低頻測量放大器設(shè)計(jì)

1、低頻測量放大器設(shè)計(jì)第1頁，共28頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期日差模電壓放大倍數(shù) AVD1500，可手動調(diào)節(jié)；最大輸出電壓為10V，非線性誤差 105 ；在AVD500時，輸出端噪聲電壓的峰峰值小于1V；通頻帶010Hz ；直流電壓放大器的差模輸入電阻2MW（可不測試，由電路設(shè)計(jì)予以保證）；溫度測量范圍：環(huán)境溫度100，誤差為2 設(shè)計(jì)要求第2頁，共28頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期日基本原理系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理框圖：溫度傳感器集成運(yùn)放/濾波測量放大器單片機(jī)（A/D）LCD顯示第3頁，共28頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期日1、溫度傳感器模塊設(shè)計(jì)方案一：使用

2、MSP430內(nèi)置的16位Sigma-Delta型ADC中的集成溫度傳感器。SD16模塊中任一ADC選擇通道6即可測量內(nèi)部溫度傳感器的輸出電壓，以此獲得芯片溫度。當(dāng)單片機(jī)處于低功耗運(yùn)行時，芯片溫度和環(huán)境溫度近乎相等。方案二：使用WZP型鉑電阻溫度傳感器Pt1000 。其線性度相對較好，耐氧化能力很強(qiáng)，并且溫度范圍寬 。第4頁，共28頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期日最終方案確定： 結(jié)合題目要求與測量精度和靈活度的要求，選擇采用WZP型鉑電阻溫度傳感器Pt1000 。第5頁，共28頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期日溫度傳感信號處理電路 基本的恒流源電路見圖2，用鉑電阻R

3、T代替反相放大器的Rf，根據(jù)反相放大器的公式可以得到： Vi，R1固定后，流過RT的電流恒定，Vo與RT成正比，從RT的變化可以得到相應(yīng)的電壓的變化，從而實(shí)現(xiàn)了電壓輸出，并且線性度保持不變。第6頁，共28頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期日溫度傳感信號處理電路 理想溫度傳感電路在0時輸出電壓為0 V，而在圖1中RT=1 000.8 ，代入式(1)得到的Vo不為0，所以需要對電壓進(jìn)行調(diào)零。實(shí)現(xiàn)的方法是在圖2中的運(yùn)放的同相端加一個輸入電壓進(jìn)行調(diào)整，如圖3所示。實(shí)際中還需并聯(lián)降噪電容器，取值1F，R均取 。第7頁，共28頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期日測量放大器電路測量放

4、大器要求對共模信號具有強(qiáng)抑制能力。第8頁，共28頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期日 三運(yùn)放差動放大電路帶電壓跟隨器，可以獲得很高的輸入電阻，即在差動放大電路兩個輸入端各加一個電壓跟隨器。由圖得：電阻Rp的電流：運(yùn)放A1與A2輸出電壓之差：由上兩式得：第9頁，共28頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期日 運(yùn)放A1及A2對差模信號放大 =25倍，對共模 信號只起跟隨作用，即將差模信號與共模信號之比提 高了 =24倍，從而提高了電路的共模抑制比。 采用同相輸入，有利于提高輸入阻抗，再加之電壓跟隨器具有高輸入阻抗，因此輸入阻抗趨于無窮，滿足設(shè)計(jì)要求。 電路要求：a. 運(yùn)放A1、

5、A2的特性一致性。b. 電阻要精密配合。第10頁，共28頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期日實(shí)際電路及指標(biāo)第11頁，共28頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期日后端集成放大電路 第12頁，共28頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期日第1級差模放大倍數(shù)Av1：Av1=1+R1/R2 =4第2級差模放大倍數(shù)Av2：Av2=1+R6/R5=5;其中R14調(diào)為40k即后級集成運(yùn)放增益為20第13頁，共28頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期日 前端測量放大器與后端集成放大器之間加入二階低通濾波器，有如下關(guān)系： 同相放大器的電壓放大倍數(shù)k = 1+R1/R2 品

6、質(zhì)因數(shù)： 截止頻率： 經(jīng)計(jì)算各指標(biāo)已在電路圖上標(biāo)明 第14頁，共28頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期日單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換模塊 前端加入RC濾波器，電容提供大部分電荷，R將運(yùn)放輸出與電容隔開，使之呈現(xiàn)無跳躍的阻抗。第15頁，共28頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期日 單片機(jī)內(nèi)部基準(zhǔn)電壓Vref=1200mV條件下，ADC數(shù)據(jù)格式設(shè)置為“有符號”時，0V對應(yīng)采樣值為0，Vref/2（600mV）對應(yīng)ADC采樣值為32767。設(shè)ADC采樣值為D，輸出電壓為：攝氏溫度=V/溫度系數(shù)(3.851mV/ ),最終得：第16頁，共28頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期日直

7、流穩(wěn)壓電源模塊 直流穩(wěn)壓電源電路主要由變壓部分，整流部分，濾波部分，穩(wěn)壓部分組成，采用的是比較常用的穩(wěn)壓電源電路。主要利用兩個穩(wěn)壓芯片，LM7815及LM7915產(chǎn)生所需要的+ -15V電壓輸出。由于運(yùn)放需要雙電源供電，因而采用雙輸出的變壓器實(shí)現(xiàn)雙電源的輸出，運(yùn)放所需要的電源為15V，所以15V輸出的變壓器即滿足要求，對于該穩(wěn)壓電源的基本原理如下其電路如圖所示：第17頁，共28頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期日第18頁，共28頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期日程序設(shè)計(jì) 針對MSP430編寫相應(yīng)的C語言程序，共有溫度采集和顯示兩大模塊，最后附加校準(zhǔn)程序。第19頁，共2

8、8頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期日主程序Void main(void) int i; long int DegC; WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD; FLL_CTL0|=XGAP18PF; for(i=0;i1000;i+); /讓時鐘穩(wěn)定 SD16CTL=SD16REFON+SD16VMIDON+SD16SSEL0; /開啟內(nèi)部1.2V基準(zhǔn)源，開啟緩沖器，ADC時鐘為SMCLK（默認(rèn)1.048MHz） SD16CCTL0|=SD16SNGL+SD16DF; /單次采樣，輸出為有符號數(shù) SD16INCTL0|=SD16INCH_0+SD16GAIN_n; /通道0，放

9、大n倍 for(i=0;i500;i+); /讓基準(zhǔn)電壓穩(wěn)定 BTCTL=0; LCD_Init();第20頁，共28頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期日 while(1) int Voltage; _EINT(); ADC0_Flag=0; SD16CCTL0|=SD16SC; /開始采樣 while(ADC_Flag0=0) LPM0; Voltage=(int)ADC_Result0; while(SD16CCTL0&SD16IFG)=0); DegC=(long int)Voltage*3120)/65536; /計(jì)算攝氏溫度 LCD_DisplayDecimal(DegC

10、,1); /顯示溫度，帶1位小數(shù) LCD_InsertChar(DT); /”?！?LCD_InsertChar(CC); /C,顯示： for(i=0;i30000;i+); 第21頁，共28頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期日中斷服務(wù)程序（三通道）char ADC_Flag3=0,0,0;Unsigned int ADC_Result3;#pragma vector=SD16_VECTOR_interrupt void SD16ISR(void) switch(SD16IV) case2: break; /SD16超量程，不處理 case4: ADC_Result0=SD16M

11、EM0; /ADC0 ADC_Flag0=1; break; case6: ADC_Result1=SD16MEM1; /ADC1 ADC1_Flag1=1; break; case8: ADC_Result2=SD16MEM2; /ADC2 ADC2_Flag2=2; break; _low_power_mode_off_on_exit();第22頁，共28頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期日LCD顯示部分#define d 0 x01#define g 0 x02#define b 0 x04#define a 0 x08#define DP 0 x10#define e 0

12、x20#define f 0 x40#define c 0 x80#define NEG 0 x02const char LCD_Tab = a+b+c+d+e+f, /”0” b+c, /”1” a+b+d+e+g, /”2” a+b+c+d+g, /”3” b+c+f+g, /”4” a+c+d+f+g, /”5” a+c+d+e+f+g, /”6” a+b+c, /”7” a+b+c+d+e+f+g, /”8” a+b+c+d+f+g, /”9”;第23頁，共28頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期日#undef a#undef b#undef c#undef d#undef

13、e#undef f#undef g第24頁，共28頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期日void LCD_DisplayDigit(char Digit,char Location) char DigitSeg; char *pLCD; DigitSeg=LCD_TabDigit; pLCD=(char*)&LCDM1; pLCDLocation=DigitSeg;第25頁，共28頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期日void LCD_DisplayNumber(unsigned int Number) /無效0消隱顯示正整數(shù) char *pLCD; char DispBu

14、ff5; /有效數(shù)字拆分結(jié)果 char i; pLCD=(char*)&LCDM1; for(i=0;i0;i-) if(DispBuffi=0) DisBuffi=255; else break; for(i=0;i5;i+) /依次顯示 if(DispBuffi=255) pLCDi=0; else LCD_DisplayDigit(DispBuffi,i); 第26頁，共28頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)45分，星期日void LCD_DisplayDecimal(int Number,char DOT) /顯示正、負(fù)、小數(shù) char *pLCD=(char*)&LCDM1; char Negative=0; if(Number0) Number=-Number; Negative=1; LCD_DisplayNumber(Number); pLCDDOT|=DP; if(Negative) pLCD5=NEG; else pL