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自动增益控制AGC放大器实现方案

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2020年4月19日
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自动增益控制（AGC）放大器实现方案
一、 系统框图
程控放大器
外部检测
电压检测
电源模块
输入信号
输出信号
MCU

二、硬件部分

系统总电路图

1、 电源分压
题目要求使用5V单电源供电，此处使用10k欧姆电阻串联分压得到2.5V电压，而且经过电压射随器，稳定电压。

串联分压部分
2、 程控放大器部分

增益可控放大器

（1）电路连接如图。J1接单片机的I/O口作为控制信号输入。
2）DAC7811此处作为程控电阻使用，与TLC085共同起到增益可控放大作用。
DAC作为程控电阻器的原理：
DAC7811的核心是一个R-2R网络，当两个输出端分别接放大器输入端和地时，由于运放的“虚地”，能够看做两条输出线都接地，因此能够算出电阻网络总电阻为R。则流经的总电流Itotal=VREFR

12个选通开关由MSP430的SPI协议控制
Code=211a11+210a10+…+20a0
Iout1=12I∙a11+122I∙a10+…+1212I∙a0=211a11+210a10+…+20a0212I=Code4096I
Rout1=VREFIout1=VREFCode4096I=R4096Code
若RFB=R
Vout=-VINR4096CodeR=-VIN4096Code
因此经过单片机输出不同的控制字code的值就能够实现控制增益的目的。

（3）由于运放的输出被抬高了2.5V，因此输出需要经过电容耦合滤除直流分量。

3、 PWM波低通滤波部分

PWM波低通滤波
电路构成简单RC低通滤波器，将输出的PWM波转换为直流电压供外部检测用。输出电压的大小与PWM波的占空比成近似线性关系。

实际电路图：

二、 软件部分
程序代码：

#include
#include>

#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int

uchar a,T0_time;
uint temp,adval,adval_t,vref_t,dac_code,D;
float vref_s;

sbit adwr=P3^6;
sbit adrd=P3^7;
sbit sync=P0^0;
sbit sclk=P0^1;
sbit sdin=P0^2;
sbit pwm=P2^0;

//定时器初始化函数
void T0_init()
{
TMOD=0x11;
TH0=(6553645872)/256;
TL0=(65536-45872)%256;
EA=1;
ET0=1;
TR0=1;
}

//微妙级延时
void delayus(uint us)
{
uint i;
while(us--)
{
for(i=8;i>0;i--)
;
}
}

//毫秒延时函数
void delayms(uint xms)
{
uint i,j;
for(i=xms;i>0;i--)
for(j=110;j>0;j--);
}

//AD启动函数
void start_ad()
{
adwr=1;
_nop_();
adwr=0;
_nop_();
adwr=1;
}

//AD读取函数
uchar get_ad()
{
P1=0xff;
adrd=1;
_nop_();
adrd=0;
_nop_();
adval=P1;
adrd=1;
return adval;
}

//CODE处理函数
void d_vout()
{
if(adval>vref_t)
dac_code++;
else
dac_code--;
D=4096/dac_code/10;//占空比
}

//DAC控制函数
void dac_spi(uint dac_code)
{
uchar n;
sync=0;
sclk=1;

for(n=0;n<16;n++)
{

sclk=1;

dac_code=dac_code<<1;
sdin=CY;
sclk=0;
}

sdin=1;
sync=1;
sclk=0;
delayus(10);
}

//主函数
void main()
{
uchar ad_n;
T0_init();

vref_s=0.5;
dac_code=0x0029;
pwm=0;
vref_t=(int)(vref_s/5.0*256.0);
D=10;
while(1)
{

pwm=~pwm; //PWM波产生部分
if(pwm==0)
a=10-D;
else
a=D;
while(a>0)
{
for(ad_n=0;ad_n<20;ad_n++)//AD转换、检测部分
{
start_ad();
delayms(10);
temp=get_ad();
if(temp>=advalt)
adval_t=temp;
}
dac_spi(dac_code); //输出code值给DAC7811
delayus(5);
a--;
}
}
}
//定时器0中断函数
void T0_time_interrupt() interrupt 1
{
TH0=(65536-45872)/256;
TL0=(65536-45872)%256;
T0_time++;
if(T0_time>=5)
{
T0_time=0; /*每100ms*/
adval=adval_t; /*取出幅值*/
d_vout(); /*进行处理*/
adval_t=0;

}

}

程序设计思路：
——Adval_t为检测电压的暂存值；adval为取得的幅值，将其与设定值相比较——程序设计为取输出电压的幅值进行处理。函数的检测部分，在多个周期的多个点处进行抽样，得到比前一次抽样大的值则给adval_t赋新值，直到中断100ms中断产生则将最后取得的最大值赋给adval进行处理，数据处理的函数为d_vout（）

——得到输出电压幅值后，将adval与设定电压幅值相比较（vref_t为转化后的值，与adval直接比较），若adval>vref_t，说明输出电压幅值应该减小，增益应该减小，相应dac_code应该增大——dac_code++；反之，dac_code-- 。同时经过增益计算占空比。

——每100ms进行的数据处理得到的dac_code，由dac_spi函数输出给DAC7811控制作出相应变化，从而完成一次控制。
——如此循环，直到输出电压与设定电压相符。