中北大学2010届毕业设计说明书
单片机开发系统.程序流程图如下图所示：
系统初始化按键扫描否有键按下？是判断键值预A置D增采益样并显示电压AGC有效值显示重新扫描
图5.1 软件流程图
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6 系统测试
6.1 测试使用仪器与设备
测试使用仪器与设备如表6.1所示。
表6.1 测试使用仪器与设备
序号 1 2 3 4 5 6 名称、型号、规格 WYB-302B2直流稳压电源 GOS-6112双通道模拟示波器 GDS-2046四踪数字存储示波器 EE1412合成（DDS）函数信号发生器 LA1032逻辑分析仪 BT-3D频率特性测试仪 6.2测试方案与测试结果 6.2.1 测试方法
将各部分电路连接起来，先调整0dB，使输出信号幅度和输入信号幅度相等。接上50Ω的负载电阻进行整机测试。 6.2.2 测试结果与分析
（1）输入阻抗：电路的设计保证输入阻抗大于50Ω电阻，满足题目要求。 （2）输出电压有效值测量：输入加100kHz正弦波，调节电压和增益测得不失真最大输出电压有效值为9.30～9.50V，达到题目大于6V的要求。
（3）输出噪声电压测量：增益调到58dB，将输入端短路时输出电压峰峰值为300mV左右。满足输出噪声电压小于0.5V的要求。
（4）频率特性测量：增益设为40dB档，输入端加10mV正弦波，由于信号源不能
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保证不同频段的10mV正弦波幅度稳定，因此每次测量前先调节信号源使得输入信号保持在10mV左右，再测量输出信号。测试的数据如表6.2所示。
表6.2频率特性测试数据
频率（kHz） 增益（dB） 频率（kHz） 0 37.0 90 5 38.3 100 100 39.8 200 10 40.0 300 20 40.0 400 40 50 60 40.1 39.9 40.1 500 600 800 输出RMS(V) 0.999 0.998 0.997 0.996 0.997 1.00 1.01 1.02 增益（dB） 39.9 39.9 39.9 39.9 39.9 40.0 40.0 40.1 由表6-2数据可以得到，3dB通频带在低频端达到了1KHz，高频端在20MHz以上，由于信号源无法产生大于20MHz的信号故无法测量，从5MHz以上增益的趋势来看最终通频带高频端应大于20MHz，比较符合后级功率放大器的理论高频截止频率25MHz。在20kHz～5MHz频带内增益起伏≤0.2dB。
（5）增益误差测量:输入端加有效值为10mV，频率为1MHz的正弦信号，保持幅度稳定，然后预设增益值测量输出信号来计算增益误差。测试的数据如表6.3所示。
表6.3 增益误差测试数据
预置增益(dB) 10 15 20 25 30 35 40 45 50 输出RMS（mV） 32.3 63.8 127 254 502 1010 1982 3953 7451 40.0 45.9 50.8 0.0 -0.1 -0.2 实际增益（dB） 10.2 15.1 20.1 25.1 30.0 35 增益误差（dB） +0.2 +0.1 +0.1 +0.1 0.0 0.0 由表中可以看出增益误差在0.2dB之内，频率较高时，随着输出电压的增大，增益有下降的趋势，这是因为后级功放管工作状态即将接近饱和，通过提高后级电源电压可以使增益更加稳定。
扩展功能中的增益步进1dB也达到了，且增益是从0～80dB可调。0dB放大是后级功放的调零点,需事先校正，所有大于0dB的增益都以0dB为基准。
测58dB以上的增益时，以10mV输入会使输出饱和，故采用固定输出的方法：给定增益，然后减小输入信号，使得输出信号有效值保持为7.00V，再计算增益。实测数据如表6.4所示：
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表6.4 高增益测试数据
预制（dB） 58 ViRMS(mV) 60 63 66 70 73 76 80 9.23 7.16 5.31 3.67 2.26 1.74 1.26 无法测量 增益（dB） 57.8 59.8 62.4 65.6 69.8 72.1 74.9 从变化趋势来看，放大80dB误差应该小于2dB，满足题目要求。从整体来看，我们设计的放大器增益为0～80dB，步进1dB，60dB以下增益误差≤0.2dB。
（6）自动增益控制（AGC）测量：将放大器切换到AGC模式，改变输入信号电压，观察输出信号并记录输出电压。设定AGC输出电压范围4.5 ～5.5V，把输入信号调到1MHz，把有效值从1mV起往上调，测量输出电压有效值。测试数据如表6-5所示。
表6.5 AGC控制测试数据
输入RMS Vorms(V) 1mV 10mV 100mV 1V 1.5V 2V ＞2V 5.12 4.96 5.03 54 34.0 4.98 5.06 5.02 削波 14 10 8 8 增益（dB） 74 从表6.5可以看出输入信号从1mV变化到2V，输出信号变化范围不超过0.2V，当输入信号有效值大于2V时，输入保护电路开始起作用，输出端得到的是畸形的正弦波，故无法测量到增益为0的情况。
输入信号变化范围为20×log[2000/1]=66(dB) 输出信号范围为20×log[5.12/4.98]=0(dB)
所以得到AGC范围为66-0＝66dB。 6.2.3 误差产生原因
我们测量的误差主要来源是电磁干扰，由于试验场地有许多电脑和仪器使用开关电源，电磁噪声很大，所以测量输入端短路时的噪声电压时随输入短接方式不同而有很大的误差。
6.3 设计和调试中遇到的问题
整个系统偏重了模拟设计，数字控制简单，控制部分主要是基于MSP430F449进行编程实现没有遇到纯数字控制上的问题。在模拟设计和调试中遇到的问题比较多，需要一一考虑清楚，采用合理的方法解决。本系统为宽带放大，需要考虑增益带宽积的问题，还有放大器的稳定对整个系统至关重要。控制通带内的增益起伏，尤其是本系统是一个直流放大器，直流零点漂移是一个较难解决的问题，在这个问题的解决上我们都学到了
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很多东西，特别是在对一个不确定的电路参量进行检测时，采用绝对的地作为参照，这样在任何情况之下都是成立的，并且可以衍生出以地为参照的各种准确的参照。然后依据这样的方法， 我们实现了在不同时间温度情况下能随时数控自我校准的功能。 6.3.1 带宽增益积
带宽增益积是指放大电路通带电压增益与通频带的乘积。
对电压反馈型运放，带宽增益积是一个常数。典型的电压反馈型运放构成的同相放大电路的增益可用A表示：
A?1?RfRg1?1?(1?RfRg)A(w) 式6.1
其中A(w)为开环增益，是随频率增加而减小的函数；Rf为反馈电阻，Rg为接在反相输入端到地的增益电阻。当
?1?Rf/Rg?/A?w??1 式6.2 时，频率为-3dB频率f3dB， 闭环增益1?(RfRg)越大，f3dB越小。
对电流型反馈型运放，带宽增益积并不为常数。其频率f3dB由反馈电阻Rf决定，即电流反馈型运放的频率特性几乎不受闭环增益的影响。
本系统设计最大电压增益≥60dB，通频带最大达到10MHz，由于电压增益和通频带都很大，则要求的带宽增益积就更大。实际不可能会具有这么大的带宽增益积的运放，因此应该设计为多级放大。每一级放大设计时，若选用电流型运放，首先要选取合适的
Rf，再根据放大倍数的设计选取Rg；若选用电压反馈型运放，则在放大倍数(即闭环
增益)确定时，要考虑其带宽增益积足够大。整个系统的设计中， 要根据通频带(5MHz或10MHz)和放大倍数来考虑整个放大系统的增益带宽积。 6.3.2 通频带内增益起伏控制
由于各器件的幅频特性以及滤波器的幅频特性不平坦等多种因素，系统通频带内增益会出现起伏。如AD603的频率响应特性有一个增益尖峰，调节AD603的脚5和脚7间的电阻可以使增益变化范围进行平移。该电阻选取合适时，将增益尖峰调节在10MHz之后，在10MHz通频带以内，保证AD603构成的前级放大电路输出信号幅度平坦。后级程控放大和功率放大，选取各参数指标（如增益带宽积、摆率、失调电流、失调电压、
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