手动增益控制0.01db的直流宽带放大器设计
摘 要本文设计了一款直流宽带放大器系统，选用了51单片机作为直流宽带放大器控制系统的主控芯片，在51单片机外部配置了BF1201型双栅极射频MOS管、SMA射频插座、LCD1602液晶屏等核心功能模块，通过软硬件的设计，实现了直流宽带放大器系统的实现对0~100 MHz射频信号进行功率增益，并可通过直流电压的改变实现对增益度进行程控设置，增益度可通过液晶屏进行显示等功能。在系统硬件设计方面，通过51单片机最小系统作为核心部分，通过与各模块之间的连接以及驱动，构建了直流宽带放大器系统的硬件结构，在软件设计方面通过Keil软件进行了C语言代码的编写以及编译，通过程序生成的目标代码实现了对硬件的控制。经过了大量的系统测试，本系统最终表现出了非常高的可行性以及稳定性，非常适合推向未来的智能直流宽带放大器系统市场。
目录
一、 引言 1
（一） 直流宽带放大器的发展背景 1
（二） 直流宽带放大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） 控制器的选取 3
（二） STC89C51单片机简要介绍 4
（三） BF1201型双栅极晶体管 4
（四） SMA接头介绍 5
（五） LCD1602字符点阵介绍 5
三、 硬件系统设计 7
（一） 直流宽带放大器系统的硬件结构框图设计 7
（二） STC89C51单片机最小系统设计 7
1. 复位电路设计 7
2. 时钟电路设计 8
（三） 增益器模块电路设计 8
（四） LCD1602字符点阵屏幕电路设计 10
（五） 按键电路 11
四、 软件系统设计 12
（一） 直流宽带放大器系统的软件工作流程设计 12
（二） LCD1602字符点阵屏幕驱动流程设计 13
（三） PWM波生成流程设计 13
五、 调试与安装 15
总 结 17
参考文献 18
致 谢 19
附录一 原理图 20<
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
br /> 附录二 PCB 21
附录三 元器件列表 22
附录四 源程序 23
引言
直流宽带放大器的发展背景
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直流宽带放大器控制系统，这款系统的实现将突破目前市面上相关产品的平均性能，并且在功能上将得到较大的扩展。直流宽带放大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，这一时期的直流宽带放大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直流宽带放大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，直流宽带放大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，其中在直流宽带放大器控制系统领域，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，这样就使得直流宽带放大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直流宽带放大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，能够更好的实现直流宽带放大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。
直流宽带放大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直流宽带放大器控制系统产品，但一些具有高端性能的直流宽带放大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，开始着重开始对直流宽带放大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直流宽带放大器系统的整体框架，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。
本文主要研究内容
本课题以直流宽带放大器系统作为了研究对象，通过软硬件系统的分别设计，实现了如下各项功能和目标：
增益器系统具有对射频信号的功率增益作用，增益大小可以通过按键进行改变；
经过增益器处理后，高次谐波产生量小，对原信号影响较小；
增益器的增益值可通过直流压控电压Vc的控制，实现0~60 dB的增益范围；
直流压控电压Vc通过单片机进行产生；
为适应射频通信系统的阻抗标准，增益器的输入输出阻抗为50欧姆；
增益器的增益值可通过液晶屏进行显示。
方案选择及元器件介绍
控制器的选取
本文考虑到了上一章对控制系统所设定的功能指标等参数，最终从众多类型的控制器中选择出了两款，分别为我们熟知的高性价比单片机STC89C51和进入市场不久的新型高性能单片机STM32，这两款单片机无论在开发资料普及度还是成熟度上，都已经达到了很高的程度，如果选择其中一个用于本文所设计的系统中，能够大大提高控制系统的稳定度、性价比以及各项功能指标参数，由于这两款芯片同属于单片机范畴，因此相似点较多，下面对这两款单片机进行各项性能对比，从而最终选择出更适合的一个来作为本文所设计系统的核心控制器。
首先需要说的是在学生届享有充分知名度的STC89C51单片机，这款单片机采用+5V直流电压供电，内部的程序代码存储器以及RAM都较小，只有4k 字节和512字节的容量，只能够适用于小型项目开发；在片内集成的功能模块资源上，STC89C51有两个定时器、两个外部中断和一个UART模块；在GPIO管脚的数量方面，STC89C51单片机只有32个可供用户软件配置的管脚，并且只有P3.2和P3.3两个管脚具有外部中断能力，其他管脚无捕获触发功能；在成本方面，STC89C51单片机的市场均价为3元一片，配合其他开发设备，总价不多于10元，是一款非常适合学生进行实验的单片机芯片；在开发资料方面，无论是学校图书馆还是网络上，都有大量丰富的开发资源，这点非常有利于本次毕业设计的进行。
接下来需要说的是在内部嵌入ARM架构的STM32单片机，这款单片机采用+3.3V直流电压供电，内部的程序代码存储器最多可以达到1M字节，RAM最大可以达到96k字节，在一些大型项目中非常适用；在片内集成的功能模块资源上，STM32有不但具有STC89C51单片机所拥有的所有资源，另外还集成了ADC、DAC、DMA等一些高端功能模块；在GPIO管脚的数量方面，STM32单片机的GPIO管脚高达上百个，几乎任何一个管脚都有外部中断能力；在成本方面，STM32单片机的市场均价为20元一片，配合昂贵的仿真器等设备，需要上百元的成本；开发资料具有同样的普及度和丰富度。
目录
一、 引言 1
（一） 直流宽带放大器的发展背景 1
（二） 直流宽带放大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） 控制器的选取 3
（二） STC89C51单片机简要介绍 4
（三） BF1201型双栅极晶体管 4
（四） SMA接头介绍 5
（五） LCD1602字符点阵介绍 5
三、 硬件系统设计 7
（一） 直流宽带放大器系统的硬件结构框图设计 7
（二） STC89C51单片机最小系统设计 7
1. 复位电路设计 7
2. 时钟电路设计 8
（三） 增益器模块电路设计 8
（四） LCD1602字符点阵屏幕电路设计 10
（五） 按键电路 11
四、 软件系统设计 12
（一） 直流宽带放大器系统的软件工作流程设计 12
（二） LCD1602字符点阵屏幕驱动流程设计 13
（三） PWM波生成流程设计 13
五、 调试与安装 15
总 结 17
参考文献 18
致 谢 19
附录一 原理图 20<
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
br /> 附录二 PCB 21
附录三 元器件列表 22
附录四 源程序 23
引言
直流宽带放大器的发展背景
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直流宽带放大器控制系统，这款系统的实现将突破目前市面上相关产品的平均性能，并且在功能上将得到较大的扩展。直流宽带放大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，这一时期的直流宽带放大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直流宽带放大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，直流宽带放大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，其中在直流宽带放大器控制系统领域，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，这样就使得直流宽带放大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直流宽带放大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，能够更好的实现直流宽带放大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。
直流宽带放大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直流宽带放大器控制系统产品，但一些具有高端性能的直流宽带放大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，开始着重开始对直流宽带放大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直流宽带放大器系统的整体框架，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。
本文主要研究内容
本课题以直流宽带放大器系统作为了研究对象，通过软硬件系统的分别设计，实现了如下各项功能和目标：
增益器系统具有对射频信号的功率增益作用，增益大小可以通过按键进行改变；
经过增益器处理后，高次谐波产生量小，对原信号影响较小；
增益器的增益值可通过直流压控电压Vc的控制，实现0~60 dB的增益范围；
直流压控电压Vc通过单片机进行产生；
为适应射频通信系统的阻抗标准，增益器的输入输出阻抗为50欧姆；
增益器的增益值可通过液晶屏进行显示。
方案选择及元器件介绍
控制器的选取
本文考虑到了上一章对控制系统所设定的功能指标等参数，最终从众多类型的控制器中选择出了两款，分别为我们熟知的高性价比单片机STC89C51和进入市场不久的新型高性能单片机STM32，这两款单片机无论在开发资料普及度还是成熟度上，都已经达到了很高的程度，如果选择其中一个用于本文所设计的系统中，能够大大提高控制系统的稳定度、性价比以及各项功能指标参数，由于这两款芯片同属于单片机范畴，因此相似点较多，下面对这两款单片机进行各项性能对比，从而最终选择出更适合的一个来作为本文所设计系统的核心控制器。
首先需要说的是在学生届享有充分知名度的STC89C51单片机，这款单片机采用+5V直流电压供电，内部的程序代码存储器以及RAM都较小，只有4k 字节和512字节的容量，只能够适用于小型项目开发；在片内集成的功能模块资源上，STC89C51有两个定时器、两个外部中断和一个UART模块；在GPIO管脚的数量方面，STC89C51单片机只有32个可供用户软件配置的管脚，并且只有P3.2和P3.3两个管脚具有外部中断能力，其他管脚无捕获触发功能；在成本方面，STC89C51单片机的市场均价为3元一片，配合其他开发设备，总价不多于10元，是一款非常适合学生进行实验的单片机芯片；在开发资料方面，无论是学校图书馆还是网络上，都有大量丰富的开发资源，这点非常有利于本次毕业设计的进行。
接下来需要说的是在内部嵌入ARM架构的STM32单片机，这款单片机采用+3.3V直流电压供电，内部的程序代码存储器最多可以达到1M字节，RAM最大可以达到96k字节，在一些大型项目中非常适用；在片内集成的功能模块资源上，STM32有不但具有STC89C51单片机所拥有的所有资源，另外还集成了ADC、DAC、DMA等一些高端功能模块；在GPIO管脚的数量方面，STM32单片机的GPIO管脚高达上百个，几乎任何一个管脚都有外部中断能力；在成本方面，STM32单片机的市场均价为20元一片，配合昂贵的仿真器等设备，需要上百元的成本；开发资料具有同样的普及度和丰富度。
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