一種單片機(jī)控制放大倍數(shù)可調(diào)的前置放大器的設(shè)計(jì)

摘 要：利用單片機(jī)可編程數(shù)字電位器，結(jié)合放大器放大倍數(shù)的計(jì)算公式，設(shè)計(jì)了一種放大倍數(shù)可由單片機(jī)控制改變的放大電路。

關(guān)鍵詞：放大器； 數(shù)字電位器； 可編程

中圖分類號(hào)：TP274+.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-3315（2011）9-180-001

在利用傳感器對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集的過(guò)程中，一般需要對(duì)被測(cè)量的多個(gè)測(cè)量點(diǎn)間的電位差進(jìn)行多種組合測(cè)量，由于被測(cè)信號(hào)大多屬于微弱信號(hào)，因此需要對(duì)這樣的電位差進(jìn)行放大，因此，前置放大器采用差動(dòng)電路形式[1]。同時(shí)，為了提高放大器對(duì)不同幅度信號(hào)的適應(yīng)能力，既輸出信號(hào)電壓不能超出放大電路的最大輸出電壓，又能使不同幅度的信號(hào)獲得最佳的放大倍數(shù)，可以采用可編程數(shù)字電位器代替放大電路中的有效電阻，同時(shí)結(jié)合單片機(jī)的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)放大倍數(shù)可調(diào)的放大器的設(shè)計(jì)。

一、前置放大器的設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)放大器的高性能指標(biāo)，必須要求前置放大器具有低噪聲和高共模抑制比的特點(diǎn)。為了使放大電路具有高輸入阻抗和高共模抑制比，在前置放大器中采用同相并聯(lián)差動(dòng)放大電路形式（圖1）[2]。

二、單片機(jī)可編程數(shù)字電位器的控制

從式（4）可以看出，放大電路的放大倍數(shù)計(jì)算非常簡(jiǎn)單，通過(guò)改變其中一個(gè)或幾個(gè)電阻的阻值就可以改變放大倍數(shù)的大小。為了使放大電路的硬件設(shè)計(jì)完成之后，使放大倍數(shù)仍然具有可調(diào)的功能，我們可以用可編程數(shù)字電位器來(lái)代替電路中的某個(gè)電阻，這樣就可以通過(guò)單片機(jī)控制可編程數(shù)字電位器電阻值的變化，進(jìn)而調(diào)節(jié)電路的放大倍數(shù)，因此，放大倍數(shù)可調(diào)的前置放大器的核心是可編程數(shù)字電位器。

本系統(tǒng)中使用的可編程數(shù)字電位器為CAT5112，CAT5112是一個(gè)簡(jiǎn)單的可編程數(shù)字電位器（DPPTM）（圖2），在電子線路中，它可以完全取代機(jī)械電位器和微調(diào)電阻[3]。

CAT5112 包含一個(gè)連接到RH和RL兩端的32抽頭串聯(lián)電阻陣列。由三個(gè)輸入控制管腳CS、D/U、和INC來(lái)控制滑片點(diǎn)。INC輸入用來(lái)使滑片朝著由D/U輸入的邏輯狀態(tài)決定的方向來(lái)移動(dòng)，CS輸入用來(lái)選擇器件和在掉電前保存滑片點(diǎn)的位置。

CAT5112的操作類似于一個(gè)數(shù)字控制的電位器，它的RH和RL端等效于高端和低端，RWB等效于機(jī)械電位器的滑動(dòng)片。包括電阻端點(diǎn)RH和RL在內(nèi)，電位器含有32個(gè)可用的抽頭。在RH和RL端之間串聯(lián)了31個(gè)電阻單元。滑動(dòng)片端RWB和32個(gè)抽頭中的一個(gè)相連，由三個(gè)輸入端INC，U/D和CS來(lái)控制。這些輸入端控制著一個(gè)5位的遞增/遞減計(jì)數(shù)器，它的輸出被譯碼后用來(lái)選擇RWB的位置。通過(guò)INC和CS輸入端可將選擇的滑動(dòng)片位置存放到非易失性NVRAM中。對(duì)CAT5112的操作方法見(jiàn)表1。

CAT5112的CS、U/D、和INC分別和單片機(jī)的P2.0、P2.1和P2.2相連，使滑動(dòng)片向RH端移動(dòng)一個(gè)增量的程序?yàn)椋?/p>

SET1：SETB P2.0

SETB P2.2

SETB P2.1

CLRP2.2

CAT5112具有10k?贅、50k?贅和100k?贅三種規(guī)格，若選用100k?贅規(guī)格，則可調(diào)電阻量程范圍為3k?贅～100k?贅，如果用CAT5112代替放大器中電阻R3和R4，根據(jù)式（），則可得放大器放大倍數(shù)可調(diào)節(jié)范圍為4～100倍。

三、總結(jié)

利用可編程數(shù)字電位器來(lái)代替放大電路中有效電阻的方法，雖然結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，除了需要利用單片機(jī)檢測(cè)信號(hào)幅度的大小以便選擇放大倍數(shù)之外，同時(shí)還需要利用單片機(jī)對(duì)可編程數(shù)字電位器的阻值進(jìn)行控制，但在某些被測(cè)量信號(hào)幅度波動(dòng)較大的場(chǎng)合，通過(guò)控制放大電路放大倍數(shù)，可以使不論是大信號(hào)還是小信號(hào)都可以得到最佳的放大倍數(shù)，使放大電路的性能得到充分的利用。

基金項(xiàng)目：河北省教育廳自然科學(xué)研究指導(dǎo)計(jì)劃項(xiàng)目“大學(xué)物理數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)平臺(tái)”（Z2010103）。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔡建新，張唯真.生物醫(yī)學(xué)電子學(xué). 北京：北京大學(xué)出版社，1997

[2]偉利國(guó).基于腦電事件相關(guān)電位的心理測(cè)試研究. 北京理工大學(xué)碩士論文，2003

[3]CAT5112使用手冊(cè)