2012低頻功率放大器畢業(yè)設(shè)計(jì)論文低頻功率放大器畢業(yè)設(shè)計(jì)論文【摘要】實(shí)用低頻功率放大器主要應(yīng)用是對音頻信號進(jìn)行功率放大，本文介紹了具有弱信號放大能力的低頻功率放大器的基本原理、內(nèi)容、技術(shù)路線。整個電路主要由穩(wěn)壓電源、前置放大器、功率放大器、波形變換電路和保護(hù)電路共五部分構(gòu)成。穩(wěn)壓電源主要是為前置放大器、功率放大器提供穩(wěn)定的直流電源。前置放大器主要是電壓的放大。功率放大器實(shí)現(xiàn)電流、電壓的放大。波形變換電路是將正弦信號電壓變換成規(guī)定要求的方波信號。設(shè)計(jì)的電路結(jié)構(gòu)簡潔、實(shí)用，充分利用到了集成功放的優(yōu)良性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該功率放大器在帶寬、失真度、效率等方面具有較好的指標(biāo)、較高的實(shí)用性,為功率放大器的設(shè)計(jì)提供了廣闊的思路本設(shè)計(jì)的低頻功率放大器同時還具有測量顯示功率輸出、電源供給功率和整機(jī)效率的功能。本文首先對功率放大器的課題背景作簡要的說明，隨后對功率放大器的一些基礎(chǔ)知識進(jìn)行介紹。最后，本文具體敘述實(shí)用低頻功率放大器的安裝與調(diào)試，并對電路在工作中易出現(xiàn)的失真情況做了細(xì)致的分析。關(guān)鍵字前置放大；功率放大；穩(wěn)壓電源電路；1LOWFREQUENCYPOWERAMPLIFIERDESIGNGRADUATEPAPER【ABSTRACT】PRACTICALLOWFREQUENCYPOWERAMPLIFIERISMAINLYUSEDFORAUDIOSIGNALPOWERAMPLIFIER,THISPAPERINTRODUCESTHEWEAKSIGNALAMPLIFIERABILITYHASTHELOWFREQUENCYPOWERAMPLIFIER,THEBASICPRINCIPLEOFCONTENT,THETECHNICALROUTETHEMAINCIRCUITBYMANOSTAT,PREAMPLIFIER,POWERAMPLIFIERS,WAVETRANSFORMCIRCUITANDTHEPROTECTIONCIRCUITOFFIVEPARTSMANOSTATPRIMARILYFORPREAMPLIFIER,POWERAMPLIFIERPROVIDESTABLEDCPOWERTHEPREAMPLIFIERMAINLYISTHEVOLTAGESCALINGPOWERAMPLIFIERREALIZECURRENT,VOLTAGESCALINGWAVETRANSFORMCIRCUITISWILLSINESIGNALVOLTAGETRANSFORMINTOTHEREQUIREMENTSOFSQUAREWAVESIGNALTHEDESIGNOFTHESTRUCTUREISSIMPLE,PRACTICALCIRCUIT,MAKEFULLUSEOFTHEPERFORMANCEOFTHEINTEGRATEDAMPLIFIERTHEEXPERIMENTALRESULTSSHOWTHATTHEPOWERAMPLIFIERINBANDWIDTH,DISTORTIONDEGREE,EFFICIENCYHASGOODINDEX,HIGHERPRACTICABILITY,FORPOWERAMPLIFIERDESIGNOFFERSWIDETHINKINGTHEDESIGNOFTHELOWFREQUENCYPOWERAMPLIFIERANDATTHESAMETIMEALSOHASMEASUREMENTSHOWSPOWEROUTPUT,POWERSUPPLYPOWERANDTHEEFFICIENCYOFTHEFUNCTIONTHISPAPERFIRSTTOPOWERAMPLIFIERBACKGROUNDOFTHETOPICBEBRIEFLYANDTHENSOMEBASICKNOWLEDGEOFPOWERAMPLIFIERISINTRODUCEDFINALLY,THISPAPERDESCRIBESTHELOWFREQUENCYPOWERAMPLIFIERSPECIFICPRACTICALINSTALLATIONANDCOMMISSIONING,ANDINTHEWORKOFCIRCUITTOOCCURDURINGTHEDISTORTIONOFTHESITUATIONDIDMETICULOUSANALYSISKEYWORDPREAMPLIFIERPOWERAMPLIFIERSTABILIZEDVOLTAGEPOWERSUPPLYCIRCUIT2目錄1前言42低頻功率放大器系統(tǒng)方案選擇6方案一采用專用的集成MOS芯片功率放大器6方案二采用三極管為核心做功率放大電路6方案三采用分立的MOS管做功率放大電路73低頻功率放大器總體設(shè)計(jì)731低頻功率放大器總體設(shè)計(jì)框圖732前置放大及濾波電路833功率放大電路1034采樣電路1135電源電路1136單片機(jī)最小系統(tǒng)電路12361STC89C52單片機(jī)簡介12362STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)電路13363STC89C52最小系統(tǒng)時鐘電路15364STC89C52最小系統(tǒng)復(fù)位電路1537顯示部分174低頻功率放大器系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)185低頻功放測試方案與測試結(jié)果2051輸出功率的測量2052通頻帶的測量2153輸入阻抗的測量2154輸出噪聲電壓的測量2155測量、顯示功能的測試21結(jié)論22致謝23參考文獻(xiàn)24附錄1器件清單25附錄2程序清單2631前言功率放大器在家電、數(shù)碼產(chǎn)品中的應(yīng)用越來越廣泛，與我們?nèi)粘Ｉ钣兄芮嘘P(guān)系。隨著生活水平的提高，人們越來越注重視覺，音質(zhì)的享受。在大多數(shù)情況下，增強(qiáng)系統(tǒng)性能，如更好的聲音效果，是促使消費(fèi)者購買產(chǎn)品的一個重要因素。低頻功率放大器作為音響等電子設(shè)備的放大電路，它的主要作用是將前級的音頻信號進(jìn)行功率放大以推動負(fù)載工作，獲得良好的聲音效果。同時低頻功率放大器又是音響等電聲設(shè)備消耗電源能量的主要部分。因此設(shè)計(jì)出實(shí)用、簡潔、低價格的低頻功率放大器是一個發(fā)展方向。功率放大器隨著科技的進(jìn)步是不斷發(fā)展的，從最初的電子管功率放大器到現(xiàn)在的集成功率放大器，功率放大器經(jīng)歷了幾個不同的發(fā)展階段電子管功放晶體管功放集成功放。功放按不同的分類方法可分為不同的類型，按所用的放大器件分類，可分為電子管式放大器、4晶體管式功率放大器（包括場效應(yīng)管功率放大器）和集成電路功率放大器（包括厚膜集成功率放大器），目前以晶體管和集成電路式功率放大器為主，電子管功率放大器也占有一席之地。電子管功放的生產(chǎn)工藝相當(dāng)成熟，產(chǎn)品的穩(wěn)定性很高，而離散性極小，特別是它的工作機(jī)理決定了它的音色十分溫柔，富有人情味，因而成為重要的音響電路形式。電子管電路的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試都比較簡單，其缺點(diǎn)是輸出變壓器、電源變壓器的繞制工藝稍麻煩，耗電大、體積大、有一定的使用期限。因此在實(shí)際使用中有一定的局限性?，F(xiàn)在大功率晶體管種類很多，優(yōu)質(zhì)功放電路也層出不窮，因此晶體管功率放大器是應(yīng)用最廣泛的形式。人們研制出許多優(yōu)質(zhì)新型電路使功放的諧波失真，很容易減少到005以下。場效應(yīng)管是一種很有潛力的功率放大器件，它具有噪聲小、動態(tài)范圍大、負(fù)溫度特性等特點(diǎn)，音色和電子管相似，保護(hù)電路簡單。場效應(yīng)管生產(chǎn)技術(shù)還在不斷發(fā)展，場效應(yīng)管放大器將有更為強(qiáng)大的生命力。由于集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，集成電路功率放大器也大量涌現(xiàn)出來，其工藝和指標(biāo)都達(dá)到了很高水平，它的突出特點(diǎn)是體積小、電路簡單、性能優(yōu)越、保護(hù)功能齊全等。由于在很多情況下主機(jī)的額定輸出功率不能勝任帶動整個音響系統(tǒng)的任務(wù)，這時就要在主機(jī)和播放設(shè)備之間加裝功率放大器來補(bǔ)充所需的功率缺口，而功率放大器在整個音響系統(tǒng)中起到了“組織、協(xié)調(diào)”的樞紐作用，在某種程度上主宰著整個系統(tǒng)能否提供良好的音質(zhì)輸出。現(xiàn)今功率放大器不僅僅是消費(fèi)產(chǎn)品音響中不可缺少的設(shè)備,還廣泛應(yīng)用于控制系統(tǒng)和測量系統(tǒng)中。然而低頻功率放大器已經(jīng)是一個技術(shù)相當(dāng)成熟的領(lǐng)域,幾十年來,人們?yōu)橹冻隽瞬恍傅呐?無論從線路技術(shù)還是元器件方面,乃至思想認(rèn)識上都取得了長足的進(jìn)步。目前市場上的集成功放產(chǎn)品價格已經(jīng)很低并且種類也很多,典型的有LM1875、TDA1521、TDA1514。這些優(yōu)質(zhì)功放模塊體積小、性能優(yōu)越、保護(hù)功能齊全、外圍電路簡單、易制作易調(diào)試。最近，一種應(yīng)用砷化鉀MESFET制成的功率放大器MMIC，在移動電話和個人數(shù)據(jù)終端領(lǐng)域中應(yīng)用越來越廣泛，一片尺寸為25348平方毫米的MMIC輸出功率可達(dá)11W，工作頻率達(dá)950MHZ。本文給出一種簡單實(shí)用、制作成本低廉的實(shí)用低頻功率放大器的設(shè)計(jì)方案,并給出實(shí)際測試結(jié)果。功率放大可由分立元件組成,也可由集成電路完成。由分立元件組成功率放大器，如果進(jìn)行精心的設(shè)計(jì)，則在效率和失真方面更優(yōu)于集成的，價格方面便宜一點(diǎn)，但如果電路選擇和參數(shù)設(shè)置不恰當(dāng)時,元件性能就不能很好的表現(xiàn)出來,制作調(diào)試比較困難。從電路的簡單性和易調(diào)性，集成電路更好些。本次設(shè)計(jì)功放采用集成電路和分立元件共同完成。52低頻功率放大器系統(tǒng)方案選擇低頻功率放大電路主要可以分為兩部分，一是前置放大電路，另外一個是功率放大輸出電路。其中前級放大部分基本上都是一樣的，功率放大部分目前有以下三種方案可供選擇方案一采用專用的集成MOS芯片功率放大器功率放大部分采用專用的集成MOS芯片功率放大器，采用專用的集成MOS功率放大器可以達(dá)到要求但是它的參數(shù)都是固定的，一旦使用便不可改變各級的參數(shù)和工作，不夠靈活，成本較高。方案二采用三極管為核心做功率放大電路采用三極管為核心做功率放大電路，這種功放電路輸出小，效率低，功耗大，很難滿足題目要求。6方案三采用分立的MOS管做功率放大電路采用分立的MOS管做功率放大電路，分立元件低頻功率放大器雖快被淘汰，但是由于分立元件低頻功率放大器可對每級工作狀態(tài)和性能逐級調(diào)整有很大靈活性和自由度，輸出波形穩(wěn)定性好，效率高，成本較低。功率放大器實(shí)現(xiàn)方法有幾類，低頻的有甲、乙、甲乙、丁等幾種。甲類效率很低，約20左右，但是其失真度可以做的非常小，如01，效率沒做評分要點(diǎn)，只是適當(dāng)考慮，所以可以采用；乙類的只能有半周輸出，失真度太大所以不能采用。丙類肯定不用了，那是高頻功率放大器專用的類型，這里是低頻的（10HZ50KHZ），所以不能采用；丁類的（就是所謂的D類）采用H橋的開關(guān)方式工作，輸入的信號要進(jìn)行PWM（PWM是脈沖寬度調(diào)制），H橋輸出后是一個開關(guān)量，要經(jīng)過LC濾波轉(zhuǎn)變?yōu)槟M量，再傳送給揚(yáng)聲器。這種方法效率極高，但是電路復(fù)雜，調(diào)試?yán)щy，且效率不做評分的主要依據(jù)，建議舍棄這種方案。經(jīng)過綜合權(quán)衡考慮，宜采用方案三比較合適。3低頻功率放大器總體設(shè)計(jì)31低頻功率放大器總體設(shè)計(jì)框圖該課題有三個主要部分構(gòu)成，1功率傳輸部分；2電壓放大部分（1265倍以上）；3信號測量部分。課題已經(jīng)規(guī)定了，一定得用場效應(yīng)管，最好是P溝道和N溝道互補(bǔ)，這么大功率的場效應(yīng)管要用VMOS的，需要查場效應(yīng)管資料來選型，尤其注意其源極電阻要小，這樣才能發(fā)揮出優(yōu)秀的轉(zhuǎn)換效率，此外就是電壓和電流的選型。電壓為雙12V，幾乎所有的VMOS管都能滿足，電流要大于2A，內(nèi)阻選8毫歐的便可。電壓放大器選擇很重要，頻帶要求是50KHZ，放大倍數(shù)是1265倍，則增益帶寬積要大于1265X506325M，選100M以上的。，經(jīng)過仔細(xì)分析，本設(shè)計(jì)題目按題意主要有三部分組成前置放大器、功率放大器和功率測量顯示。如何實(shí)現(xiàn)題目中要求的指標(biāo)，關(guān)鍵在于對兩級放大的設(shè)計(jì)和制作。另外還有測量顯示功放輸出功率和電源供給功率的電路。系統(tǒng)總框圖如圖317圖31系統(tǒng)框圖32前置放大及濾波電路前置放大電路可以采用集成運(yùn)算放大器構(gòu)成的前置放大器,也可以采用專用前置放大器IC構(gòu)成的前置放大器電路,從經(jīng)濟(jì)方面考慮本設(shè)計(jì)采用的是集成運(yùn)算放大器方案,設(shè)計(jì)前置放大器可供選用的集成運(yùn)算放大器有很多,有LF347、LF353、LF357、LF356、0P16、OP37、NE5532、NE5534等。主要考慮的技術(shù)指標(biāo)是帶寬、電壓增益、轉(zhuǎn)換速率、噪聲和電流消耗等。為提高前置放大器電路輸入電阻和共模抑制性能,減少輸出噪聲,采用集成運(yùn)算放大器構(gòu)成前置放大器電路時,必須采用同相放大電路結(jié)構(gòu),電路如圖32所示。圖32同相放大電路結(jié)構(gòu)的前置放大電路為了盡能保證不失真放大,圖3采用兩級運(yùn)算放大器電路A1和A2,每級放大器的增益取決于R1、R2和R3、R4,即AVA1R2/R1,AVB1R4/R3。由上述分析可知,低頻功率放大器的總增益為68DB,兩級前置放大器的增益安排在50DB左右比較合適,每級增益在25DB左右,以保證充分發(fā)揮每級的線性放大性能并滿足帶寬要求,從而可保證不失真,即達(dá)到保真放大質(zhì)量。8圖32中C1、C2分別為隔直流電容,是為滿足各級直流反饋、穩(wěn)定直流工作點(diǎn)而加的。但對于交流成分,C1、C2必須呈現(xiàn)短路狀態(tài),即要求C1、C2的容抗遠(yuǎn)小于R1、R3的阻值。C3、C4為耦合電容,為保證低頻響應(yīng),要求其容抗遠(yuǎn)小于放大器的輸入電阻。R5、R6為各級運(yùn)放輸入端的平衡電阻,通常R5R2,R6R4。一個采用兩級NE5532C1A和C1B構(gòu)成的前置放大器如圖4所示。各級均采用固定增益加輸出衰減組成,要求當(dāng)各級輸出不衰減,輸入UI,PP5MV時，輸出UO,PP253V。對于第一級放大器,要求雜信號最強(qiáng)時,輸出不失真,即在UI,PP700MV時,輸出UOM11V。所以A1UOM/UP11/07157取A115。當(dāng)輸入信號最小,即UI,PP10MV而輸出不衰減時UO1,PPA1UI,PP1510150MV。第二級放大要求輸出UO2,PP253V,考慮到元件誤差的影響,取UO2,PP3V,而輸入信號最小為150MV,則第二級放大器倍數(shù)為A1UO2,PP/UO1,PP3/01520取A222。因此,取R61K,R715K,R1722K,R181K。跟隨電路具有輸入電阻大，輸出電阻小的特點(diǎn)，可以做多級放大器的中間級，即緩沖級。說得通俗一點(diǎn)，就是做阻抗變換，使前后級之間實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。所以兩級放大電路前加了跟隨電路實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。9圖34信號放大與功率放大電路1034采樣電路圖35采樣電路采樣部分共有4處，電流采樣用的是霍爾傳感器TBC25C04,它可以采集直流電流，功耗低，精度高。另外兩路采集分是別對功率輸出端的電壓電流進(jìn)行采樣，其中電流用普通的交流互感器采集就行，電壓直接采集功率電阻兩端的電壓。35電源電路由于輸入電壓U1發(fā)生波動、負(fù)載和溫度發(fā)生變化時，濾波電路輸出的直流電壓UI會隨著變化。因此，為了維持輸出電壓UI穩(wěn)定不變，還需加一級穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)外界因素（電網(wǎng)電壓、負(fù)載、環(huán)境溫度）發(fā)生變化時，能使輸出直流電壓不受影響，而維持穩(wěn)定的輸出。穩(wěn)壓電路一般采用集成穩(wěn)壓器和一些外圍元件所組成。穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓原理穩(wěn)壓二極管的特點(diǎn)就是擊穿后，其兩端的電壓基本保持不變。這樣，當(dāng)把穩(wěn)壓管接入電路以后，若由于電源電壓發(fā)生波動，或其它原因造成電路中各點(diǎn)電壓變動時，負(fù)載兩端的電壓將基本保持不變。故障特點(diǎn)穩(wěn)壓二極管的故障主要表現(xiàn)在開路、短路和穩(wěn)壓值不穩(wěn)定。在這3種故障中，前一種故障表現(xiàn)出電源電壓升高；后2種故障表現(xiàn)為電源電壓變低到零伏或輸出不穩(wěn)定。此電路在變壓、整流、濾波的基礎(chǔ)上加上三端固定式集成穩(wěn)壓器及輔助穩(wěn)壓的電容方可11達(dá)到目的，穩(wěn)壓器使用時，要求輸入電壓UI與輸出電壓UO的電壓差UIUO2V。穩(wěn)壓器的靜態(tài)電流IO8MA。當(dāng)UO518V時，UI的最大值UIMAX35V；當(dāng)UO1824V時，UI的最大值UIMAX40V。電源電路原理圖，如圖36所示圖36電源電路原理圖36單片機(jī)最小系統(tǒng)電路361STC89C52單片機(jī)簡介單片機(jī)也被稱為微控制器（MICROCONTROLLER），是因?yàn)樗钤绫挥迷诠I(yè)控制領(lǐng)域。單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來。最早的設(shè)計(jì)理念是通過將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。INTEL的Z80是最早按照這種思想設(shè)計(jì)出的處理器，從此以后，單片機(jī)和專用處理器的發(fā)展便分道揚(yáng)鑣。早期的單片機(jī)都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因?yàn)楹唵慰煽慷阅懿诲e獲得了很大的好評。此后在8031上發(fā)展出了MCS51系列單片機(jī)系統(tǒng)?；谶@一系統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開始出現(xiàn)了16位單片機(jī)，但因?yàn)樾詢r比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。90年代后隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)得到了巨大的提高。隨著INTELI960系列特別是后來的ARM系列的廣泛應(yīng)用，32位單片機(jī)迅速取代16位單片機(jī)的高端地位，并且進(jìn)入主流市場。而傳統(tǒng)的8位單片機(jī)的性能也得到了飛速提高，處理能力比起80年代提高了數(shù)百倍。目前，高端的32位單片機(jī)主頻已經(jīng)超過300MHZ，性能直追90年代中期的專用處理器，而普通的型號出廠價格跌落至1美元，最高端的型號也只有10美元。當(dāng)代單片機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機(jī)環(huán)境下開發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在全系列的單片機(jī)上。而在作為掌上電腦和手機(jī)核心處理的高端單片機(jī)甚至可以直接使用專用的WINDOWS和LINUX操作系統(tǒng)。12STC89C52是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程可檫除只讀存儲器（FPEROMFLASHPROGRAMABLEANDERASABLEREADONLYMEMORY）的低電壓，高性能COMOS8的微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用ATMEL搞密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程FLASH存儲器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程FLASH，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能8K字節(jié)FLASH，512字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，內(nèi)置4KBEEPROM，MAX810復(fù)位電路，三個16位定時器/計(jì)數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。另外STC89X52可降至0HZ靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35MHZ，6T/12T可選。362STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)電路控制部分是系統(tǒng)的核心，由STC89C52單片機(jī)及必要的外圍電路組成，如報(bào)警電路，時鐘電路等。單片機(jī)它接收從傳感器檢測電路輸入的信號，并將輸入信號進(jìn)行處理運(yùn)算，以控制電流或電壓的形式輸出給執(zhí)行單元電器、顯示單元電路和報(bào)警電路等。圖37STC89C52最小系統(tǒng)電路圖13STC89C52系統(tǒng)說明主電源引腳（2根）VCCPIN40電源輸入，接5V電源GNDPIN20接地線外接晶振引腳（2根）XTAL1PIN19片內(nèi)振蕩電路的輸入端XTAL2PIN20片內(nèi)振蕩電路的輸出端控制引腳（4根）RST/VPPPIN9復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn)2個機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROGPIN30地址鎖存允許信號PSENPIN29外部存儲器讀選通信號EA/VPPPIN31程序存儲器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲器讀指令，如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲器讀指令?？删幊梯斎?輸出引腳（32根）STC89C52單片機(jī)有4組8位的可編程I/O口，分別位P0、P1、P2、P3口，每個口有8位（8根引腳），共32根。PO口（PIN39PIN32）8位雙向I/O口線，名稱為P00P07P1口（PIN1PIN8）8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P10P17P2口（PIN21PIN28）8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P20P27P3口（PIN10PIN17）8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P30P37STC89C52主要功能如表31所示。表31STC89C52主要功能主要功能特性14363STC89C52最小系統(tǒng)時鐘電路STC89C52內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳RXD和TXD分別是此放大器的輸入端和輸出端。時鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生。內(nèi)部方式的時鐘電路如圖32A所示，在RXD和TXD引腳上外接定時元件，內(nèi)部振蕩器就產(chǎn)生自激振蕩。定時元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。晶體振蕩頻率可以在1212MHZ之間選擇，電容值在530PF之間選擇，電容值的大小可對頻率起微調(diào)的作用。外部方式的時鐘電路如圖38（B）所示，RXD接地，TXD接外部振蕩器。對外部振蕩信號無特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于12MHZ的方波信號。片內(nèi)時鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產(chǎn)生一個兩相時鐘P1和P2，供單片機(jī)使用。示，RXD接地，TXD接外部振蕩器。對外部振蕩信號無特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于12MHZ的方波信號。片內(nèi)時鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產(chǎn)生一個兩相時鐘P1和P2，供單片機(jī)使用。RXD接地，TXD接外部振蕩器。對外部振蕩信號無特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于12MHZ的方波信號。片內(nèi)時鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產(chǎn)生一個兩相時鐘P1和P2，供單片機(jī)使用。（A）內(nèi)部方式時鐘電路（B）外部方式時鐘電路圖38時鐘電路364STC89C52最小系統(tǒng)復(fù)位電路復(fù)位操作復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。其主要功能是把PC初始化為0000H，使單片機(jī)從0000H15單元開始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需按復(fù)位鍵重新啟動。除PC之外，復(fù)位操作還對其他一些寄存器有影響，它們的復(fù)位狀態(tài)如表32所示。表32一些寄存器的復(fù)位狀態(tài)寄存器PCACCPSWSPDPTRP0P3IPIETMOD復(fù)位狀態(tài)0000H00H00H07H0000HFFHXX000000B0X000000B00H寄存器TCONTL0TH0TL1TH1SCONSBUFPCON復(fù)位狀態(tài)00H00H00H00H00H00H不定0XXX0000B復(fù)位信號及其產(chǎn)生RST引腳是復(fù)位信號的輸入端。復(fù)位信號是高電平有效，其有效時間應(yīng)持續(xù)24個振蕩周期即二個機(jī)器周期以上。若使用頗率為6MHZ的晶振，則復(fù)位信號持續(xù)時間應(yīng)超過4US才能完成復(fù)位操作。產(chǎn)生復(fù)位信號的電路邏輯如圖39所示圖39復(fù)位信號的電路邏輯圖整個復(fù)位電路包括芯片內(nèi)、外兩部分。外部電路產(chǎn)生的復(fù)位信號RST送至施密特觸發(fā)器，16再由片內(nèi)復(fù)位電路在每個機(jī)器周期的S5P2時刻對施密特觸發(fā)器的輸出進(jìn)行采樣，然后才得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號。復(fù)位操作有上電自動復(fù)位相按鍵手動復(fù)位兩種方式。上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的，其電路如圖310（A）所示。這佯，只要電源VCC的上升時間不超過1MS，就可以實(shí)現(xiàn)自動上電復(fù)位，即接通電源就成了系統(tǒng)的復(fù)位初始化。按鍵手動復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中，按鍵電平復(fù)位是通過使復(fù)位端經(jīng)電阻與VCC電源接通而實(shí)現(xiàn)的，其電路如圖310（B）所示；而按鍵脈沖復(fù)位則是利用RC微分電路產(chǎn)生的正脈沖來實(shí)現(xiàn)的，其電路如圖310（C）所示（A）上電復(fù)位（B）按鍵電平復(fù)位（C）按鍵脈沖復(fù)位圖310復(fù)位電路上述電路圖中的電阻、電容參數(shù)適用于6MHZ晶振，能保證復(fù)位信號高電平持續(xù)時間大于2個機(jī)器周期。本系統(tǒng)的復(fù)位電路采用圖34（B）上電復(fù)位方式。37顯示部分根據(jù)設(shè)計(jì)基本要求，測量并顯示低頻功率放大器輸出功率正弦信號輸入時、直流電源的供給功率和整機(jī)效率，故需要對功率放大器輸出電壓，直流電源電壓和電流進(jìn)行采樣，再通過A/D轉(zhuǎn)換將采樣值送入單片機(jī)編程，通過顯示器顯示出來。顯示電路采用LCD12864液晶顯示器來實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)根據(jù)輸入的數(shù)字信號經(jīng)過編程得到相應(yīng)的輸出量，從P0口、P2口的低三位輸出，與LCD12864液晶顯示器的414腳連接，電路如圖311所示。17圖311顯示電路4低頻功率放大器系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)軟件主要由功能鍵組成，功能的選定都由按鍵完成，功能鍵相互獨(dú)立，具有很好的交互性。按鍵主要由測量顯示鍵、返回鍵，兩個功能鍵組成。并且按鍵具有重復(fù)，按鍵的功能，當(dāng)按下某一鍵不放時，將重復(fù)響應(yīng)此鍵，操作很方便。主程序流程圖如圖41所示，程序清單如附件2。18圖41主程序流程圖在主程序中，首先對LCD、定時中斷T0等進(jìn)行初始化，給任務(wù)變量賦初值，然后進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換并送LCD顯示，同時等待中斷。進(jìn)入中斷后，任務(wù)全局變量外部有輸入時進(jìn)行采樣及數(shù)據(jù)處理，然后數(shù)據(jù)更新顯示，等待下一次中斷執(zhí)行各任務(wù)。19圖42系統(tǒng)程序流程5低頻功放測試方案與測試結(jié)果51輸出功率的測量所用儀器YB1602函數(shù)信號發(fā)生器，ADS1102型雙通道數(shù)字存儲示波器。測量方法用函數(shù)信號發(fā)生器提供電壓有效值為5MV的正弦輸入信號，調(diào)整其頻率在20HZ20KHZ之間變化，用示波器測量8電阻負(fù)載上的電壓信號，可以看到輸出波形無明顯失真。記錄幾個U有效POU有效R2隨機(jī)頻率點(diǎn)處負(fù)載兩端的電壓有效值測量結(jié)果如表1所示。，利用公式即可求出輸出功率。表1輸出功率的測量結(jié)果2052通頻帶的測量所用儀器YB1602函數(shù)信號發(fā)生器，ADS1102型雙通道數(shù)字存儲示波器。測量方法方法同上，需要分別測量20HZ和20KHZ附近處的電壓有效值，如果這兩點(diǎn)處U0707U有效的電壓幅值大于0707U有效，而小于20HZ和大于20KHZ的頻率點(diǎn)的電壓值小于。表2通頻帶的測量結(jié)果測量結(jié)果如表2所示。53輸入阻抗的測量所用儀器萬用表，YB1602函數(shù)信號發(fā)生器，ADS1102型雙通道數(shù)字存儲示波器。測量方法不接負(fù)載，斷開電源，在功率放大電路輸入端之前串接一個600歐的電阻R，在此外接電阻之前輸入電壓有效值為5MV正弦信號，用示波器測量外接電阻端的信號電壓有效值UR有效和原輸入端的信號電壓有效值US有效UI有效。US有效RI測量結(jié)果測得5MV，UI有效UI有效RI25MV，根據(jù)R可求得RI60054輸出噪聲電壓的測量所用儀器帶寬為2MHZ的毫伏表測量方法將輸入端接地，用交流毫伏表測量負(fù)載上的電壓有效值UON。測量結(jié)果測得UON5MV。55測量、顯示功能的測試所用儀器YB1731C2A雙路跟蹤穩(wěn)壓穩(wěn)流電源，YB1602函數(shù)信號發(fā)生器，ADS1102型雙通道數(shù)字存儲示波器，萬用表。21測量方法把萬用表串聯(lián)在直流信號源與功率放大電路之間，利用其電流檔測直流輸入電流II，直流電壓UI可通過信號源直接讀出；用示波器測量8電阻負(fù)載上的電壓有效值U有效POU有效R2，利用公式PUIII得直流電源的供給功率；利用公式可得輸出功率；利用公式測量結(jié)果UI12V,II613MA，POPI100可得整機(jī)效率；測量結(jié)果可從LCD上直接讀取。POPI100U有效636V,68。結(jié)論本設(shè)計(jì)電路具有較寬的通頻帶，尤其在100HZ10K之間時具有非常平坦的幅頻特性，這主要得益于整個電路簡潔、實(shí)用的設(shè)計(jì)，前置放大和功率放大內(nèi)部均為直接耦合，功率放大級采取交直流負(fù)反饋，使得系統(tǒng)的非線性失真和不穩(wěn)定度大為減小。對功放電路的了解或評價，主要從輸出功率、效率和失真這三方面考慮。1、為得到需要的輸出功率，電路須選集電極功耗足夠大的場效應(yīng)管，功放管的工作電流和集電極電壓也較高。電路設(shè)計(jì)使用中首先要考慮怎樣充分地發(fā)揮三極管功能而又不損壞三極管。由于電路中功放管工作狀態(tài)常接近極限值，所以功放電流調(diào)整和使用時要小心，不宜超限使用。2、從能耗方面考慮，功放輸出的功率最終是由電源提供的，例如收音機(jī)中功放耗電要占整機(jī)的2/3，因此要十分注意提高電路效率，即輸出功率與耗電功率的比值。3、功放電路的輸入信號已經(jīng)幾級放大，有足夠強(qiáng)度，這會使功放管工作點(diǎn)大幅度移動，所以要求功放電路有較大的動態(tài)范圍。功放管的工作點(diǎn)選擇不當(dāng)，輸出會有嚴(yán)重失真。經(jīng)過插接測試，焊接與整機(jī)裝配調(diào)試，信號輸入前置放大部分，容易受到噪聲干擾。22致謝經(jīng)過幾個月的準(zhǔn)備，這篇論文終于完成了，在此謹(jǐn)向在這段時間里精心指導(dǎo)我們的焦玫老師致謝。感謝焦玫老師在上課之余悉心的為我們指導(dǎo)，從論文的選題、計(jì)劃的制訂，到論文的撰寫，都始終傾注著她的心血。她為人師表，治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，在生活中平易近人，在教學(xué)和科研工作中兢兢業(yè)業(yè)，力求做到精益求精。在這段時間里正是她的督促和教誨，才使我們的論文能按時的完成，也正是她的精益求精，才使我學(xué)到了很多知識。同時我還要感謝我們組的另一個成員XX以及在此期間幫助過我的同學(xué)。感謝西南民族大學(xué)對我的栽培以及在這四年中傳授我知識的老師們。最后，向評閱本論文及參加論文答辯的專家和老師及同學(xué)們致以最為崇高的謝意。23參考文獻(xiàn)L付家才單片機(jī)控制工程實(shí)踐技術(shù)L川北京化學(xué)工業(yè)出版杜20042全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽組委會全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽獲獎作品選編19941999北京理工大學(xué)出版社，20033高吉祥全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽培訓(xùn)教程北京電子工業(yè)出版社，20074胡宴如模擬電子技術(shù)北京高等教育出版社，20065胡翔駿電路分析第二版北京高等教育出版社20076華成英、童詩白模擬電子學(xué)基礎(chǔ)（第四版）北京高等教育出版社20067高吉祥全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽培訓(xùn)系列教程之模擬電子線路設(shè)計(jì)北京電子工業(yè)出版社20078黃智偉全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽系統(tǒng)設(shè)計(jì)北京北京航空航天大學(xué)出版社20069譚博學(xué)、苗匯靜集成電路原理及應(yīng)用（第二版）北京電子工業(yè)出版社200810夏路易、石宗義電路原理圖與電路板設(shè)計(jì)教程PROTEL99SE北京希望電子出版社200211谷麗華、辛?xí)詫?、么旭東實(shí)用低頻功率放大器的設(shè)計(jì)沈陽化工學(xué)院學(xué)報(bào)2005年01期12NE5532、NE5534、OPA842等器件的DATASHEET24附錄1器件清單25附錄2程序清單主源程序INCLUDEREG52HINCLUDEABSACCHINCLUDE“LCD12864PC“INCLUDE“KEYH“/端口定義聲明專區(qū)/DEFINEADCOMXBYTE0XFF7C/使A00,RC0,CS0DEFINEADLOXBYTE0XFF7F/使A01,RC1,CS0DEFINEADHIXBYTE0XFF7D/使A00,RC1,CS0SBITRP30/讀SBITWP31/寫SBITADBUSYP27/忙SBITAAP26/測量切換控制端ASBITBBP24/測量切換控制端B/函數(shù)聲明專區(qū)/UINTAD574VOID/AD574采樣子程序VOIDCSCGLVOID/測量負(fù)載輸出功率VOIDCGJGLVOID/測量電源供給功率VOIDCZJXLVOID/測量整機(jī)效率26VOIDJIEMIANVOID/界面子程序/數(shù)據(jù)定義專區(qū)/UCHARSCGL“00000W“/負(fù)載輸出功率緩存區(qū)UCHARGJGL“00000W“/電源供給功率緩存區(qū)UCHARZJXL“00000“/整機(jī)效率數(shù)據(jù)緩存區(qū)FLOATSCP/負(fù)載輸出功率FLOATGJP/電源供給功率UCHARCOUNT/VOIDMAINVOIDUCHARWORKCODE/鍵盤掃描碼TMOD|0X01/選擇定時器0工作在模式1，即16位定時器TH06553649000/256/裝49MS的初值TL06553649000256ET01/開定時器0中斷EA1/開總中斷INIT_12864/液晶初始化CLEAN_12864_GDRAM/先清完所有顯示PHOTODISPLAYPHOTO/顯示界面TR01WHILE1WORKCODEJIANMAZHI/判鍵IFWORKCODE13/測量顯示TR01COUNT0AA1BB1DELAYMS10CSCGLAA1BB1DELAYMS10CGJGLAA1BB1DELAYMS10CZJXLAA1BB1DELAYMS10R1W1JIEMIANIFWORKCODE15/返回主界面TR01COUNT0CLEAN_12864_GDRAM/先清完所有顯示。CLEAN_12864/清屏PHOTODISPLAYPHOTO/顯示主界面IFWORKCODE0AA0BB0IFWORKCODE127AA1BB0IFWORKCODE2AA0BB1IFWORKCODE3R1W1WRITE_12864_CMD0X34WRITE_12864_CMD0X08IFWORKCODE4R1W1WRITE_12864_CMD0X34WRITE_12864_CMD0X0CIFWORKCODE14WORKCODE15TR01/函數(shù)名稱UINTAD574VOID功能描述AD574轉(zhuǎn)換函數(shù)輸入無輸出全局變量無調(diào)用模塊無說明注意/UINTAD574VOIDR0/產(chǎn)生CE1W0ADCOM0/啟動轉(zhuǎn)換WHILEADBUSY1/等待轉(zhuǎn)換結(jié)束RETURNUINTADHI4ADLO0X0F/返回十二位采樣值/28函數(shù)名稱VOIDCSCGLVOID功能描述測量輸出功率函數(shù)輸入無輸出全局變量無調(diào)用模塊無說明注意/VOIDCSCGLVOIDUINTIDATARESULTFLOATUFLOATPAA0BB1/Y2ZDELAYMS10RESULTAD574U0002442RESULT4955/負(fù)載電壓值得測量UU765PUU/8/PU2/R衰減了6倍SCPPPP000005I