低頻測量放大器設計

低頻測量放大器設計第1頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月差模電壓放大倍數(shù)

AVD＝1～500，可手動調(diào)節(jié)；最大輸出電壓為±10V，非線性誤差<0.5％；在輸入共模電壓+7.5V～－7.5V范圍內(nèi)，共模抑制比KCMR>10^5；在AVD＝500時，輸出端噪聲電壓的峰－峰值小于1V；通頻帶0～10Hz；直流電壓放大器的差模輸入電阻≥2MW（可不測試，由電路設計予以保證）；溫度測量范圍：環(huán)境溫度~100℃，誤差為2℃設計要求第2頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月基本原理系統(tǒng)設計原理框圖：溫度傳感器集成運放/濾波測量放大器單片機（A/D）LCD顯示第3頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月1、溫度傳感器模塊設計方案一：使用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。當單片機處于低功耗運行時，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，并且溫度范圍寬。第4頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月最終方案確定：結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，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月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RT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的電壓的變化，從而實現(xiàn)了電壓輸出，并且線性度保持不變。第6頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月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0V，而在圖1中RT=1000.8Ω，代入式(1)得到的Vo不為0，所以需要對電壓進行調(diào)零。實現(xiàn)的方法是在圖2中的運放的同相端加一個輸入電壓進行調(diào)整，如圖3所示。實際中還需并聯(lián)降噪電容器，取值1μF，R均取。第7頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月測量放大器電路測量放大器要求對共模信號具有強抑制能力。第8頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月三運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：運放A1與A2輸出電壓之差：由上兩式得：第9頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月運放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，滿足設計要求。電路要求：a.運放A1、A2的特性一致性。b.電阻要精密配合。第10頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月實際電路及指標第11頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月后端集成放大電路

第12頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月第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即后級集成運放增益為20第13頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月

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，有如下關系：同相放大器的電壓放大倍數(shù)k=1+R1/R2品質(zhì)因數(shù)：截止頻率：經(jīng)計算各指標已在電路圖上標明

第14頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月單片機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將運放輸出與電容隔開，使之呈現(xiàn)無跳躍的阻抗。第15頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月單片機內(nèi)部基準電壓Vref=1200mV條件下，ADC數(shù)據(jù)格式設置為“有符號”時，0V對應采樣值為0，Vref/2（600mV）對應ADC采樣值為32767。設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，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月直流穩(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。由于運放需要雙電源供電，因而采用雙輸出的變壓器實現(xiàn)雙電源的輸出，運放所需要的電源為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，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月第18頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月程序設計

針對MSP430編寫相應的C語言程序，共有溫度采集和顯示兩大模塊，最后附加校準程序。第19頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月主程序Voidmain(void){inti;longintDegC;WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;FLL_CTL0|=XGAP18PF;for(i=0;i<1000;i++);//讓時鐘穩(wěn)定SD16CTL=SD16REFON+SD16VMIDON+SD16SSEL0;//開啟內(nèi)部1.2V基準源，開啟緩沖器，ADC時鐘為SMCLK（默認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，放大n倍for(i=0;i<500;i++);//讓基準電壓穩(wěn)定BTCTL=0;LCD_Init();第20頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月while(1){intVoltage;_EINT();ADC0_Flag=0;SD16CCTL0|=SD16SC;//開始采樣while(ADC_Flag[0]==0)LPM0;Voltage=(int)ADC_Result[0];while((SD16CCTL0&SD16IFG)==0);DegC=((longint)Voltage*3120)/65536;//計算攝氏溫度LCD_DisplayDecimal(DegC,1);//顯示溫度，帶1位小數(shù)LCD_InsertChar(DT);//”。”LCD_InsertChar(CC);//’C’,顯示：℃for(i=0;i<30000;i++);}}第21頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月中斷服務程序（三通道）charADC_Flag[3]={0,0,0};UnsignedintADC_Result[3];#pragmavector=SD16_VECTOR__interruptvoidSD16ISR(void){switch(SD16IV){case2:break;//SD16超量程，不處理case4:ADC_Result[0]=SD16MEM0;//ADC0ADC_Flag[0]=1;break;case6:ADC_Result[1]=SD16MEM1;//ADC1ADC1_Flag[1]=1;break;case8:ADC_Result[2]=SD16MEM2;//ADC2ADC2_Flag[2]=2;break;}__low_power_mode_off_on_exit();}第22頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月LCD顯示部分#defined0x01#defineg0x02#defineb0x04#definea0x08#defineDP0x10#definee0x20#definef0x40#definec0x80#defineNEG0x02constcharLCD_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，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月#undefa#undefb#undefc#undefd#undefe#undeff#undefg第24頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月voidLCD_DisplayDigit(charDigit,charLocation){charDigitSeg;char*pLCD;DigitSeg=LCD_Tab[Digit];pLCD=(char*)&LCDM1;pLCD[Location]=DigitSeg;}第25頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月voidLCD_DisplayNumber(unsignedintNumber)//無效0消隱顯示正整數(shù){char*pLCD;charDispBuff[5];//有效數(shù)字拆分結果chari;pLCD=(char*)&LCDM1;for(i=0;i<5;i++)//65535最多5位數(shù){DispBuff[i]=Number%10;Number/=10;}for(i=4;i>0;i--){if(DispBuff[i]==0)DisBuff[i]=255;elsebreak;}for(i=0;i<5;i++)//依次顯示{if(DispBuff[i]==255)pLCD[i]=0;elseLCD_DisplayDigit(DispBuff[i],i);}}第26頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月voidLCD_DisplayDecimal(intNumber,charDOT)//顯示正、負、小數(shù){char*pLCD=(char*)&LCDM1;charNegative=0;if(Number<0){Number=-Number;Negative=1;}LCD_DisplayNumber(Number);pLCD[DOT]|=DP