大学生电子设计竞赛汇总.doc

 2012年大学生电子设计竞赛 （题） 2012年月日  摘要 2 Abstract 2 目录 3 第一章 系统方案 1 1.1 噪声信号调整部分的论证与选择 1 1.2微弱信号检测部分的论证与选择 1 2 2.1噪声信号调整电路的理论分析 2 2.2 加法电路的理论分析 2 2.3 纯电阻分压网络的 3 2.4 检测信号电路的理论分析与设计 3 2.4.1 前置放大电路的分析与设计 4 2.4.2带通滤波电路的分析与设计 4 第三章 软件部分设计 6 3.1程序功能描述与设计思路 6 3.2程序流程图 6 第四章 系统测试与仿真 7 4.1 硬件测试 7 4.2 软件仿真测试 7 4.3 测试结果及分析 7 4.3.1测试结果(数据) 7 4.3.2测试分析与结论 7 第五章 设计总结 8 参考文献 9 附录1：电路原理图 10 附录2：源程序 11  第1章 系统方案 本设计的任务是完成TI大赛的A组竞赛题。要求设计并制作一模块模块组成、信号的频率00Hz ~ 2kHz范围内，峰峰值在20mV ~ 2V范围1MHz，纯电阻分压网络的衰减系数不低于100。可见，经电阻分压网络后的信号为带有噪声的微弱信号（25mv以下）。因此设计的重点为微弱信号检测模块的设计。微弱信号检测电路要求采用模拟方法来实现。常用的微弱信号检测方法有：滤波，锁相放大，取样积分等。下面介绍下面介绍各模块的设计方案。 微弱信号生成模块设计方案 1.1.1噪声信号生成电路设计方案 噪声信号由给定的噪声文件通过通过MP3或手机播放，由音频输出线输出音频电压信号，经测量，原始的噪声信号频率范围为0~20KHZ，幅度为50毫伏以下。为使得输出的噪声信号VN达到均方根值1V(0.1V的要求，需要设计放大电路进行幅度的调整。 方案一： 方案二： 综合以上种方案，选择方案。0mV ~ 2V，VN的均方根值为1V(0.1V，相加后信号幅度小于2.5V，但要求VC带宽大于1MHz，因此应选用宽频带的放大器。经选择采用TI公司的低噪高精密运算放大器1.2微弱信号检测模块设计方案 1.2.1 采用微弱信号检测方法 “微弱信号不仅意味着信号的幅度小，而且主要指的是被噪声淹没的信号，“微弱”是相对于噪声而言的。微弱信号检测技术不同于一般的检测技术，它注重的不是传感器的物理模型和传感原理、相应的信号转换电路和仪表实现方法，而是如何抑制噪声和提高信噪比，以便从强噪声中检测出有用的微弱信号。 由于被测量的信号微弱，传感器、放大电路和测量仪器的固有噪声以及外界的干扰噪声往往比有用信号的幅度大的多，放大被测信号的同时也放大了噪声，而且必然会附加一些额外的噪声，例如放大器的内部固有噪声和各种外部干扰的影响，因此只靠放大是不能把微弱信号检测出来的。只有在有效地抑制噪声的条件下增大微弱信号的幅度，才能提取出有用的信号。 本设计的微弱信号检测电路要求采用模拟方法来实现。常用的微弱信号检测方法有选频放大选频放大技术使放大器的中心频率f 0与待测信号频率相同，从而对噪声进行抑制，但此法存在中心频度不稳、带宽不能太窄及对等测信号缺点。锁相放大技术利用测信号和参与信号的互相关检测原理实现对信号的窄带化处理，能有效的抑制噪声，实现对信号的检测和跟踪。目前，锁相放大技术已广泛地用于物理、化学、生物、电讯、医学等领域锁相放大技术输入1 M(；然后带通滤波电路进一步滤除噪声，再由后面的放大电路进行信号二次放大。参考信号取至正弦波信号源VS，经带通滤波实现与待测信号同相位（因为信号通道的带通滤波电路产生了相位偏移，为保证信号在乘法器中同频同相相关，因此设置与信号通道一样的滤波电路）。滤波后的参考信号经电压比较器变成与待测信号同频同相的方波信号，作为乘法器的控制信号。这样乘法器输出的信号已经滤除了与待测信号不同频的噪声信号。待测信号与参考方波信号经乘法器后变为半波信号，再经积分环节可得到与峰值有关的直流信号。 图1.2微弱信号检测模块总体结构 1.2.3 前置放大电路设计方案 考虑到系统所要处理的信号比较微弱，而且对波形要求比较高，要求具有高输入阻抗，高共模抑制比，低噪声、低温漂、非线性度小，合适的频带和动态范围。所以要采用仪表类放大器来完成电路的设计 方案一： 方案二： 综合考虑采用。 2.1噪声信号调整电路的理论分析 已知噪声频带范围为0~20KHZ，噪声信号的均方根值为0~40mV。要求噪声源输出VN均方根电压值固定为1V0.1V。因此噪声放大倍数应满足K25。现采用OPA2134组成同相放大器，其放大倍数为：