自动增益控制放大器_new重点解读.doc

2014年全国大学生电子设计竞赛 设 计 报 告 参赛题目： 自动增益控制放大器 题目编号： H 日 期： 二〇一四 年 八 月 十二 日 至 自动增益控制放大器（AGC）设计 摘要：本设计以可变增益放大器VCA810为核心，通过单片机MSP430控制各模块，实现电压增益连续可调，输出电压基本恒定。系统主要由可变增益放大器、MSP430单片机、AGC电路、功放电路、检波电路、比较器、噪声检测电路等组成。将输入信号经程控放大器进行调理归一处理，输入给程控增益调整放大器 VCA810，将信号放大输出，通过有效值检波电路检测输出信号，并送给单片机AD采样，与理想输出信号数值进行比较，若有多偏差，则通过调整对VCA810的增益控制电压，来调整放大倍数，从而实现输出信号的稳定。整个设计使用负反馈原理，实现了自动增益的控制。 关键字：VCA810 MSP430 有效值检测 自动增益控制（AGC） 方案设计与论证 1.1整体方案 方案一：采用纯硬件电路实现，由AGC和运放构成的电压比较器和减法电路实现。把实际电压与理论电压的差值通过适当幅值和极性的处理，作为AGC的控制信号，从而实现放大倍数的自动调整，实现输出电压恒定。 方案二：采用可变增益放大器和单片机结合，通过单片机对输出信号AD采样并转化为数字量，与理论输出电压值进行比较，得到差值转换为控制直流电压，通过DA转化，对放大器的放大倍数精确调整，从而实现输出电压的恒定。 方案一理论简单，只有硬件电路，制作起来相对容易，但其理论低端，精度不够，没有创新，通用性不好；方案二控制精确，自动控制速度快，系统可移植性强，功能改变和增加容易，对后期改善和提升电路性能有益。但需要软硬件配合，系统稍复杂。通过对两个方案的综合对比，我们选用方案二。 1.2控制模块 方案一：采用MCS-51。Intel公司的MCS-51的发展已经有比较长的时间，以其典型的结构、完善的总线、SFR的集中管理模式、位操作系统和面向控制功能的丰富的指令系统，为单片机的发展奠定3了良；好的基础，，应用比较广泛，各种技术都比较成熟。 方案二：采用TI公司的MSP430。MSP430是一个 16 位的、具有精简指令集的、超低功耗的混合型单片机，基于闪存的产品系列，具有最低工作功耗，在 1.8V-3.6V 的工作电压范围内性能高达 25MIPS。包含一个用于优化功耗的创新电源管理模块。由于它具有极低的功耗、丰富的片内外设和方便灵活的开发手段。 方案一采用MCS-51控制简单，但资源有限，功能实现有困难，而且需要大量外扩单元；而方案二MSP430资源丰富，操作语言灵活，但对编程的要求有所提高。综合考虑下，我们采用MAP430作为我们的主控制器。 1.3 程控可变增益LM358是由两个独立的高增益运算放大器组成。可以是单电源工作，也可以是双电源工作，电源的电流消耗与电源电压大小无关。应用范围包括变频放大器、DC增益部件和所有常规运算放大电路。利用模拟开关CD4051程控切换运算放大器反馈电阻从而改变放大器的增益，到达程控调理信号，将输入信号从10mV~5V的信号调理到0~3.3V的范围，以便后续电路处理。该方案电路简单，单片机控制模拟开关程控调节增益方便，确点是：模拟开关的导通电阻较大（1KΩ）并且随着频率的变化而变化，增益出现非线性。 方案二：由于输入信号在10mV~5V变化，范围较大，所以利用程控可变增益放大器分段放大。程控可变增益放大器采用OP07作为可变增益放大器的放大芯片， 它是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。由于OP07具有非常低的输入失调电压（对于OP07最大为25μV），所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。程控可变增益放大器采用单片机控制四路继电器合理切换，达到自动分段测试输入信号，将输入信号调理到0.2V~1.4范围内，以便后续电路处理。 图1.1 采用方案二：CA810。CA810提供了差分输入单端输出转换，用来改变高阻抗的增益控制输入超过- 40DB增益至+40 dB的范围内成dB/ V的线性变化。从±5V电源工作，将调整为VCA810的增益控制电压在0V输入- 40DB增益在-2V输入到+40 dB。 图1.2 采用VCA810 相比之下应用要简单些调试起来些电压也限制在+—5V，不会有+10V符合电路设计风格， 1.5功放电路 方案一：集成功放， 方案二：采用LF353运放作为输入级，LF353的总体电路设计还是比较简洁的，在功率运算