第二十四课--Microduino与运算放大器--同向比例运算/zh

同向比例运算放大电路演示

目的 本教程提供了运算放大器的基础知识，该示例为同向比例运算电路，将一节干电池电压放大一定倍数，用Microduino将两个电压信号检测出来。 设备 Microduino-Core Microduino-Core 是以 Atmel ATmega328P为核心的8位单片机开发核心板，是一个开源的、与 Arduino UNO 兼容的控制器模块。 Microduino-USBTTL 下载程序模块，可直接与 Microduino-Core 或者Microduino-Core+ 相连，让他们与计算机通讯。它的下载接口用的是MicUSB，这也是Microduino小巧的一部分。Microduino大小与一枚一元硬币差不多大。下载线与绝大多数智能手机usb数据线是一样的，方便实用。 其他硬件设备 相关硬件 数量 功能 Microduino-Core 1个 模拟口A0与A1口识别输入的电压，并由串口输出数据。 Microduino-USBTTL 1个 与Microduino-Core叠加。 LM358 1 个常用双路运算放大器，可方便实现数学运算电路。 10K电阻 3个 更改相关电阻值，可以得到不同的输出电压。 干电池 1节 本示例用作输入电压Vin。 USB数据连接线 1条 连通Microduino模块与计算机。 面包板 1块 各个元器件汇聚于此。 面包板跳线 1盒 电气连接线。 LM358运放 LM358是我们常见的芯片，其内部含有两个独立的运算放大器电路。运放A是1脚作为输出端，2脚是反向输入端，3脚是同向输入端。运放B是7脚作为输出端，6脚作为反向输入端，5脚作为同向输入端。 运放A与B共用4脚的负电源端，8脚的正电源端。该芯片可单电源供电，供电电压最高为32V，也可双电源供电，此时供电电压最高为+Vcc=+16V，-Vcc=-16V。该示例中干电池的负极与LM358的-Vcc连接 在一起接地，运放为单电源供电方式。 LM358文档下载：文件:358pdf.pdf 干电池 干电池，其电解质是不能流动的，所以得名。生活中十分常见，干电池可用于手电筒，收音机，照相机，电子玩具中。本示例中该电池的型号为AA电池，即人们常说的5号电池。一节干电池的电压约为1.5V， 一节蓄电池的电压约为2V，手机电池的电压约为3.7V。 实验原理图 该示例中358的1脚输出电压Vout=Vin*（1+R2/R3）。同向比例运算电路具有高输入电阻，低输出电阻的优点。高输入电阻意味着对信号源的影响小，低输出电阻意味着带负载能力强。 值得注意的是，无论我们如何改变R2，R3的数值，358的1脚输出电压也不会高于电源电压的（本例LM358的电源电压由Microduino的5V端引入）。 程序 ///A0 connect amp output ///A1 connect single battery output int anaValueSingleBa; //single battery value map(0--1023) int anaValueAmp; //amp value map(0--1023) float anaVoltageSingleBa; //single battery voltage float anaVoltageAmp; //amp output voltage void setup() { Serial.begin(9600); } void loop() { anaValueSingleBa=analogRead(A1); anaVoltageSingleBa=anaValueSingleBa/1023.0*5; Serial.print("Single battery voltage is "); Serial.print(anaVoltageSingleBa); Serial.println("V"); delay(1000); anaValueAmp=analogRead(A0); anaVoltageAmp=anaValueAmp/1023.0*5; Serial.print("Amp output voltage is "); Serial.print(anaVoltageAmp); Serial.println("V"); delay(1000); } 调试 按上图用导线连接完毕并确认无误。 把程序复制到arduinoIDE中。 编译程序，选择正确的板卡与相应串口。 点击Upload，下载完毕后打开arduinoIDE自带的串口监视器，观察结果。 更改R2，R3的电阻值，可观察到串口监视器输出电压值得变化。例如R2=5K,R3=10K,输出电压会符合Vout=Vin*（1+R2/R3）; 无论如何改变R2，R3的阻值，1脚的输出电压也不可能高于电源电压。 干电池电压为1.5V左右，可通过电阻分压的形式，取得更低的电压，例如0.5V，然后把电压点接入运放的2脚，再观察串口监视器输出。 结果 按照原理图连接好电路。程序下载后，可在arduino IDE自带的串口监视器中观察输出电压。对比公式Vout=Vin*（1+R2/R3），分析实验数据。 视频