信號放大檢測電路設(shè)計報告11

1、電子設(shè)計大賽設(shè)計書微弱信號檢測電路設(shè)計通信12級小分隊隊員：周廣權(quán)201203010331 趙雪靖201203010327 鄭明威201203010132信號放大檢測電路設(shè)計報告參賽隊伍：通信12級小分隊周廣權(quán) 趙雪靖 鄭明威摘要：本裝置主要由加法器，純電阻分壓網(wǎng)絡(luò)，微弱信號檢測電路，顯示電路四部分組成，本設(shè)計利用函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的正弦波和給定的標(biāo)準(zhǔn)噪聲相加，作為濾波電路的輸入?yún)⒖夹盘?，其中加法器模塊我們用NE5532P芯片來實(shí)現(xiàn)加法作用，電路分壓采用純電阻分壓網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分壓使其衰減系數(shù)不低于100，為了增加它的輸入阻抗，我們在濾波電路之前設(shè)計了一個電壓跟隨電路來實(shí)現(xiàn)，并在之后用同相比例運(yùn)算電路來

2、實(shí)現(xiàn)放大作用。我們的濾波電路有一個二階的巴特沃斯帶通濾波電路構(gòu)成，最后通過51單片機(jī)的的A/D模塊和顯示模塊實(shí)現(xiàn)顯示信號幅度值的功能。一流程圖部分 （一）微弱信號檢測裝置示意圖：（二）原理框圖：   說明： 由信號發(fā)生器發(fā)生的正弦波和已給的標(biāo)準(zhǔn)噪聲構(gòu)成的兩路信號經(jīng)相加器進(jìn)行相加運(yùn)算后整合成一路信號，然后對信號進(jìn)行分壓，在對信號進(jìn)行微弱信號檢測，其中包括濾波部分、放大部分、電壓跟隨部分。最后由51單片機(jī)進(jìn)行采樣輸出幅度值 二方案論證（一）加法器模塊方案：用老師提供的NE5532P實(shí)現(xiàn)加法器模塊，對提供的兩個信號由信號發(fā)生器產(chǎn)生的正弦波和

3、以給定的標(biāo)準(zhǔn)噪聲進(jìn)行相加，NE5532P具有低失真，低噪音等特點(diǎn)，其經(jīng)過不斷模擬輸出測試發(fā)現(xiàn)，滿足題目帶寬大于500KHz的要求（同時發(fā)現(xiàn)OP07CP不符合要求）。加法器模塊原理圖：電路理論原理如下：、（二）純電阻分壓網(wǎng)絡(luò)： 分壓模塊要求純電阻分壓網(wǎng)絡(luò)的衰減系數(shù)不低于100，電路采用1k與100k電阻進(jìn)行串聯(lián)進(jìn)行分壓（三）微弱信號檢測方案：電路三部分：1、 電壓跟隨電路 為了滿足微弱信號檢測電路的輸入阻抗Ri1 MW。我們設(shè)計了電壓跟隨電路，他的輸入阻抗高，而輸出阻抗低。一般來說，輸入阻抗可以達(dá)到幾兆歐姆，而輸出阻抗低，通常只有幾歐姆，甚至更低。2、 放大電路 題目要求當(dāng)輸入正弦波信

4、號VS 的頻率為1 kHz、幅度峰峰值在200mV 2V范圍內(nèi)時，檢測并顯示正弦波信號的幅度值，要求誤差不超過5%。所以我們用同相比例運(yùn)算電路構(gòu)成一個放大器，并把電位器設(shè)為RF，以便調(diào)節(jié)放大倍數(shù)。電路為電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大電路由電路原理虛短和虛斷可得Uo=R7/R5*Ui，所以我們的放大增益在1到200之間。3,、濾波電路我們采用的是二階巴特沃斯濾波電路，根據(jù)f=1/(2*PI*R*C),把f設(shè)在1k歐姆三.測試方案及測試結(jié)果分析 利用信號發(fā)生器，產(chǎn)生一個1kHZ的正弦波，幅度峰峰值在200mV 2V范圍內(nèi)變換；同時，根據(jù)老師要求，利用信號發(fā)生器，把噪聲設(shè)成10k的波形，VN的均方根電壓值固定為

5、1V±0.1V。為便于各個模塊的測試，所有測試端點(diǎn)（AE）已成跳線連接方式。各個點(diǎn)測試波形如下：A點(diǎn)：B點(diǎn)：C點(diǎn)：D點(diǎn)：E點(diǎn)：（四）AD誤差測量及結(jié)果幅度峰峰值實(shí)際測量值(V)理論值(V)200mv0.090.1400mV0.190.2600mv0.290.3800mv0.370.41v0.490.51.2V0.580.61.4V0.680.71.6V0.810.81.8V0.920.92V1.031   四總結(jié)經(jīng)過兩天三夜的電路設(shè)計、焊接調(diào)試、程序設(shè)計聯(lián)調(diào)，最終完成了整個規(guī)定的設(shè)計過程。從最終的結(jié)果看，達(dá)到了預(yù)期的各項(xiàng)基本要求，主要包括 ：加法器的輸出

6、VC =VS+VN，帶寬可達(dá)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于要求的500kHz；純電阻分壓網(wǎng)絡(luò)的衰減系數(shù)不低于100，微弱信號檢測電路的輸入阻抗Ri1 MW，當(dāng)51單片機(jī)檢測并顯示正弦波信號的幅度值是時，由于顯示板的原因，僅當(dāng)輸入200mv，誤差稍微大于5%范圍，其他時候均小于5%;輸入正弦波信號VS 的頻率為1 kHz、幅度峰峰值在200mV 2V范圍內(nèi)等。通過這幾天的設(shè)計競賽，我們不但增強(qiáng)了實(shí)踐能力和合作精神，而且懂得了理論聯(lián)系實(shí)際的重要性，在不斷的調(diào)試中吸取經(jīng)驗(yàn)，這對我們以后的學(xué)習(xí)生活不無裨益，當(dāng)然我們的設(shè)計中還存在著一些缺陷，有待于進(jìn)一步提高， 在此懇請各位老師批評指正。附件1完整電路圖附件2單片機(jī)程序/-函

7、數(shù)聲明，變量定義-#include <reg51.h>#include <intrins.h>sbit SDA=P20; / 將p1.2口模擬數(shù)據(jù)口sbit SCL=P21; / 將p1.7口模擬時鐘口sbit DS1302 =P24;sbit DU = P20;sbit WE = P21;#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define disdata P0 /顯示數(shù)據(jù)碼輸出口sbit LCD_RS = P10; sbit LCD_RW = P11;sbit LCD_EN = P25;uint da

8、ta dis4=0x00,0x00,0x00,0x00; /定義3個顯示數(shù)據(jù)單元和1個數(shù)據(jù)存儲單元uchar code dis4 = "1- . V -"uchar code dis5 = "- -"#define delayNOP(); _nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); bit bdata SystemError; /從機(jī)錯誤標(biāo)志位/* PCF8591專用變量定義 */#definePCF8591_WRITE0x90#definePCF8591_READ 0x91#define NUM 4 /接收和發(fā)送緩存區(qū)的深度uch

9、ar idata receivebufNUM; /數(shù)據(jù)接收緩沖區(qū)void cmg88()/關(guān)數(shù)碼管，點(diǎn)陣函數(shù)DU=1; P0=0X00;DU=0;/*/* */* 延時函數(shù) */* */*/void delay(int ms) while(ms-) uchar i; for(i=0;i<250;i+) _nop_(); _nop_();_nop_();_nop_(); /*/* */*檢查LCD忙狀態(tài) */*lcd_busy為1時，忙，等待。lcd-busy為0時,閑，可寫指令與數(shù)據(jù)。 */* */*/ bit lcd_busy() bit result; LCD_RS = 0; LCD

10、_RW = 1; LCD_EN = 1; delayNOP(); result = (bit)(P0&0x80); LCD_EN = 0; return(result); /*/* */*寫指令數(shù)據(jù)到LCD */*RS=L，RW=L，E=高脈沖，D0-D7=指令碼。 */* */*/void lcd_wcmd(uchar cmd) while(lcd_busy(); LCD_RS = 0; LCD_RW = 0; LCD_EN = 0; _nop_(); _nop_(); P0 = cmd; delayNOP(); LCD_EN = 1; delayNOP(); LCD_EN = 0;

11、 /*/* */*寫顯示數(shù)據(jù)到LCD */*RS=H，RW=L，E=高脈沖，D0-D7=數(shù)據(jù)。 */* */*/void lcd_wdat(uchar dat) while(lcd_busy(); LCD_RS = 1; LCD_RW = 0; LCD_EN = 0; P0 = dat; delayNOP(); LCD_EN = 1; delayNOP(); LCD_EN = 0; /*/* */* LCD初始化設(shè)定 */* */*/void lcd_init() delay(15); lcd_wcmd(0x38); /16*2顯示，5*7點(diǎn)陣，8位數(shù)據(jù) delay(5); lcd_wcmd(

12、0x38); delay(5); lcd_wcmd(0x38); delay(5); lcd_wcmd(0x0c); /顯示開，關(guān)光標(biāo) delay(5); lcd_wcmd(0x06); /移動光標(biāo) delay(5); lcd_wcmd(0x01); /清除LCD的顯示內(nèi)容 delay(5);/*/* */* 設(shè)定顯示位置 */* */*/void lcd_pos(uchar pos) lcd_wcmd(pos | 0x80); /數(shù)據(jù)指針=80+地址變量/*/* */* 數(shù)據(jù)處理與顯示 */* 將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行16進(jìn)制轉(zhuǎn)換為ASCLL碼。 */* */*/show_value(uchar

13、ad_data) dis2=ad_data/51; /AD值轉(zhuǎn)換為3為BCD碼，最大為5.00V。 dis2=dis2+0x30; /轉(zhuǎn)換為ACSII碼 dis3=ad_data%51; /余數(shù)暫存 dis3=dis3*10; /計算小數(shù)第一位 dis1=dis3/51; dis1=dis1+0x30; /轉(zhuǎn)換為ACSII碼 dis3=dis3%51; dis3=dis3*10; /計算小數(shù)第二位 dis0=dis3/51; / dis0=dis0+0x30; /轉(zhuǎn)換為ACSII碼 /-/ 函數(shù)名稱： iic_start()/ 函數(shù)功能： 啟動I2C總線子程序/-void iic_start(

14、void) /時鐘保持高，數(shù)據(jù)線從高到低一次跳變，I2C通信開始SDA = 1; SCL = 1;delayNOP(); / 延時5us SDA = 0;delayNOP(); SCL = 0;/-/ 函數(shù)名稱： iic_stop()/ 函數(shù)功能： 停止I2C總線數(shù)據(jù)傳送子程序/-void iic_stop(void) SDA = 0; /時鐘保持高，數(shù)據(jù)線從低到高一次跳變，I2C通信停止SCL = 1;delayNOP();SDA = 1;delayNOP(); SCL = 0;/-/ 函數(shù)名稱： iicInit_()/ 函數(shù)功能： 初始化I2C總線子程序/- void iicInit(vo

15、id) SCL = 0; iic_stop(); /-/ 函數(shù)名稱： slave_ACK/ 函數(shù)功能： 從機(jī)發(fā)送應(yīng)答位子程序/-void slave_ACK(void)SDA = 0; SCL = 1;delayNOP();SCL = 0;/-/ 函數(shù)名稱： slave_NOACK/ 函數(shù)功能： 從機(jī)發(fā)送非應(yīng)答位子程序，迫使數(shù)據(jù)傳輸過程結(jié)束/-void slave_NOACK(void) SDA = 1;SCL = 1;delayNOP();SDA = 0; SCL = 0; /-/ 函數(shù)名稱： check_ACK/ 函數(shù)功能： 主機(jī)應(yīng)答位檢查子程序，迫使數(shù)據(jù)傳輸過程結(jié)束/-void chec

16、k_ACK(void) SDA = 1; / 將SDA設(shè)置成輸入，必須先向端口寫1SCL = 1;F0 = 0;delayNOP(); if(SDA = 1) / 若SDA=1表明非應(yīng)答，置位非應(yīng)答標(biāo)志F0 F0 = 1; SCL = 0;/-/ 函數(shù)名稱： IICSendByte/ 入口參數(shù)： ch/ 函數(shù)功能： 發(fā)送一個字節(jié)/-void IICSendByte(uchar ch) unsigned char idata n=8; / 向SDA上發(fā)送一位數(shù)據(jù)字節(jié)，共八位while(n-) if(ch&0x80) = 0x80) / 若要發(fā)送的數(shù)據(jù)最高位為1則發(fā)送位1 SDA = 1;

17、 / 傳送位1SCL = 1; delayNOP();/SDA = 0;SCL = 0; else SDA = 0; / 否則傳送位0SCL = 1;delayNOP(); SCL = 0;ch = ch<<1; / 數(shù)據(jù)左移一位/-/ 函數(shù)名稱： IICreceiveByte/ 返回接收的數(shù)據(jù)/ 函數(shù)功能： 接收一字節(jié)子程序/-uchar IICreceiveByte(void)uchar idata n=8; / 從SDA線上讀取一上數(shù)據(jù)字節(jié)，共八位uchar tdata=0;while(n-) SDA = 1; SCL = 1; tdata =tdata<<1;

18、/左移一位 if(SDA = 1) tdata = tdata|0x01; / 若接收到的位為1，則數(shù)據(jù)的最后一位置1else tdata = tdata&0xfe; / 否則數(shù)據(jù)的最后一位置0 SCL = 0; return(tdata);/-/ 函數(shù)名稱： DAC_PCF8591/ 入口參數(shù)： slave_add從機(jī)地址,n要發(fā)送的數(shù)據(jù)個數(shù)/ 函數(shù)功能： 發(fā)送n位數(shù)據(jù)子程序/-void DAC_PCF8591(uchar controlbyte,uchar w_data) iic_start(); / 啟動I2CdelayNOP();IICSendByte(PCF8591_WRIT

19、E); / 發(fā)送地址位check_ACK(); / 檢查應(yīng)答位 if(F0 = 1) SystemError = 1;return; / 若非應(yīng)答，置錯誤標(biāo)志位 IICSendByte(controlbyte&0x77);/Control byte check_ACK(); /檢查應(yīng)答位 if(F0 = 1) SystemError = 1;return; / 若非應(yīng)答，置錯誤標(biāo)志位 IICSendByte(w_data); /data bytecheck_ACK(); / 檢查應(yīng)答位 if(F0 = 1) SystemError = 1; return; / 若非應(yīng)答表明器件錯誤或已

20、壞，置錯誤標(biāo)志位SystemError iic_stop(); / 全部發(fā)完則停止delayNOP();delayNOP();delayNOP();delayNOP();/-/ 函數(shù)名稱： ADC_PCF8591/ 入口參數(shù)： controlbyte控制字/ 函數(shù)功能： 連續(xù)讀入4路通道的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果到receivebuf/-void ADC_PCF8591(uchar controlbyte) uchar idata receive_da,i=0;iic_start();IICSendByte(PCF8591_WRITE);/控制字check_ACK();if(F0 = 1)SystemE

21、rror = 1;return;IICSendByte(controlbyte);/控制字check_ACK();if(F0 = 1)SystemError = 1;return; iic_start(); /重新發(fā)送開始命令 IICSendByte(PCF8591_READ);/控制字check_ACK();if(F0 = 1)SystemError = 1;return; IICreceiveByte(); /空讀一次，調(diào)整讀順序 slave_ACK(); /收到一個字節(jié)后發(fā)送一個應(yīng)答位while(i<4) receive_da=IICreceiveByte(); receivebufi+=receive_da; slave_ACK(); /收到一個字節(jié)后發(fā)送一個應(yīng)答位slave_NOACK(); /收到最后一個字節(jié)后發(fā)送一個非應(yīng)答位iic_stop();/-/ 函數(shù)名稱： main/ 函數(shù)功能： 主程序/-main() uchar i,l,max;max=0x00; delay(10); /延