自动增益控制电路设计文章.docx

摘要本设计以程控增益衰减器TLV5616为核心，通过单片机STC89C52控制各模块，实现电压增益连续可调，输出电压在2Vpp基本恒定，并且通过程序设定使输出电压在1-3Vpp范围内可变。系统由五个模块组成：信号调理模块，程控增益衰减器模块，放大器模块，峰值检测模块，控制与显示模块。将输入信号通过信号调理电路送入程控增益衰减器，然后再将信号按要求放大输出，通过峰值检测电路检测输入TLV5616的电压情况，并送给STC89C52单片机采样。此时，经过单片机的控制处理后，再与理想输出信号数值进行比较，若有偏差，则通过程序设定调整TLV5616的增益控制电压，调整放大倍数，从而实现信号的稳定输出。关键词：TLV5616；STC89C51;程控增益衰减器；峰值检测1方案论证与比较1.1信号调理模块方案方案一：由TLV5616的使用手册可得，其最大输入参考电压VREF为2.25V,故采用函数信号发生器产生0.1V-5V Vpp的正弦信号，再通过两级反向比例电路使输出电压小于2.25V。如图1.1a所示。图1.1a反向比例调理电路方案二：由于TLV5616的输入参考电压VREF不能为负值，故在电路输入端进行直流偏置，产生一个3V左右的直流电压Vf，使交流电压负半周电压值向上抬升，最后通过同向比例电路再经过电阻分压使输出电压小于2.25V。另外，为了起到保护和隔离的作用，在直流偏置后面添加了一个电压跟随器。如图1.1b所示。图1.1b同向比例调理电路综上：方案一的反向比例电路输入阻抗较大，需要运放具有较高的共模抑制比，且电路不简洁。方案二相比之下可行性更高，电路容易实现。加入直流偏置后能够避免信号在负轴出现，电压跟随器也起到了很好的保护和隔离的作用。故我们选择方案二。1.2程控增益衰减模块方案方案一：采用纯硬件电路实现。由TLV5616和运放构成的电压比较器和减法电路实现。把实际差值和理论电压的差值通过适当幅值和极性的处理，作为TLV5616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TLV5616和STC89C52单片机结合，通过当采样信号VRFE进入单片机后，由单片机对TLV5616的控制信号CODE的处理，得到一个关于输入参考电压VREF与输出电压VOUT的线性关系，最后再与理论输出电压比较，若有偏差，则继续调整，即实现了增益的自动控制。综上：方案一理论低端，精度不够，通用性不好，方案二控制准确，自控速度较快，系统可移植性强，功能改变和增加容易，为后期改善和提升电路性能有益。故我们选用方案二。1.3放大器模块方案当信号通过TLV5616后，为了滤掉信号调理部分添加的直流信号，我们采用RC低通滤波器进行滤波，再利用一个同相比例放大电路对输出信号作进一步调整。在这里，我们选用单运放NE5534，它具有高效低噪声且高单位增益的特点。1.4峰值检测模块方案方案一：如图1.4a所示，当初始电容电压Uc=0时，当Ui0时，由于运放U3充当跟随器，故Ui=Uo,二极管D2导通，电容C2充电，直至电容C2上的电压Uc等于输入电压Ui的峰值；只要输入电压UiUc，二极管就截止，电容上的电压Uc保持不变，即电容Uc保持之前检测到的输入信号的峰值。图1.4a峰值检测电路方案二：如图1.4b所示小信号峰值检测电路。二极管D1置于两个反馈回路之中，运放U2A构成电压跟随器，使峰值检测电路与后面的电路隔离。当正极性电压Ui输入时，D1导通，D2截止，电容C1充电，直至电容C1上的电压等于输入电压Ui的峰值；当负极性电压Ui输入时，D2导通，D1截止，连接两级运放之间的电路断开，电容Uc上的电压保持之前的输入峰值不变，当正极性电压再次输入时，电容继续被充电，即实现了峰值的连续检测。 图1.4b峰值检测电路综上：方案一中当输入小信号的峰值小于二极管D2的正向导通电压时，二极管将截止，峰值检测电路不能工作。在方案二中小信号输入时，即使信号的峰值很小，由于运放U1A的增益Av很大,其输出Uo1=UinAv，足以使二极管D1导通，迫使运放U2A处于跟随状态，从而能实现对输入小信号峰值的检测。且该电路设置了负反馈回路，提高了电路的稳定性，且有效的减轻了噪声的影响。因此选择方案二更为合理。1.5控制与显示模块方案方案一：采用MSP430F149芯片和数码管。MSP430F149芯片是一类具有16位总线的带FLASH 的单片机,具有1.8V-3.6V超宽供电电压，两个16位定时器、一个14路的12位的模数转换器、自带看门狗、两路USART通信端口、一个比较器、一个DCO内部振荡器和两个外部时钟,支持8M 的时钟.可靠性能好,加强电干扰运行不受影响，适应工业级的运行环境。图1.5a MSP430F149引脚图方案二：采用STC89C52单片机控制处理和数