GPT-4o给出的设计方案：

一、设计方案

设计并制作一个可控放大器，包含放大器、低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器。放大器的增益可调，滤波器的截止频率和增益均可设置。

二、简单论证

1. 可控放大器：通过可变增益放大器（如 PGA103），可以实现电压增益从0到60dB可调，满足不同信号放大的需求。
2. 滤波器部分：采用有源滤波器，可以通过改变电阻/电容参数来调整截止频率，实现对输入信号的有效滤波。
3. 控制部分：使用MCU（如STM32）通过按键和显示屏实现精确控制和用户界面交互。

三、重要的指标和理论分析

1. 放大器增益与误差：

   • 增益范围：0dB至60dB。
   • 增益调节步进：10dB。
   • 放大器引入的误差不超过10%。

2. 滤波器性能：

   • 低通滤波器和高通滤波器的可调-3dB截止频率范围：1kHz至20kHz，步进1kHz。
   • 带通滤波器中心频率50kHz，带宽10kHz，带通增益与放大器增益总和不超过45dB。
   • 滤波器引入的误差不超过5%。

四、重要电路原理图设计要点

1. 可变增益放大器：

   • 使用PGA103等具有可控增益的放大器，通过GPIO控制其增益。
   • 保护电路：限流电阻和钳位二极管保护输入端。

2. 有源滤波器：

   • 使用运算放大器（如OPA2350）构建的低通、高通和带通滤波器。
   • 可调电阻/电容参数选择调整滤波器的截止频率。

3. 控制电路：

   • MCU控制滤波器参数和放大器增益。
   • LCD显示屏用于显示当前设置和状态。

五、核心器件设计要点

1. PGA103 可变增益放大器：

   • 增益范围：0-60dB。
   • 控制信号输入，模拟电压或数字信号。

2. OPA2350 运算放大器：

   • 低噪声、高精度。
   • 用于构建不同类型的滤波器。

3. STM32 MCU：

   • 用于控制放大器和滤波器。
   • 通过键盘和显示屏实现用户界面。

六、MCU重要功能的C代码和介绍

以下为用STM32实现控制逻辑的C代码示例：

#include "stm32f1xx_hal.h"
#include "lcd.h"
#include "pga103.h"

#define NUM_STEPS 6  // 对应增益步进（10dB一个步进）

// 增益数组
const int gain_steps[NUM_STEPS] = {0, 10, 20, 30, 40, 50};

void set_pga_gain(int step) {
    if (step >= 0 && step < NUM_STEPS) {
        int gain = gain_steps[step];
        PGA103_SetGain(gain);  // 调用PGA103的接口函数设置增益
    }
}

void set_lowpass_filter(int freq) {
    // 根据设计设置低通滤波器的截止频率
}

void set_highpass_filter(int freq) {
    // 根据设计设置高通滤波器的截止频率
}

void setup() {
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_GPIO_Init();
    MX_LCD_Init();
    PGA103_Init();

    LCD_Clear();
    LCD_DisplayString("Gain: 0dB");
}

int main(void) {
    setup();
    int gain_step = 0;

    while (1) {
        if (button_pressed()) {
            gain_step = (gain_step + 1) % NUM_STEPS;
            set_pga_gain(gain_step);
            char disp_str[16];
            sprintf(disp_str, "Gain: %ddB", gain_steps[gain_step]);
            LCD_Clear();
            LCD_DisplayString(disp_str);
        }
        HAL_Delay(100);  // 延迟，以免按钮频繁触发
    }
}

本题考察的主要知识点：

1. 信号放大

   • 可变增益放大器的设计与实现，包括增益调整和保持信号完整性。
   • 放大器增益范围及精度的实现。

2. 滤波器设计

   • 低通、高通和带通滤波器的设计与实现。
   • 滤波器的可调截止频率与频率稳定性。

3. 控制系统

   • 使用MCU实现放大器增益和滤波参数的调节。
   • 实现参数设置的用户界面，包括按键输入和显示输出。

4. 精度与误差

   • 确保放大器和滤波器在不同频率和增益下的精度要求。
   • 设计电路和算法以最小化误差。

5. 电源管理

   • 稳定的电源设计，保障系统在不同工作状态下的稳定性。