微弱信號(hào)檢測(cè)裝置(實(shí)驗(yàn)報(bào)告)

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1、2012年TI杯四川省大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽微弱信號(hào)檢測(cè)裝置（A題）【本科組】微弱信號(hào)檢測(cè)裝置（A題）【本科組】摘要：本設(shè)計(jì)是在強(qiáng)噪聲背景下已知頻率的微弱正弦波信號(hào)的幅度值，采用TI公司提供的LaunchPadMSP430G2553作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集芯片，實(shí)現(xiàn)微弱信號(hào)的檢測(cè)并顯示正弦信號(hào)的幅度值的功能。電路分為加法器、純電阻分壓網(wǎng)絡(luò)、微弱信號(hào)檢測(cè)電路、以及數(shù)碼管顯示電路組成。當(dāng)所要檢測(cè)到的微弱信號(hào)在強(qiáng)噪音環(huán)境下，系統(tǒng)同時(shí)接收到函數(shù)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的正弦信號(hào)模擬微弱信號(hào)和PC機(jī)音頻播放器模擬的強(qiáng)噪聲，送到音頻放大器INA2134，讓兩個(gè)信號(hào)相加。再通過(guò)由電

2、位器與固定電阻構(gòu)成的純電阻分壓網(wǎng)絡(luò)使其衰減系數(shù)可調(diào)（100倍以上），將衰減后的微弱信號(hào)通過(guò)微弱信號(hào)檢測(cè)電路，檢測(cè)電路能實(shí)現(xiàn)高輸入阻抗、放大、帶通濾波以及小信號(hào)峰值檢測(cè)，檢測(cè)到的電壓峰值模擬信號(hào)送到MSP430G2553內(nèi)部的10位AD轉(zhuǎn)換處理后在數(shù)碼管上顯示出來(lái)。本設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于超低功耗關(guān)鍵詞：微弱信號(hào)MSP430G2553INA2134一系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)、比較與論證根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求，要完成微弱正弦信號(hào)的檢測(cè)并顯示幅度值，輸入阻抗達(dá)到1MΩ以上，通頻帶在500Hz~2KHz。為實(shí)現(xiàn)此功能，本設(shè)計(jì)提出的方案如下圖所示。其中圖1是系統(tǒng)設(shè)計(jì)總流程圖，圖2是微

3、弱信號(hào)檢測(cè)電路子流程圖。圖1系統(tǒng)設(shè)計(jì)總流程圖圖2微弱信號(hào)檢測(cè)電路子流程圖1加法器設(shè)計(jì)的選擇方案一：采用通用的同相/反相加法器。通用的加法器外接較多的電阻，運(yùn)算繁瑣復(fù)雜，并且不一定能達(dá)到帶寬大于1MHz，所以放棄此種方案。方案二：采用TI公司的提供的INA2134音頻放大器。音頻放大器內(nèi)部集成有電阻，可以直接利用，非常方便，并且?guī)捘軌蜻_(dá)到本設(shè)計(jì)要求，因此采用此方案。2純電阻分壓網(wǎng)絡(luò)的方案論證方案一：由兩個(gè)固定阻值的電阻按100:1的比例實(shí)現(xiàn)分壓，通過(guò)仿真效果非常好，理論上可以實(shí)現(xiàn)，但是用于實(shí)際電路中不能達(dá)到預(yù)想的衰減系數(shù)。分析：電阻的標(biāo)稱(chēng)值與實(shí)際值

4、有一定的誤差，因此考慮其他的方案。方案二：由一個(gè)電位器和一個(gè)固定的電阻組成的分壓網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)改變電位器的阻值就可以改變其衰減系數(shù)。這樣就可以避免衰減系數(shù)達(dá)不到或者更換元器件的情況，因此采用此方案。3微弱信號(hào)檢測(cè)電路的方案論證方案一：將純電阻分壓網(wǎng)絡(luò)輸出的電壓通過(guò)反相比例放大電路。放大后的信號(hào)通過(guò)中心頻率為1kHz的帶通濾波器濾除噪聲。再經(jīng)過(guò)小信號(hào)峰值電路，檢測(cè)出正弦信號(hào)的峰值。將輸出的電壓信號(hào)送給單片機(jī)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。此方案的電路結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單。但是，輸入阻抗不能滿(mǎn)足大于等于1MΩ的條件，并且被測(cè)信號(hào)的頻率只能限定在1kHz，不能實(shí)現(xiàn)500Hz~2KH

5、z可變的被測(cè)信號(hào)的檢測(cè)。故根據(jù)題目的要求不采用此方案。方案二：檢測(cè)電路可以由電壓跟隨器、同相比例放大器、帶通濾波電路以及小信號(hào)峰值檢測(cè)電路組成。電壓跟隨器可以提高輸入阻抗，輸入電阻可以達(dá)到1MΩ以上，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)所需；采用同相比例放大器是為了放大在分壓網(wǎng)絡(luò)所衰減的放大倍數(shù)；帶通濾波器為了選擇500Hz～2KHz的微弱信號(hào)；最后通過(guò)小信號(hào)峰值檢測(cè)電路把正弦信號(hào)的幅度值檢測(cè)出來(lái)。這種方案滿(mǎn)足本設(shè)計(jì)的要求切實(shí)可行，故采用此方案。4峰值數(shù)據(jù)采集芯片的方案論證方案一：選用宏晶公司的STC89C52單片機(jī)作為。優(yōu)點(diǎn)在于價(jià)格便宜，但是對(duì)于本設(shè)計(jì)而言，必須外接AD才能

6、實(shí)現(xiàn)，電路復(fù)雜。方案二：采用TI公司提供的MSP430G2553作為控制芯片。由于MSP430G2553資源配置豐富，內(nèi)部集成了10位AD，可以直接使用，簡(jiǎn)化電路，程序?qū)崿F(xiàn)簡(jiǎn)單。此外還有低功耗，以及性?xún)r(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，所以采用該方案。5顯示電路的方案設(shè)計(jì)方案一：采用液晶顯示器作為顯示電路，液晶顯示器顯示內(nèi)容較豐富，可以顯示字母數(shù)字。但對(duì)于本設(shè)計(jì)而已，不需要顯示字母，只需要顯示數(shù)字。性?xún)r(jià)比低，程序設(shè)計(jì)較為復(fù)雜。方案二：利用數(shù)碼管作為顯示電路，性?xún)r(jià)比高，程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。兩種顯示模塊設(shè)計(jì)相比較，數(shù)碼管價(jià)格便宜，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，所有選擇方案二。二理論分析與計(jì)

7、算1純電阻分壓網(wǎng)絡(luò)純電阻分壓網(wǎng)絡(luò)一個(gè)電位器和一個(gè)固定的電阻值串聯(lián)起來(lái)實(shí)現(xiàn)分壓。將電位器的電阻值調(diào)整為100KΩ，固定電阻的阻值為1KΩ。衰減系數(shù)為：,其中=100KΩ,=1KΩ，算出衰減系數(shù)值為A=101，可以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。若因?yàn)殡娮杵詈艽螅沟盟p系數(shù)小于100，則可以通過(guò)調(diào)整電位器增大的阻值。2微弱信號(hào)檢測(cè)電路（1）電壓跟隨器選用OP2134作為電壓跟隨器，輸入電壓等于輸出電壓。為了滿(mǎn)足題目要求輸入阻抗大于1MΩ以上，電壓跟隨器的輸入阻抗值極高，可以達(dá)到此要求。（2）同相比例放大電路由于正弦信號(hào)和噪聲信號(hào)一起疊加以后通過(guò)分壓網(wǎng)絡(luò)以后正弦信號(hào)峰

8、值衰減到100倍，如果要檢測(cè)到不失真理想無(wú)誤差，必須再放大信號(hào)。放大器也是采用OP2134，同相比例放大。如右圖所示，放大