專科模板-簡(jiǎn)易鎖相放大器設(shè)計(jì)

-.z電子科技大學(xué)畢業(yè)論文簡(jiǎn)易鎖相放大器設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師：*萍職稱：講師學(xué)生**：文國(guó)江專業(yè):電子信息工程班級(jí)：英特爾班**：V2010年06月01日電子科技大學(xué)成教院制目錄第一章選題背景1.1背景說(shuō)明…………31.2選題依據(jù)…………31.3本文工作…………4第二章鎖相放大器的原理…………………5第三章研究與分析…………83.1參考信號(hào)產(chǎn)生的方法比擬與選擇……83.2前端放大器的設(shè)計(jì)……………………83.3移相方法比擬與選擇…………………83.4相敏檢波器的方法比擬與選擇………8第四章系統(tǒng)設(shè)計(jì)………………104.1總體設(shè)計(jì)……………104.2硬件設(shè)計(jì)……………114.2.1前置放大器的設(shè)計(jì)………………114.2.2移相電路的設(shè)計(jì)…………………124.2.3相敏檢波的設(shè)計(jì)…………………134.2.4低通濾波器的設(shè)計(jì)………………144.3軟件設(shè)計(jì)……………15第五章系統(tǒng)測(cè)試………………16第六章附錄……………………18總結(jié)………………26致謝………………27參考文獻(xiàn)…………28第一章選題背景背景說(shuō)明1962年美國(guó)EG&GPARC(SIGNALRECOVERY公司的前身)的第一臺(tái)鎖相放大器(Lock-inAmplifier，簡(jiǎn)稱LIA)的創(chuàng)造，使微弱信號(hào)檢測(cè)技術(shù)得到標(biāo)志性的突破，極大地推動(dòng)了根底科學(xué)和工程技術(shù)的開(kāi)展。目前，微弱信號(hào)檢測(cè)技術(shù)和儀器的不斷進(jìn)步，已經(jīng)在很多科學(xué)和技術(shù)領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用，未來(lái)科學(xué)研究不僅對(duì)微弱信號(hào)檢測(cè)技術(shù)提出更高的要求，同時(shí)新的科學(xué)技術(shù)開(kāi)展反過(guò)來(lái)促進(jìn)了微弱信號(hào)檢測(cè)新原理和新方法的誕生。早期的LIA是由模擬電路實(shí)現(xiàn)的，隨著數(shù)字技術(shù)的開(kāi)展，出現(xiàn)了模擬與數(shù)字混合的LIA，這種LIA只是在信號(hào)輸入通道，參考信號(hào)通道和輸出通道采用了數(shù)字濾波器來(lái)抑制噪聲，或者在模擬鎖相放大器〔簡(jiǎn)稱ALIA〕的根底上多了一些模數(shù)轉(zhuǎn)換〔ADC〕、數(shù)模轉(zhuǎn)換〔DAC〕和各種通用數(shù)字接口功能，可以實(shí)現(xiàn)由計(jì)算機(jī)控制、監(jiān)視和顯示等輔助功能，但其核心相敏檢波器(PSD)或解調(diào)器仍是采用模擬電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，本質(zhì)上也是ALIA。直到相敏檢波器或解調(diào)器用數(shù)字信號(hào)處理的方式實(shí)現(xiàn)后，就出現(xiàn)了數(shù)字鎖相放大器〔簡(jiǎn)稱DLIA〕，DLIA比ALIA有許多突出的優(yōu)點(diǎn)而倍受青睞，成為現(xiàn)在微弱信號(hào)檢測(cè)研究的熱點(diǎn)，但是在一些特殊的場(chǎng)合中，ALIA仍然發(fā)揮著DLIA不可替代的作用。選題依據(jù)微弱信號(hào)檢測(cè)技術(shù)是一門新興的技術(shù)科學(xué)，它運(yùn)用近年來(lái)迅速開(kāi)展起來(lái)的電子學(xué)、信息論和物理學(xué)方法，分析噪聲產(chǎn)生的原因和規(guī)律，研究被測(cè)信號(hào)和噪聲的統(tǒng)計(jì)特性及其差異，采用一系列的信號(hào)處理方法，到達(dá)檢測(cè)被背景噪聲覆蓋的微弱信號(hào)。運(yùn)用微弱信號(hào)檢測(cè)技術(shù)可以測(cè)量到傳統(tǒng)觀念認(rèn)為不能測(cè)量的微弱信號(hào)，如弱光、小位移、微震動(dòng)、微溫差、小電容、弱磁、弱聲、微電導(dǎo)、微電流等，使微弱信號(hào)測(cè)量精度得到很大的提高?！拔⑷跣盘?hào)"不僅意味著信號(hào)的幅度小，而且主要指的是被噪聲淹沒(méi)的信號(hào)，“微弱〞是相對(duì)于噪聲而言的。為了檢測(cè)被噪聲覆蓋的微弱信號(hào)，人們進(jìn)展了長(zhǎng)期的研究工作，分析噪聲產(chǎn)生的原因與規(guī)律，研究被測(cè)信號(hào)的特點(diǎn)、相關(guān)性及噪聲的統(tǒng)計(jì)特性，以尋造出從背景噪聲中檢測(cè)出有用信號(hào)的方法。微弱信號(hào)檢測(cè)技術(shù)大量應(yīng)用在光譜學(xué)、物理、化學(xué)、天文、光通訊、雷達(dá)、聲納、以及生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域。目前的微弱信號(hào)檢測(cè)的方法有窄帶濾波、取樣積分、相關(guān)檢測(cè)、三重相關(guān)匹配、隨機(jī)共振、混沌振子、小波變換等方法。能在背景噪聲中檢測(cè)有用信號(hào)的微弱信號(hào)檢測(cè)儀器，為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了強(qiáng)有力的測(cè)試手段，應(yīng)用*圍普及幾乎所有的科學(xué)領(lǐng)域，已成為現(xiàn)代科技必備的常用儀器。微弱信號(hào)檢測(cè)技術(shù)的首要任務(wù)是提高信噪比，這就要采用電子學(xué)、信息論、計(jì)算機(jī)和物理學(xué)的方法，以便從強(qiáng)噪聲中檢測(cè)出有用的微弱信號(hào)，從而滿足現(xiàn)代科學(xué)研究和技術(shù)開(kāi)展的需要。微弱信號(hào)檢測(cè)技術(shù)不同于一般的檢測(cè)技術(shù)，它注重的不是傳感器的物理模型和傳感原理、相應(yīng)的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路和儀表實(shí)現(xiàn)方法，而是如何抑制噪聲和提高信噪比，因此可以說(shuō)，微弱信號(hào)檢測(cè)是一門專門抑制噪聲的技術(shù).對(duì)于各種微弱的被測(cè)量，如弱光、小位移、微震動(dòng)、微溫差、小電容、弱磁、弱聲、微電導(dǎo)、微電流等，一般都是通過(guò)相應(yīng)的傳感器將其轉(zhuǎn)換為微電流或低電壓，再經(jīng)放大器放大其幅度到達(dá)預(yù)期被測(cè)量的大小。但是，由于被測(cè)量的信號(hào)微弱，傳感器、放大電路和測(cè)量?jī)x器的固有噪聲以及外界的干擾噪聲往往比有用信號(hào)的幅度大的多，放大被測(cè)信號(hào)的同時(shí)也放大了噪聲，而且必然會(huì)附加一些額外的噪聲，例如放大器的內(nèi)部固有噪聲和各種外部干擾的影響，因此只靠放大是不能把微弱信號(hào)檢測(cè)出來(lái)的。只有在有效地抑制噪聲的條件下增大微弱信號(hào)的幅度，才能提取出有用的信號(hào)。為了到達(dá)這樣的目的，必須研究微弱信號(hào)檢測(cè)理論、方法和設(shè)備。微弱信號(hào)檢測(cè)的目的是從強(qiáng)噪聲中提取有用信號(hào)，或用一些新技術(shù)和新方法來(lái)提高檢測(cè)系統(tǒng)輸出信號(hào)的信噪比。對(duì)微弱信號(hào)檢測(cè)理論的研究，探索新的微弱信號(hào)檢測(cè)方法，研制新的微弱信號(hào)檢測(cè)設(shè)備是目前檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)。檢測(cè)微弱信號(hào)的核心問(wèn)題是對(duì)噪聲的處理，最簡(jiǎn)單、最常用的方法是采用選頻放大技術(shù)，使放大器的中心頻率f0與待測(cè)信號(hào)頻率一樣，從而對(duì)噪聲進(jìn)展抑制，但此法存在中心頻度不穩(wěn)、帶寬不能太窄及對(duì)等測(cè)信號(hào)缺點(diǎn)。后來(lái)開(kāi)展了鎖相放大技術(shù)。它利用等測(cè)信號(hào)和參與信號(hào)的相互關(guān)檢測(cè)原理實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的窄帶化處理，能有效的抑制噪聲，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的檢測(cè)和跟蹤。目前，鎖相放大技術(shù)已廣泛地用于物理、化學(xué)、生物、電訊、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。因此，培養(yǎng)學(xué)生掌握這種技術(shù)的原理和應(yīng)用，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。所以針對(duì)微小信號(hào)測(cè)量，我們很有必要針對(duì)鎖相放大器進(jìn)展研究和設(shè)計(jì).本文主要工作微弱信號(hào)檢測(cè)是隨著工程應(yīng)用而不斷開(kāi)展的一門學(xué)科。對(duì)于強(qiáng)噪聲背景環(huán)境下微弱信號(hào)檢測(cè)方法的研究是信號(hào)處理技術(shù)中的綜合技術(shù)和尖端領(lǐng)域，隨著社會(huì)及科技的開(kāi)展，微弱信號(hào)檢測(cè)己經(jīng)在物理、化學(xué)、天文、生物、醫(yī)學(xué)以及多種工程應(yīng)用領(lǐng)域得到了相當(dāng)廣泛的應(yīng)用，在國(guó)內(nèi)外越來(lái)越得到重視。本文首先對(duì)鎖相放大器的背景、原理進(jìn)展分析，再對(duì)各部件進(jìn)展研究、設(shè)計(jì)，最后完成系統(tǒng)測(cè)試并得出結(jié)論。簡(jiǎn)易鎖相放大器的設(shè)計(jì)采用C51產(chǎn)生參考信號(hào);由信號(hào)通道、相敏檢波和低通濾波、參考信道三大主要模塊組成;通過(guò)輸入信號(hào)與同頻參考信號(hào)的互相關(guān)計(jì)算，可以濾除絕大局部噪聲，再經(jīng)過(guò)低通濾波器輸出直流信號(hào)，經(jīng)AD采樣后到達(dá)測(cè)量出小信號(hào)的目的。在本設(shè)計(jì)中能夠到達(dá)的指標(biāo)有：測(cè)量電壓*圍1uV～100mV；360°*圍顯示被測(cè)信號(hào)與參考信號(hào)的相位差；參考方波信號(hào)工作頻率*圍：100HZ～10KHZ，步進(jìn)1HZ；信號(hào)幅度：0.1VPP~5VPP，步進(jìn)0.1V等功能。第二章鎖相放大器的原理鎖相放大器L隊(duì)(Lock．inAmplifier，簡(jiǎn)稱L隊(duì))就是利用互相關(guān)的原理設(shè)計(jì)的一種同步相干檢測(cè)儀。它是一種對(duì)檢測(cè)信號(hào)和參考信號(hào)進(jìn)展相關(guān)運(yùn)算的電子設(shè)備。在測(cè)量中，噪聲是一種不希望的擾亂信號(hào)，它是限制和影響測(cè)量?jī)x器的靈敏度的白噪聲和1／f噪聲的低頻噪聲。這些噪聲是無(wú)法用屏蔽等措施消除的。為了減少噪聲對(duì)有用信號(hào)的影響，常用窄帶濾波器濾除帶外噪聲，以提高信號(hào)的信噪比。但是，由于一般濾波器的中心頻率不穩(wěn)，而且?guī)捄椭行念l率以及濾波器的Q值有關(guān)等原因，使它不滿足更高的濾除噪聲之要求。根據(jù)相關(guān)原理，通過(guò)乘法器和積分器串聯(lián)，進(jìn)展相關(guān)運(yùn)算，除去噪聲干擾，實(shí)現(xiàn)相敏檢波，鎖相放大器采用互相關(guān)承受技術(shù)使儀器抑制噪聲的性能提高了好幾個(gè)數(shù)量級(jí)。另外，還可以用斬波技術(shù)，把低頻以至直流信號(hào)變成高頻交流信號(hào)后進(jìn)展處理，從而避開(kāi)了低頻噪聲的影響。鎖相放大器抑制噪聲的性能如下：國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的鎖相放大器的等效噪聲帶寬厶在103Hz數(shù)量級(jí)，少數(shù)的可以到達(dá)4×104Hz，信號(hào)帶寬2．55×106Hz，可見(jiàn)，儀器具有非常窄的信號(hào)和噪聲帶寬，通常帶通濾波器由于Q值的定義，常規(guī)濾波器很難到達(dá)一些性能。而鎖相放大器被測(cè)信號(hào)和參考信號(hào)是同步的，它不存在頻率穩(wěn)定性問(wèn)題，所以可以把它看成為一個(gè)“跟蹤濾波器"。它的等效Q值由低通濾波器的積分時(shí)間常數(shù)決定，所以對(duì)元件和環(huán)境的穩(wěn)定性要求不高。研究說(shuō)明，鎖相放大器使信噪比提高一萬(wàn)多倍即信噪比提高了80dB以上。這足以說(shuō)明，采用相關(guān)技術(shù)設(shè)計(jì)的鎖相放大器具有很強(qiáng)的抑制噪聲能力。目前鎖相放大器有如下特點(diǎn)：極高的放大倍數(shù)，假設(shè)有輔助前置放大器，增益可達(dá)101l(即220dB)，能檢測(cè)極微弱信號(hào)交流輸入、直流輸出，其直流輸出電壓正比于輸入信號(hào)幅度及被測(cè)信號(hào)與參考信號(hào)相位差，滿刻度靈敏度達(dá)pV、nV甚至于pV量級(jí)。由此可見(jiàn)，鎖相放大器具有極強(qiáng)的抗噪聲性能。它和一般的帶通放大器不同，輸出信號(hào)并不是輸入信號(hào)的放大，而是把交流信號(hào)放大并變成相應(yīng)的直流信號(hào)。因此，這實(shí)際上不符合常規(guī)放大器的功能。在國(guó)外常把這類儀器稱為鎖相放大器?？衫斫鉃榘汛郎y(cè)信號(hào)中與參考信號(hào)同步的信號(hào)放大并檢測(cè)出來(lái)。因此，將鎖相放大器稱為“鎖定檢測(cè)儀"或“同步檢測(cè)儀"或許更為確切。但目前國(guó)內(nèi)都稱為“鎖相放大器"或“鎖定放大器"。鎖相放大器通常分為模擬鎖相放大器和數(shù)字鎖相放大器，而兩種類型的L隊(duì)各有優(yōu)缺點(diǎn)。常用的模擬鎖相放大器雖然速度快，但是參數(shù)穩(wěn)定性和靈活性差，且在與微處理器通訊的時(shí)候需要轉(zhuǎn)換電路；傳統(tǒng)數(shù)字鎖相放大器一般使用高速ADC對(duì)信號(hào)進(jìn)展高速采樣，然后使用比擬復(fù)雜的算法進(jìn)展鎖相運(yùn)算，這對(duì)微處理器的速度要求很高。為了大幅度提高檢測(cè)下限和測(cè)量靈敏度，不僅要減少測(cè)量系統(tǒng)的噪聲，而且要能從噪聲中提取信號(hào)，故采用的新思路，進(jìn)展相干檢測(cè)。其根本思想是：1)首先使測(cè)量系統(tǒng)的主要局部，避開(kāi)噪聲功率密度大的地方，從而使輸入噪聲較小。在低頻區(qū)，閃爍噪聲可以比自噪聲高出數(shù)倍、數(shù)十倍、甚至數(shù)百倍。因此，要設(shè)法使信號(hào)不失真的從低頻區(qū)移出(1／F角以外)。2)對(duì)不同的頻率信號(hào)，應(yīng)該設(shè)法將其移頻至固定中心頻率，這樣就可以使用固定中心頻率，固定頻帶的BPF。3)從信號(hào)與噪聲的特征比照可以看出，信號(hào)與多數(shù)噪聲有頻率和相位兩個(gè)方面的不同。BPF只是利用頻率特征的識(shí)別。因此，如果再利用相位特征的識(shí)別，將可把同頻率、不同相位的噪聲大量排除。在光學(xué)中，對(duì)頻率和相位都進(jìn)展區(qū)分的方法稱為相干法，故這種檢測(cè)方法叫相干檢測(cè)，在電子學(xué)中，這種檢測(cè)方法稱為鎖定相位。把上述三種設(shè)想加以實(shí)施，而完成頻域信號(hào)相干檢測(cè)的系統(tǒng)，稱為鎖相放大器(Lock．illAmplifier，簡(jiǎn)寫LIA)。其框圖見(jiàn)圖2-1所示。各部件的功能是：信號(hào)通道把輸入信號(hào)選頻放大(初步濾除噪聲)后，輸入給相關(guān)器：參考通道在觸發(fā)信號(hào)的同步下，輸出相位可調(diào)節(jié)的、與輸入信號(hào)同頻率的參考波形；相關(guān)器對(duì)兩路信號(hào)進(jìn)展運(yùn)算，然后對(duì)結(jié)果處理并輸出.圖2-1鎖相放大器原理框圖第三章研究與分析3.1參考信號(hào)產(chǎn)生的方法比擬與選擇參考信號(hào)〔ReferenceSignal,RS〕,就是常說(shuō)的“導(dǎo)頻〞信號(hào)，是由發(fā)射端提供應(yīng)接收端用于信道估計(jì)或信道探測(cè)的一種信號(hào)。要產(chǎn)生一定頻率*圍的正弦波參考信號(hào)主要有三種方法：通過(guò)C51控制MA*038產(chǎn)生正弦波，或通過(guò)C51控制DDS產(chǎn)生正弦波,直接由C51產(chǎn)生正弦波。三者比擬起來(lái)，由于單片機(jī)直接控制輸出正弦波，電路簡(jiǎn)單便于實(shí)現(xiàn)，調(diào)試容易，所以在本設(shè)計(jì)中采用單片機(jī)來(lái)作為產(chǎn)生參考信號(hào)的波形發(fā)生器。3.2前端放大器的設(shè)計(jì)方案一：使用可編程運(yùn)放PGA202,PGA203通過(guò)增益的不同組合實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)*圍1uV～100mV的選擇性放大，但是編程比擬復(fù)雜。方案二：使用常用運(yùn)放OPA2335，OPA132的組合通過(guò)開(kāi)關(guān)控制實(shí)現(xiàn)放大倍數(shù)為10，1000,100000的變化，對(duì)輸入信號(hào)*圍1uV～100mV分別進(jìn)展不同選擇的放大。電路設(shè)計(jì)和使用都比擬簡(jiǎn)單。兩者比擬起來(lái)，由于后者電路設(shè)計(jì)和使用都比擬簡(jiǎn)單，所以本設(shè)計(jì)中采用開(kāi)關(guān)控制對(duì)不同信號(hào)選擇性放大。3.3移相方法比擬與選擇方案一：數(shù)字移相：數(shù)字移相可以在4個(gè)象限內(nèi)進(jìn)展0～89°的調(diào)節(jié)，合起來(lái)即實(shí)現(xiàn)了0～360°的移相，由集成芯片控制頻率和相位預(yù)制，如用CD4046鎖相環(huán)組成，但是增加了電路的復(fù)雜度，本錢也很高；方案二：模擬移相：模擬移相電路采用阻容式移相電路。優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單可靠，缺點(diǎn)是相角可調(diào)*圍只有180°，但是可以通過(guò)級(jí)聯(lián)的方式使相移*圍到達(dá)360°。兩者比擬起來(lái)，由于后者電路簡(jiǎn)單可靠，所以本設(shè)計(jì)中采用模擬移相。3.4相敏檢波器的方法比擬與選擇方案一：集成模擬乘法器：模擬乘法器調(diào)試復(fù)雜，價(jià)格較高，且要求保證動(dòng)態(tài)*圍大，線性好等，較難實(shí)現(xiàn)；方案二：開(kāi)關(guān)式乘法器：開(kāi)關(guān)式乘法器具有價(jià)格低廉，根本無(wú)需調(diào)試等優(yōu)點(diǎn)，是一種較為實(shí)用的相敏檢波器。兩者比擬起來(lái)，由于后者具有價(jià)格低廉，根本無(wú)需調(diào)試等優(yōu)點(diǎn)，所以本設(shè)計(jì)中采用開(kāi)關(guān)式乘法器。第四章系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1總體設(shè)計(jì)輸入微弱信號(hào)經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)控制運(yùn)放OPA2335和OPA132的級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)選擇性放大，經(jīng)過(guò)低通濾波器后濾除局部噪聲，與參考信號(hào)一同進(jìn)入相敏檢波器進(jìn)展互相關(guān)運(yùn)算，輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)低通濾波器后將交流信號(hào)濾掉，只剩下直流信號(hào)經(jīng)過(guò)放大后送入AD采樣，單片機(jī)處理后輸出到顯示器；參考信號(hào)由單片機(jī)控制DDS產(chǎn)生，經(jīng)過(guò)移相電路后進(jìn)入相敏檢波器。低通濾波器低通濾波器放大器輸入信號(hào)相敏檢波器低通濾波器參考信號(hào)移相器放大器圖4-1鎖相興旺器的流程圖4.2硬件設(shè)計(jì)4.2.1前置放大器的設(shè)計(jì)：圖4-2-1前置放大器的設(shè)計(jì)圖如圖4-3-1所示：1,J2,J3為單刀雙擲開(kāi)關(guān)，向右接通電路，向左起到了前一級(jí)放大出口與下一級(jí)入口相連的作用。三個(gè)開(kāi)關(guān)從上到下分別控制著放大倍數(shù)為100000倍，1000倍，10倍三個(gè)檔位，并且每個(gè)開(kāi)關(guān)當(dāng)且僅當(dāng)在放大自己的倍數(shù)時(shí)翻開(kāi)，即向右。在第一級(jí)放大電路中，有R4=990K? ，R3=10K?,則其放大倍數(shù)為1+R4/R3=100，在第二級(jí)放大電路中，其放大倍數(shù)同理也為100倍，第三級(jí)放大電路中，其放大倍數(shù)為10倍。放大器選用TI公司的OPA2335和OPA132兩款運(yùn)放。4.2.2移相電路的設(shè)計(jì)：圖4-2-2移相電路的設(shè)計(jì)圖在本局部的設(shè)計(jì)中要求，如圖4-2-2。參考信號(hào)的相移是0～360°，通過(guò)用一個(gè)運(yùn)放和電阻電容的連接可以實(shí)現(xiàn)相角180°的變化，采用兩個(gè)運(yùn)放級(jí)聯(lián)的方式使相位可以在360°*圍內(nèi)變化。由于OPA2335有兩個(gè)通道，所以在本設(shè)計(jì)中采用OPA2335的兩個(gè)通道通過(guò)級(jí)聯(lián)到達(dá)要求。其中：R3=R4=R5=R6=10k，C2=C3＝1uF，滑動(dòng)變阻器的最大阻值為10k，運(yùn)放采用的是一片OPA2335。4.2.3相敏檢波器的設(shè)計(jì)：圖4-2-3相敏檢波器的設(shè)計(jì)圖如圖4-2-3，經(jīng)過(guò)移相處理后的波形通過(guò)比擬器后將由原來(lái)的正弦波變成方波，產(chǎn)生的方波和輸入信號(hào)一同經(jīng)過(guò)乘法器將會(huì)得到正弦波的負(fù)項(xiàng)翻轉(zhuǎn)的波形。電阻R17為10K，R18為1M是開(kāi)關(guān)時(shí)的限流電阻和分壓電阻，R14為1M,R20為4.7M，而開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通電阻值約幾十歐姆，與R14和R20相比很小，降低了開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)信號(hào)的壓降，對(duì)于不用的引腳全部接地，以免損壞。其中：R10=R11=10K，比擬器選用TI的TLC372,乘法開(kāi)關(guān)選用4066。4.2.4低通濾波器的設(shè)計(jì)：圖4-2-4低通濾波器的設(shè)計(jì)圖在低通濾波器電路中，如圖4-2-4。由f＝1/2πRC＝1.6HZ，其中R1=1M，C=100nF。用于低通濾波器的運(yùn)放為OPA2365。4.3軟件設(shè)計(jì)單片機(jī)控制DDS輸出幅度和頻率可步進(jìn)調(diào)節(jié)的正弦波，再將經(jīng)過(guò)PSD的輸出信號(hào)進(jìn)展A/D采樣后送入液晶顯示，如圖4-3所示。圖4-3軟件設(shè)計(jì)流程圖第五章系統(tǒng)測(cè)試根本功能測(cè)試：信號(hào)源產(chǎn)生頻率為2kHz，1V的正弦信號(hào)，輸入信號(hào)為2kHz，10uV～10mV。測(cè)試方法：用單片機(jī)產(chǎn)生幅度為1V，2kHz的正弦信號(hào)，輸入信號(hào)為10uV，2kHz通過(guò)100000倍的放大后為1V。用單片機(jī)產(chǎn)生幅度為1V，2kHz的正弦信號(hào)，輸入信號(hào)為100uV，2kHz通過(guò)1000倍的放大后為0.1V。用單片機(jī)產(chǎn)生幅度為1V，2kHz的正弦信號(hào)，輸入信號(hào)為1mV，2kHz通過(guò)1000倍的放大后為1V。用單片機(jī)產(chǎn)生幅度為1V，2kHz的正弦信號(hào)，輸入信號(hào)為10mV，2kHz通過(guò)10倍的放大后為0.1V。輸入信號(hào)參考信號(hào)輸出信號(hào)幅度頻率幅度頻率幅度10uV2kHz1V2kHz6.13V100uV2kHz1V2kHz0.624V1mV2kHz1V2kHz6.12V10mV2kHz1V2kHz0.625表5-1-1測(cè)試顯示輸入信號(hào)輸入電阻(K歐姆)測(cè)試結(jié)果(K歐姆)噪聲抑制能力〔dB〕10uV58057048100uV600592481mV6206134910mV64043550表5-1-2測(cè)試分析結(jié)果結(jié)果分析：經(jīng)過(guò)測(cè)試可得出輸入電阻和我們測(cè)量的電阻相差不大，而且抑制噪聲的能力都在49db左右，到達(dá)了比擬穩(wěn)定的狀態(tài)。根本的放大抑制噪聲的功能已經(jīng)具備，為了測(cè)試其能否滿足較高的要求，我們進(jìn)展下面的一系列測(cè)試。頻率不同的測(cè)試結(jié)果與分析測(cè)試方法：用單片機(jī)產(chǎn)生幅度為1V，100Hz的正弦信號(hào)，輸入信號(hào)為1uV，100Hz通過(guò)100000倍的放大后為0.1V。用單片機(jī)產(chǎn)生幅度為1V，1kHz的正弦信號(hào)，輸入信號(hào)為100uV，1kHz通過(guò)1000倍的放大后為0.1V。用單片機(jī)產(chǎn)生幅度為1V，5kHz的正弦信號(hào)，輸入信號(hào)為1mV，5kHz通過(guò)1000倍的放大后為1V。用單片機(jī)產(chǎn)生幅度為1V，10kHz的正弦信號(hào)，輸入信號(hào)為100mV，10kHz通過(guò)10倍的放大后為1V。輸入信號(hào)參考信號(hào)輸出信號(hào)幅度頻率幅度頻率幅度10uV2kHz1V2kHz6.13V100uV2kHz1V2kHz0.624V1mV2kHz1V2kHz6.12V10mV2kHz1V2kHz0.625表5-2-1測(cè)試顯示輸入信號(hào)輸入電阻(K歐姆)測(cè)試結(jié)果(K歐姆)噪聲抑制能力〔dB〕10uV58057048100uV600592481mV6206134910mV64043550表5-2-2測(cè)試分析結(jié)果結(jié)果分析：經(jīng)過(guò)測(cè)試可得出輸入電阻和我們測(cè)量的電阻相差不大，而且抑制噪聲的能力都在49db左右，到達(dá)了比擬穩(wěn)定的狀態(tài)。根本的放大抑制噪聲的功能已經(jīng)具備，為了測(cè)試其能否滿足較高的要求，我們進(jìn)展下面的一系列測(cè)試。10pA電流測(cè)量結(jié)果比照與分析：測(cè)量方法：在電路中串聯(lián)一個(gè)1M的精敏電阻，測(cè)量其兩端的輸出電壓，由歐姆定律I=V/R可得電流值。測(cè)試結(jié)果：電流值等于23.5pA結(jié)果分析：由于電流太小，所以在經(jīng)過(guò)測(cè)量后有比擬大的誤差，但是我們的測(cè)量結(jié)果還是能到達(dá)pA級(jí)別。測(cè)量微小電阻的阻值與分析測(cè)量方法：串聯(lián)一個(gè)1歐的精敏電阻，測(cè)量其兩端電壓，根據(jù)分壓公式可得出待測(cè)電阻的阻值。其中待測(cè)信號(hào)為毫歐級(jí)別。測(cè)試結(jié)果：待測(cè)電阻的阻值為28毫歐。圖5-4測(cè)試電阻阻值結(jié)果分析：根據(jù)圖5-1所顯示的測(cè)試方法可測(cè)得微弱電阻阻值。但由于信號(hào)過(guò)小，采集輸出后有比擬大的誤差。測(cè)量被測(cè)信號(hào)與參考信號(hào)的相位差測(cè)量方法：調(diào)節(jié)移相器，使測(cè)的直流電平最大和最小，即可測(cè)被測(cè)信號(hào)和參考信號(hào)的相位差。測(cè)量結(jié)果：31度、42度、132度結(jié)果分析：通過(guò)測(cè)試和實(shí)際的相位差相比都是小于的6度*圍誤差，也是不錯(cuò)的要求了。但是對(duì)精細(xì)儀器的要求來(lái)說(shuō)還有很長(zhǎng)的路要走?？傊词褂杏玫男盘?hào)被淹沒(méi)在噪聲信號(hào)里面，即使噪聲信號(hào)比有用的信號(hào)大很多，只要知道有用的信號(hào)的頻率值，鎖相放大器就能準(zhǔn)確地測(cè)量出這個(gè)信號(hào)的幅值。第六章附錄軟件設(shè)計(jì)://display.c//把顯示局部的模塊全部移到這里,爭(zhēng)取完全獨(dú)立//主要的兩個(gè)模塊//在主函數(shù)中添加*include"display.h"就可以使用LCM顯示函數(shù)了*include"lcd.h"*include"INTRINS.h"http://*****************************************************************************//延時(shí)程序//模塊輸入//模塊輸出//功能說(shuō)明voidDelay(UINTunTime){ while(unTime--);}//*****************************************************************************//*****************************************************************************//數(shù)字轉(zhuǎn)換為字符//函數(shù)輸入// pBuf轉(zhuǎn)換之后的保存結(jié)果數(shù)組的指針,兩個(gè)字節(jié)//函數(shù)輸出//功能說(shuō)明voidIntToChar(UINTcByte,UCHAR*pBuf){ pBuf[0]=(UCHAR)(cByte/1000+48);pBuf[1]=(UCHAR)((cByte%1000)/100+48);pBuf[2]=(UCHAR)((cByte%1000%100)/10+48);pBuf[3]=(UCHAR)((cByte%1000%100%10)%10+48);}//*****************************************************************************//*****************************************************************************//發(fā)送數(shù)據(jù)//模塊輸入//模塊輸出//功能說(shuō)明voidSendByte(unsignedcharcByte){ UCHARns=0; while(ns++<8) { //移位，發(fā)送一個(gè)bit LCM_SDA=(bit)(cByte&0*80); _nop_(); _nop_(); _nop_(); LCM_SCL=0; _nop_(); _nop_(); _nop_(); cByte<<=1; LCM_SCL=1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); } return;}//*****************************************************************************//*****************************************************************************//寫入指令或者數(shù)據(jù)//模塊輸入:cData要寫入LCM的數(shù)據(jù)// bType數(shù)據(jù)的種類:0為指令,1為數(shù)據(jù)//模塊輸出:無(wú)//模塊說(shuō)明:發(fā)送一字節(jié)的數(shù)據(jù)或指令(物理實(shí)現(xiàn)上是發(fā)送的三字節(jié))// 第一字節(jié)是讓LCM識(shí)別是指令還是數(shù)據(jù):0*F8為指令(11111000),0*FA為數(shù)據(jù)(11111010)// 第二字節(jié)為所發(fā)送指令或數(shù)據(jù)的高4位+0000// 第三字節(jié)為所發(fā)送指令或數(shù)據(jù)的低4位+0000voidWriteData(unsignedcharcData,bitbType){ UCHARcSendByte; //發(fā)送第一字節(jié) if(bType==0) cSendByte=0*F8; //發(fā)送指令 else cSendByte=0*FA; //發(fā)送數(shù)據(jù) SendByte(cSendByte); Delay(LCM_DELAY_TIME); //發(fā)送第二字節(jié) cSendByte=cData&0*F0; SendByte(cSendByte); Delay(LCM_DELAY_TIME); //發(fā)送第三字節(jié) cSendByte=cData<<4; SendByte(cSendByte); Delay(LCM_DELAY_TIME); }//*****************************************************************************//*****************************************************************************//液晶模塊初始化voidInitLCM(void){ //為了可靠性,這里內(nèi)部設(shè)置大于40ms Delay(LCM_POWER_ON); Delay(LCM_POWER_ON); WriteData(0*30,0); Delay(LCM_POWER_ON); WriteData(0*30,0); Delay(LCM_DELAY_TIME); WriteData(0*0C,0); Delay(LCM_DELAY_TIME); WriteData(0*01,0); Delay(LCM_POWER_ON); WriteData(0*06,0); Delay(LCM_DELAY_TIME); Delay(LCM_POWER_ON);}//*****************************************************************************//*****************************************************************************//顯示模塊//模塊輸入:pBuf指向所需顯示字符串的指針// um所需顯示字符的個(gè)數(shù),一個(gè)中文字符按兩個(gè)算// cAddr字符串在LCM顯示的初始地址,如果為0表示不改變當(dāng)前位置//模塊輸出:無(wú)//功能說(shuō)明:將輸入的字符串顯示在LCM的指定位置voidDisplay(UCHAR*pBuf,UCHARum,UCHARcAddr){ UCHARn; //判斷是否改變當(dāng)前位置 if(cAddr!=0&&(cAddr<0*80||cAddr>0*A0)) return; if(cAddr!=0) { //如果cAddr不為零，則改變按cAddr改變當(dāng)前位置 WriteData(cAddr,0); } for(n=0;n<um;n++) { WriteData(pBuf[n],1); }}//*****************************************************************************//移動(dòng)LCM的光標(biāo)//模塊輸入:光標(biāo)將要移動(dòng)到的位置//模塊輸出:無(wú)//模塊說(shuō)明:將LCM光標(biāo)移動(dòng)到指定位置voidMoveCursor(UCHARcAddr){ UCHARn; //將光標(biāo)移動(dòng)到LCM起始地址 WriteData(0*02,0); n=cAddr-0*80;while(n--) { WriteData(0*14,0); }}//*****************************************************************************//清屏//模塊輸入:無(wú)//模塊輸出:無(wú)//模塊說(shuō)明:調(diào)用此函數(shù)去除LCM上所有顯示,并且光標(biāo)回到起始位置voidClearLCM(void){ WriteData(0*01,0);// Delay(10000);}//*****************************************************************************//去除*一段數(shù)據(jù)voidClearLine(UCHARcStart,UCHAR){ UCHARc=0*20; UCHARi; if(cStart>=0*80&&cStart<0*A0) { MoveCursor(cStart); for(i=0;i<;i++) Display(&c,1,0); MoveCursor(cStart); }}//*****************************************************************************//翻開(kāi)LCM的光標(biāo)顯示//模塊輸入:無(wú)//模塊輸出:無(wú)//模塊說(shuō)明:翻開(kāi)LCM的光標(biāo)voidOpenCursor(void){ WriteData(0*0F,0);}//*****************************************************************************//關(guān)閉LCM的光標(biāo)顯示//模塊輸入:無(wú)//模塊輸出:無(wú)//模塊說(shuō)明:關(guān)閉LCM的光標(biāo)voidCloseCursor(void){ WriteData(0*0C,0);}//*****************************************************************************//圖形清屏函數(shù)voidClearBMP(void){ unsignedchari,j;//SendCMD(0*34);//8Bit擴(kuò)大指令集//SendCMD(0*36);//RE=1擴(kuò)展指令選擇G=1開(kāi)圖形顯示 WriteData(0*34,0); WriteData(0*36,0); for(j=0;j<16;j++) for(i=0;i<32;i++) { // SendCMD(0*80+i);//發(fā)送行地址 // SendCMD(0*80+j);//發(fā)送列地址 // SendData(0*00); // SendData(0*00); WriteData(0*80+i,0); WriteData(0*80+j,0); WriteData(0*00,1); WriteData(0*00,1); }}//*****************************************************************************//圖形顯示函數(shù)//本函數(shù)顯示圖形的大小必須是128*64,否則,可能出現(xiàn)亂碼//字模提取軟件為橫向取模voidDisplayBMP(UCHAR*disp){ unsignedint*=0; unsignedchari,j;// SendCMD(0*34);//8Bit擴(kuò)大指令集// SendCMD(0*36);//繪圖ON WriteData(0*34,0); WriteData(0*36,0);//先顯示上半屏 for(i=0;i<32;i++)//FYD-12864上半屏為128*32點(diǎn)陣 {//SendCMD(0*80|i);//行位置//SendCMD(0*80);//列位置 WriteData(0*80|i,0); WriteData(0*80,0); for(j=0;j<16;j++)//256/8=32byte {//列位置每行自動(dòng)增加 //SendData(disp[*]); WriteData(disp[*],1); *++; } }//再顯示下半屏