一、方案論證與比較
根據題目的要求，整個系統包括放大器和濾波器兩個部分，如圖一所示。分別有以下幾種方案。
圖一可控放大器組成框圖
1、程式控制放大部分方案論證與選擇
方案一：整合程式控制增益放大器。它們具有低漂移、低非線性、高共模抑制比和寬頻帶等優點，但其增益有限，只能實現特定的幾種增益切換。所以我們不採用此方案。
方案二：運放+模擬開關+電阻網路。這種方法利用模擬開關切換電阻反饋網路，從而改變放大電路的閉環增益。
此種方法通用性強，經濟實惠，效果顯著。 但由於放大倍數為40db，即最小電阻值為總阻值的1/100，很難兼顧其精度，而電阻均只能取其標稱值，且阻值精度一般不高，不可避免引入一系列誤差，再加上模擬開關的阻值受環境因素影響較大，系統整體精度無法很好的控制。
方案三：有運放+數模轉換器（d/a）構成程式控制增益放大電路。放大器固定為60db 增益，再通過d/a 轉換器的電阻網路衰減電路，衰減後輸出，即可實現程式控制增益。
d/a 轉換器的電阻網路可由微控制器進行控制，且精度非常高，在本設計中使用8 位d/a 轉換器dac0832,其轉換精度可達到1／256，可以滿足要求。而放大器使用固定的電阻接成60db 放大，因而可以保證在整個通帶內增益不變，穩定性較好，且容易實現 ，最後選定本套方案作為最終程式控制增益部分的方案
2、濾波部分
方案一：使用rc網路， rc電路儘管可以做到體積小和廉價，但要滿足此設計要求，需多個結構併聯，網路仍然過於龐大。而且其上半周內電容c中積蓄得能量到下半周就會被電阻r消耗一半，因此單純的rc電路q值不會大於0.
5，選擇性差，效果同樣不佳。所以我們不採用。
方案二：採用運算放大器和電阻、電容等分立元件可以構造有源低通濾波器或高通濾波器，利用模擬開關來切換不同的電阻值或者電容值，可以達到改變濾波器的截止頻率的目的。該方案成本低廉，實現起來也較為簡單，模擬濾波器設計已經很成熟。
所以我們最終採用本方案。
二系統整體設計
本系統以51微控制器作為主控單元，將設計任務分為放大器、低通濾波器、高通濾波器、人機介面單元等功能模組。系統原理框圖如圖二所示。
圖二系統原理框圖
1、程式控制放大電路的設計
根據我們所要選擇的方案，我們設計的程式控制增益放大部分的整體框路圖如圖三所示：
圖三程式控制放大框路圖
本設計中將放大器固定為60db 增益，再通過da 轉換器的電阻網路進行分壓後輸出，即由da構成衰減器。da 轉換器的電阻網路可由微控制器進行控制，且精度非常高，在本次設計我們使用dac0832 轉換器,其轉換精度可達到1／256，完全滿足要求。而放大器使用固定的電阻接成60db 放大，因而可以保證在整個通帶內增益不變，穩定性較好，且容易實現。
（1）固定放大電路
根據題目要求，放大器輸入正弦訊號幅值為10mv，基本要求電壓增益為40db，發揮部分要求電壓增益為60db，我們將其分為兩級放大，每級固定放大30db。
為保證穩幅輸出,經查資料，選用ad817。ad817一種低成本、低功耗、單/雙供電、高速寬頻運算放大器,具有很強的大電流驅動能力。將ad817搭成同相放大器。
ad817 的增益頻寬積為50mhz，能滿足設計要求.ad817引腳分布如圖四所示放大部分的電路設計如圖所示，和為運放零漂的調節電阻。
圖四 ad817引腳分布圖
圖五固定放大電路圖
（2） da轉換器dac0832
da 轉換器的電阻網路可由微控制器進行控制，且精度非常高，在本設計中使用dac0832是8解析度的d/a轉換整合晶元,dac0832引腳分布如圖六所示。由dac0832構成的衰減電路如圖七所示
圖六 dac0832的內部框路和引腳分布
圖七衰減電路
2、濾波電路
根據我們所要選擇的方案，我們設計的程式控制濾波電路部分的整體框路圖如圖八所示：
圖八程式控制濾波框路圖
如圖九所示，由運算放大器和電阻、電容等分立元件構造的基本二階低通濾波器和二階高通濾波器的電路圖。根據要求，低通濾波或是高通濾波，其截止頻率都要在1kz--20kz範圍可調，且調節的頻率步進為1khz，改變不同的電阻值或者電容值，就可以達到改變濾波器的截止頻率，我們利用微控制器控制模擬開關來改變固定電阻不的同鏈結，就能達到調節截止頻率引數的目的。具體濾波器電路如圖十所示。
a） b)
圖九 (a)二階低通濾波器電路圖 (b)二階高通濾波器電路圖
圖十程式控制濾波電路
4、顯示設計
我們選用led數碼管作為顯示。數碼管的a、b、c、d、e、f、g介面，採用共陽極，上拉電阻為1k。選片通端訊號分別接到51微控制器的p2.
0,p2.1,p2.2三支引腳上，用三個pnp型三極體驅動數碼管，如圖十一所示。
圖十一 led數碼管顯示電路圖
3、理論計算
（1）程式控制放大部分
同相比例運算電路對電壓放大倍數公式：
電壓放大倍數與電壓增益的關係：
根據兩式：
當，時， 。
在dac轉換器中含有電阻網路和數碼控制的模擬開關，將直接接在dac0832的端，它相當於以t型電阻網路作電阻如圖所示。
圖由dac構成的衰減增益控制
由於，利用dac原理分析有：
此外又有:
有④式，有
其中為輸入的數字控制量訊號，由於我們選擇的是dac0832轉換器，所以。根據⑤式可知，改變輸入的數字量，即可達到程式控制增益的目的。經計算0db、10db、20db、30db、40db、50db、60db與的一一對應關係如下：
（2）程式控制濾波電路
二階低通濾波器或的截止頻二階高通濾波器電路圖率為：
根據⑦式可見，在1kz--20kz範圍可調，且調節的頻率步進為1khz，要滿足要求所需要20種不同的rc。在設計中，我們固定電容c不變，利用微控制器控制數模擬開關改變其阻值，就能達到調節截止頻率引數的目的。
電容容量的確定，我們現在固定電阻最大的阻值，則選擇來確定電容的容量，由⑦式有：
式中r=50,經過計算，我們選擇的電容。
經過計算,低高通濾波器中截止頻率與電阻的一一對應關係如下表所示:
根據設計要求，在低通2fc 處放大器與濾波器的總電壓增益不大於30db，高通0.5fc處放大器與濾波器的總電壓增益不大於30db，我們可以算出濾波器衰減,見公式：
倍頻程三程式設計
四系統測試：
1．測試使用儀器：
2．系統整機除錯：
（1）程式控制放大器測試：
測試方案：輸入電壓振幅為vi=10mv，調節放大倍數，分別測量輸出電壓。
表一前級放大倍數測量輸入電壓：7.07mv （有效值）
(2)程式控制濾波器設計
測試方法：跟據截至頻率的定義，我們取通帶電平下降到-3db的頻率點，並分別測出訊號頻率為高通截止頻率一半，低通截止頻率二倍，放大電路增益為40db時，總體電路的增益，電路資料使用交流毫伏表測量。
表二低通特性程式控制放大增益為40db
表三高通特性程式控制放大增益40db
參考文獻
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