻就可以设置输出电压。除此之外，LM317内部使用了内部限流、热开关和安全补偿功能的保险丝。这款芯片可以用于多种场合，包括局部稳压、卡上稳压。此外它还能够用来制作一种可编程的输出稳压器，方法就是调节输出点和调节点之间的那个电阻阻值。当这个电阻为固定值时，那么它就是一个精密稳流电路，而我这次就是采用它的第二种功能，所以这次课题选用此款
40、稳压器充当扩流电路的核心芯片，用它来增加直流电路的带负载能力。LM317一脚为输入端，二脚为输出端，三脚为调节端，其管脚排列如图11所示。图11 LM317管脚图3.1.6 12864液晶显示12864是 128*64点阵液晶模块的点阵数简称，业界约定俗成的简称。12864的物理特性就是利用电压来控制屏幕的显示，只要有电存，数据就能在12864上面显示，这就是12864液晶显示的原理。12864显示屏制作的成本相对较低，适合在各类仪器中使用，同时它在小型设备的显示领域中也应用的比较广,而且液晶也极其的省电。YAOXY12864B型液晶显示模块有两种接口方式，它的接口方式有3线串行以及4位/8位
41、并行，它在内部汉字配置上有8192个中文汉字。除此之外，它也能够显示字符和数字，它能够显示8*16个字符点阵或者64*256点阵显示RAM。12864的实物图如图12所示，其引脚图如图13所示。图12 LCD12864显示屏 图13 LCD1286引脚介绍3.2 单元电路设计3.2.1 MSP430F169单片机最小系统单片机最小系统是自动增益放大设计中重要的组成部分。MSP430F169单片机要想正常工作，就必须包含三个重要的电路：复位电路、晶振电路、供电电路。有了这三个电路，单片机才能够独立的运行起来，也就构成了单片机最小系统。供电电路：直流电源能够提供22、1512、5V的电压，通过提供
42、5V的电压给MSP430F169单片机最小系统供电，最小系统中LM117稳压芯片将5V电压转换成3.3V电压给单片机供电。直流稳压电源中22、15、12、5V，能提供外部电路中运放电路工作电压，其外部供电原理图参考整体电路图；根据经验值和以往MSP430F169最小系统设计供电电路参数，电源的极性电容取220F,陶瓷电容取值0.1F。单片机电源供电电路图如图14所示。(注意：原始资料排序整齐，不出现排序乱的情况)详细资料下载 图14 MSP430F169供电电路时钟电路：时钟电路可以视为单片机最小系统的心脏，它能够提供单片机需要的时钟信号。MSP430F169单片机采用的晶振为8MHZ，它的内
43、部还继承了低速晶体振荡器，使得它可以选择三种时钟：ACLK辅助时钟、MCLK系统主时钟、SMCLK子系统时钟。主时钟是LFXT1CLK信号经过1,2,4,8分频后得到的。分频系数由软件控制。ACLK可由软件选择，作为各个外围模块的时钟信号，一般用于低速外设。MCLK来自LFXT1CLK、LFXT2CLK、DCOCLK，然后经过1，2,4,8分频得到，分频系数也可由软件控制，主要用于CPU和系统。SMCLK子系统时钟和主系统时钟来源一样，控制部分也一样，但是它主要用于控制高速外围模块。根据经验值和以往MSP430F169最小系统设计时钟电路参数，陶瓷电容取值30pF。时钟模块电路图如图15所示。
44、图15 时钟电路由于MSP430F169供电电压低，同时具有丰富的时钟源，使得它具有优越的低功耗模式。它主要通过以下几个方面来保持它的低功耗特性：电源电压采用1.8-3.6V的低电压，RAM数据保持方式下耗电仅为0.1uA，活动模式耗电250uA/MIPS，I/O输入端口的漏电流仅为50nA;采用独特的时钟系统设计， MSP430F169系统中有一种活动模式和5种低功耗模式，在活动模式时， MSP430F169单片机还可以根据需要在100KHz-8MHz之间调整时钟频率，有效的降低了系统的功耗。复位电路：通过复位电路，可以产生复位信号给单片机，使其复位。复位电路的复位线连接MSP430F169
45、复位引脚，当外部产生复位信号，MSP430F169就能立即产生相应的复位动作。设计采用手动复位方式给单片机提供相应的低电平复位信号。当外部复位按键没有动作时，电容处于充电状态，单片机的复位引脚为高电平，MSP430F169不会产生复位动作。当外部复位按键被按下后，电容立即放电，REST线接地，MSP430F169相应的复位引脚被拉低，使得MSP430F169产生复位动作。根据经验设计复位电路参数值，其中电阻为10K，电容为0.1F。复位电路电路图如图16所示。图16 复位电路3.2.2 下载电路MSP430F169单片机的程序下载是通过JTAG口和片子的RST、TCK、TDI、TDO、TMS引
46、脚按一定的时序串行的传递程序代码和数据。调试指令的命令都是通过这些数据线和控制线传递的。下载时序时，其地址0FFFEH为复位向量地址，它是程序遇到非屏蔽中断和程序启动的首要地址，地址中存放的是程序开始的首地址，因此必须把程序段的首地址标号表示在中断向量或程序伪指令的开头位置，否则，连接时将出现错误。程序的下载考核在线调试的电源是通过计算机在JTAG提供的，不需另外提供电源。下载电路的原理图和连接方法如图17所示。图17 下载接口电路3.2.3 LCD12864液晶显示电路使用液晶显示电路时，要几点知识需要注意：液晶后面的VR1为3X3体积硬封10K可调电位器，调节电位器可以调节12864的对比度。当电位器电阻缺口大致对准R1电阻时，此时液晶屏对比度处于正常范围内，12864显示屏显示的比较清晰，此时，液晶接口的第三脚V0不用连接。当电位器缺口对准VR1丝印时，此时相当于电位器是零阻值，可以用螺丝刀手动调节液晶电位器至R1位置直到显示屏正常显示清晰即可。当液晶屏自己带电位器时，第三脚V0可接可不接，不接的话就必须调节液晶背面电位器至R1位置。接了V0可以通过外接电阻调节，同时也可以使用背后的那个电阻调节；液晶接口的18脚可以不接，将它悬空即可。12864的有串行并行两种控制的方式，串并行显示可以通过两种方式调节，一种是PSB脚控制，
