bf1201双栅极mos管的程控衰减器设计
摘 要本课题对当前大量程控衰减器相关产品的普遍性能做了一个总体调查后发现，在使用性能以及产品成本方面还有一段很大的空间可以上升，尤其是在功率消耗方面，因此本文选用了AT89C51单片机来作为控制器芯片。本课题结合了BF1201型双栅极射频MOS管、SMA射频插座、LCD1602液晶屏等核心器件。本文主要对当前市面上流行的模拟电路式衰减器加以改进，通过单片机的植入，实现了衰减值可以通过程序进行灵活控制的数字式衰减器，这款衰减器系统具有通过液晶屏对衰减档位以及课题标题进行显示的功能。在软件上使用了C语言进行程序代码编写，经过了大量的仿真测试得出系统中软硬件实现了良好的兼容，并且系统实现了课题预期确立的所有功能指标。将这款程控衰减器控制系统投入批量生产，可以改善市场上现有产品的总体性能，并能够快速赢得消费用户的青睐。
目录
一、引言 1
（一）程控衰减器的发展背景 1
（二）程控衰减器系统的国内外发展现状 1
（三）本文主要研究内容 2
二、方案选择及元器件介绍 3
（一）系统主控核心的选取 3
（二）AT89C51单片机介绍 3
（三）BF1201型双栅极晶体管 4
（四）LCD1602显示器概述 5
（五）SMA接头介绍 7
三、硬件系统设计 7
（一）程控衰减器系统框图设计 7
（二）单片机最小系统设计 8
1. 复位电路的设计 8
2. 时钟电路的设计 9
（三）衰减器模块电路设计 9
（四）显示器电路设计 10
（五）按键电路 11
四、软件系统设计 12
（一）主程序编程思想 12
（二）LCD显示屏编程思想 13
（三）PWM波生成的编程思想 14
五、系统安装与调试 15
（一）仿真系统设计 15
（二）实物调试 22
总 结 23
参考文献 24
致 谢 25
附录一 原理图 26
附录二 源程序 27
附录三
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
PCB 30
附录四 元器件清单 31
一、引言
（一）程控衰减器的发展背景
本文将要介绍一种通过51单片机作为主要控制器来实现的一款智能型程控衰减器控制系统，这款系统的实现将突破目前市面上相关产品的平均性能，在衰减值的控制方面通过高性能单片机的PWM波输出来完成，改善了传统的手动旋转电位器调节方式，并且在功能上将得到较大的扩展。程控衰减器系统已经在人们的生产生活中出现了较长一段时间，起初在单片机技术还未成熟并推向使用前，逻辑电路以及cpld等一些具有逻辑运算功能的芯片在控制届大行其道，是大多数通信电路控制系统的首要选择，通过这些具有简单运算功能的芯片能够实现一些常见的增益控制、射频信号功率检测以及数码管显示等功能，这一时期的程控衰减器控制系统已经具有了一些简单的手动控制增益值、功率粗略检测以及功率值显示等基本功能，但是离今天以单片机等微处理器作为主控器的程控衰减器控制系统还具有相当大的一段距离，无论是在功能还是用户使用体验上，都不能最大满足用户的需求。在这一现状下，程控衰减器控制系统的设计师们意识到只有采用更高性能并且集成度更高的控制器芯片才能够设计出具有突破意义的产品来，因此在二十世纪九十年代当单片机生产技术和使用方法得到大规模的普及之后，各行各业的电子设计师们开始了对单片机系统的开发，其中在程控衰减器控制系统领域，设计师们将以往的逻辑门电路或者cpld等一些主控器进行剔除，接着将微处理器芯片进行嵌入，通过程序代码的编写和编译并烧写，这样就使得程控衰减器控制系统具有了一定程度的智能意义，不但能够实现对增益值的精确设置，更能够在信号质量上实现对高次谐波和低频干扰的一直等一些智能功能，因为它将设计师的思想换算成软件代码并下载到了微处理器芯片中进行对程控衰减器控制系统中其他模块的驱动，实现具有一定智能化的操作。另外通过单片机等微处理器的嵌入，能够更好的实现程控衰减器控制系统与用户之间的交互，由于单片机等芯片具有几十个甚至上百个管脚，因此能够实现更多模块的驱动。本次毕业设计就将以C51单片机来作为主控器，设计一款能够突破现有产品性能，改进目前相关产品所存在的普遍缺点，并且能够通过软硬件的不断优化，将控制系统的功耗降到最低。
（二）程控衰减器系统的国内外发展现状
国内外大多数企业已经普遍掌握了生产制造中高以上性能的程控衰减器控制系统产品，但一些具有高端性能的程控衰减器产品只占有很少的比例，这些顶尖技术只有世界上一些少有国家或者研究团队掌握，因此生产成本非常高，导致这些高端产品并不能够在市面上进行普及。许多科研单位和研究小组为了打破这种局面，开始着重开始对程控衰减器控制系统进行研究，不但在硬件上更在软件上寻找突破口，使用更高性能的传感器和更先进的处理器来构建程控衰减器系统的整体框架，相信这种少有高端技术垄断的局面在不久的将来很快会被打破。
（三）本文主要研究内容
本文从多个角度对程控衰减器控制系统进行了描述和展现，首先将这种系统的起源发展背景以及目前国内外企业、高校的研究成果现状进行了探讨和阐述，并分析研究了目前这种控制系统投入市场后所存在的普遍缺点；论文第二章紧接着对控制系统的总体结构框架进行了设计，选取了相应的元器件及模块，以便下文对软硬件系统进行设计；第三和第四部分着重对本次所设计的控制系统的硬件以及软件系统进行了设计，并对设计过程以及设计原理进行了详细描述，下列为本程控衰减器系统将要实现的功能和指标：
衰减器系统具有对射频信号的功率衰减作用，衰减大小可以通过按键进行改变；
经过衰减器处理后，高次谐波产生量小，对原信号影响较小；
直流压控电压Vc由单片机产生，衰减器的衰减值可通过直流压控电压Vc的控制，实现0~60dB的衰减范围；
为适应射频通信系统的阻抗标准，衰减器的输入输出阻抗为50欧姆；
衰减器的衰减值可通过液晶屏进行显示。
二、方案选择及元器件介绍
（一）系统主控核心的选取
本章开始进行硬件相关元器件的选择以及特性描述，其中对于软硬件系统的主控核心是最重要的，因为这将决定最终是否能够实现最终的指标和功能，这主要体现在功能、性价比以及功耗等几个方面，因此本章首先对主控核心即单片机进行选择。
方案一：选择我较为熟悉的Arduino Mega 2560单片机作为本系统的主控核心部分，由于之前在学习51过程中，触及到了一些关于Mega 2560的学习，感受到了Mega 2560单片机的高效性、多资源性以及艺术性，因此对于Mega 2560单片机有着较好的使用体验，所谓高效性指的是Mega 2560高速的数据处理速度以及常用资源都被囊括在了同一片内，因此在硬件设计过程中就无需在外部配置相关的硬件芯片，如AD模数转换器、DA模数转换器等常用器件；多资源性与高效性是一种因果关系，正是因为Mega 2560内部配置了很多常用的模块如AD、DA、IIC、SPI以及UART等模块，才使得拥护能够在极短的时间内开发出自己所需要的产品；而艺术性指的是该系列单片机（Arduino）是由意大利一所艺术类团队设计出来的，之所以要设计这款单片机是为了解决他们在进行艺术设计过程中所面临的一些难题，因此他们在设计这款单片机时或多或少的掺杂了很多艺术成分，如Mega 2560开发板的外观设计、开发环境IDE的界面人机感受等。然而如果将其运用在该系统所带来的难题主要是我目前对该单片机不是非常熟悉，如果遇到难题需要耗费很多的时间去解决。
目录
一、引言 1
（一）程控衰减器的发展背景 1
（二）程控衰减器系统的国内外发展现状 1
（三）本文主要研究内容 2
二、方案选择及元器件介绍 3
（一）系统主控核心的选取 3
（二）AT89C51单片机介绍 3
（三）BF1201型双栅极晶体管 4
（四）LCD1602显示器概述 5
（五）SMA接头介绍 7
三、硬件系统设计 7
（一）程控衰减器系统框图设计 7
（二）单片机最小系统设计 8
1. 复位电路的设计 8
2. 时钟电路的设计 9
（三）衰减器模块电路设计 9
（四）显示器电路设计 10
（五）按键电路 11
四、软件系统设计 12
（一）主程序编程思想 12
（二）LCD显示屏编程思想 13
（三）PWM波生成的编程思想 14
五、系统安装与调试 15
（一）仿真系统设计 15
（二）实物调试 22
总 结 23
参考文献 24
致 谢 25
附录一 原理图 26
附录二 源程序 27
附录三
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
PCB 30
附录四 元器件清单 31
一、引言
（一）程控衰减器的发展背景
本文将要介绍一种通过51单片机作为主要控制器来实现的一款智能型程控衰减器控制系统，这款系统的实现将突破目前市面上相关产品的平均性能，在衰减值的控制方面通过高性能单片机的PWM波输出来完成，改善了传统的手动旋转电位器调节方式，并且在功能上将得到较大的扩展。程控衰减器系统已经在人们的生产生活中出现了较长一段时间，起初在单片机技术还未成熟并推向使用前，逻辑电路以及cpld等一些具有逻辑运算功能的芯片在控制届大行其道，是大多数通信电路控制系统的首要选择，通过这些具有简单运算功能的芯片能够实现一些常见的增益控制、射频信号功率检测以及数码管显示等功能，这一时期的程控衰减器控制系统已经具有了一些简单的手动控制增益值、功率粗略检测以及功率值显示等基本功能，但是离今天以单片机等微处理器作为主控器的程控衰减器控制系统还具有相当大的一段距离，无论是在功能还是用户使用体验上，都不能最大满足用户的需求。在这一现状下，程控衰减器控制系统的设计师们意识到只有采用更高性能并且集成度更高的控制器芯片才能够设计出具有突破意义的产品来，因此在二十世纪九十年代当单片机生产技术和使用方法得到大规模的普及之后，各行各业的电子设计师们开始了对单片机系统的开发，其中在程控衰减器控制系统领域，设计师们将以往的逻辑门电路或者cpld等一些主控器进行剔除，接着将微处理器芯片进行嵌入，通过程序代码的编写和编译并烧写，这样就使得程控衰减器控制系统具有了一定程度的智能意义，不但能够实现对增益值的精确设置，更能够在信号质量上实现对高次谐波和低频干扰的一直等一些智能功能，因为它将设计师的思想换算成软件代码并下载到了微处理器芯片中进行对程控衰减器控制系统中其他模块的驱动，实现具有一定智能化的操作。另外通过单片机等微处理器的嵌入，能够更好的实现程控衰减器控制系统与用户之间的交互，由于单片机等芯片具有几十个甚至上百个管脚，因此能够实现更多模块的驱动。本次毕业设计就将以C51单片机来作为主控器，设计一款能够突破现有产品性能，改进目前相关产品所存在的普遍缺点，并且能够通过软硬件的不断优化，将控制系统的功耗降到最低。
（二）程控衰减器系统的国内外发展现状
国内外大多数企业已经普遍掌握了生产制造中高以上性能的程控衰减器控制系统产品，但一些具有高端性能的程控衰减器产品只占有很少的比例，这些顶尖技术只有世界上一些少有国家或者研究团队掌握，因此生产成本非常高，导致这些高端产品并不能够在市面上进行普及。许多科研单位和研究小组为了打破这种局面，开始着重开始对程控衰减器控制系统进行研究，不但在硬件上更在软件上寻找突破口，使用更高性能的传感器和更先进的处理器来构建程控衰减器系统的整体框架，相信这种少有高端技术垄断的局面在不久的将来很快会被打破。
（三）本文主要研究内容
本文从多个角度对程控衰减器控制系统进行了描述和展现，首先将这种系统的起源发展背景以及目前国内外企业、高校的研究成果现状进行了探讨和阐述，并分析研究了目前这种控制系统投入市场后所存在的普遍缺点；论文第二章紧接着对控制系统的总体结构框架进行了设计，选取了相应的元器件及模块，以便下文对软硬件系统进行设计；第三和第四部分着重对本次所设计的控制系统的硬件以及软件系统进行了设计，并对设计过程以及设计原理进行了详细描述，下列为本程控衰减器系统将要实现的功能和指标：
衰减器系统具有对射频信号的功率衰减作用，衰减大小可以通过按键进行改变；
经过衰减器处理后，高次谐波产生量小，对原信号影响较小；
直流压控电压Vc由单片机产生，衰减器的衰减值可通过直流压控电压Vc的控制，实现0~60dB的衰减范围；
为适应射频通信系统的阻抗标准，衰减器的输入输出阻抗为50欧姆；
衰减器的衰减值可通过液晶屏进行显示。
二、方案选择及元器件介绍
（一）系统主控核心的选取
本章开始进行硬件相关元器件的选择以及特性描述，其中对于软硬件系统的主控核心是最重要的，因为这将决定最终是否能够实现最终的指标和功能，这主要体现在功能、性价比以及功耗等几个方面，因此本章首先对主控核心即单片机进行选择。
方案一：选择我较为熟悉的Arduino Mega 2560单片机作为本系统的主控核心部分，由于之前在学习51过程中，触及到了一些关于Mega 2560的学习，感受到了Mega 2560单片机的高效性、多资源性以及艺术性，因此对于Mega 2560单片机有着较好的使用体验，所谓高效性指的是Mega 2560高速的数据处理速度以及常用资源都被囊括在了同一片内，因此在硬件设计过程中就无需在外部配置相关的硬件芯片，如AD模数转换器、DA模数转换器等常用器件；多资源性与高效性是一种因果关系，正是因为Mega 2560内部配置了很多常用的模块如AD、DA、IIC、SPI以及UART等模块，才使得拥护能够在极短的时间内开发出自己所需要的产品；而艺术性指的是该系列单片机（Arduino）是由意大利一所艺术类团队设计出来的，之所以要设计这款单片机是为了解决他们在进行艺术设计过程中所面临的一些难题，因此他们在设计这款单片机时或多或少的掺杂了很多艺术成分，如Mega 2560开发板的外观设计、开发环境IDE的界面人机感受等。然而如果将其运用在该系统所带来的难题主要是我目前对该单片机不是非常熟悉，如果遇到难题需要耗费很多的时间去解决。
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