弱信号尖峰检测报告.docx
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弱信号尖峰检测报告
电子信息工程学院
硬件课程设计实验室
课程设计报告
题目:
弱信号尖峰检测
年级:
2014级
专业:
电子信息工程
学号:
201421111046
学生姓名:
袁洪平
指导老师:
丁昊
2016年09月28日
一、功能与技术指标
1.设计任务
设计一种可以对交流模拟信号上的尖峰干扰检测的简易装置。
主要通过模拟器件设计尖峰检测电路,可实现频率为10Hz至5KHz,幅值为10mV弱信号上的尖峰出现检测,并可计算尖峰出现次数。
电路示意图
2.设计指标要求
设计准备:
通过信号发生器,产生一路幅度为50mV、频率10Hz至5KHz的弱信号;另外产生一路10Hz至5KHz,幅度为500Mv的三角波为尖峰干扰信号。
(1)基本指标要求
(1)检测电路能够检测10Hz至5KHz幅度为500mV的尖峰存在。
(2)存在尖峰时可通过红色LED点亮预警。
(2)扩展指标要求
(1)可以测试出10个尖峰,并可通过LED(或LCD)屏幕显示尖峰干扰个数,个数误差10%。
(2)其他。
3.设计方案说明
(1)本题推荐使用集成运放电路。
(2)尖峰干扰检测电路要求采用模拟方法来实现。
常用的检测方法有:
专用检测芯片、基本运放电路。
(3)为便于各个模块的测试,所有模块间应做成跳线连接方式。
(4)弱信号通过信号源输出。
二、设计方案与方案比较
1.放大电路
方案一:
采用三级管直接搭建共射放大电路,如图
(1)
图
(1)共射放大电路
这种共射放大电路搭建麻烦,放大倍数难以精确确定,不同三极管的共射放大倍数不一样。
方案二:
采用运放OP07搭建,OP07带宽满足题目要求,用集成运放来建立放大模块,可以很方便的通过改变电阻值来改变放大倍数,且电路简单,如图(6)。
比较这两种方案我们选择方案二。
2.整流电路
方案一:
采用四个二极管的组成的全波整流电路,如图
(2),这种电路多用于将电网
图
(2)整流电路
中交流电整流成直流电,由于二极管的导通电压为0.7V左右,因此该电路不适合弱信号整流。
方案二:
采用运放构建全波精密整流电路。
由运放搭建的全波整流电路有很多种,在这里我们选取经典型全波精密整流电路,如图(7)。
这种电路的优点在于可以在R5两端并上电容滤波,此外还可以改变R5以改变放大倍数。
故我们采用方案二。
3.比较电路和显示电路
比较电路采用OP07为主芯片构建一个减法器,减法器正向输入端输入混合信号,反相输入端输入弱信号,这样可以减掉弱信号,最后就是剩下尖峰信号。
为方便,我们采用LED灯作为显示,将减法器得到的信号经过滞回比较器整型后驱动三极管,当检测到尖峰信号时LED灯亮。
4.尖峰个数检测
方案一:
采用STM32单片机AD将滞回比较器整形后产生的脉冲波进行采样,通过高低电平进行判断是否有尖峰。
方案二:
由于题目要求尖峰信号的频率范围是10Hz—5KHz,当频率高的时候,利用AD采样来做速度会跟不上,因此使用STN32外部中断来检测上升沿,检测到一个上升沿就代表有一个尖峰,外部中断速度快,能达到题目要求。
因此选择方案二。
三、原理框图及电路图
1.原理框图
图(3)原理框图
2.电路图
图(4)原理图
3.PCB板
图(5)PCB板
四、单元电路设计与参数计算
(1)放大电路
图(6)放大电路
图(6)中在电路板上R2上焊接了单排座,方便换电阻,放大倍数为R2倍,改变R2的值就可改变放大倍数。
(2)整流电路
图(7)整流电路
经典型精全波密整流电路要满足R27=R17=2R21,R19=R14,取R27=1K,R19=1K。
改变R17的大小可以改变放大倍数。
(3)比较电路
图(8)减法器
为方便计算,要使得同相和反相输入端对地电阻一样。
(4)显示电路
图(9)比较显示电路
为使得滞回比较器同相输入端参考电压较小,取R32=3K,R31=100K,R30=500,R30作为上拉电阻,拉高电压。
显示模块的R133起到分压限流的作用。
电路中test5用于连接单片机,单片机通过检测test5处的信号来判断是否有尖峰。
检测到的尖峰个数将显示在屏幕上。
五、安装调试
我们各个模块用短路帽连接,因此可以各个模块可以单独工作。
安装调试:
1.对照所画电路制作印制电路板。
2.对照PCB板和电路图焊接元器件。
3.分模块调试,当各个模块可以单独正常工作时,进行级联测试。
六、测试分析
测试地点:
中南民族大学电信学院硬件课程设计实验室
测试条件:
TFG6920A(函数信号发生器),SS3323可跟踪直流稳定电源,Tektronix示波器。
1.放大模块
函数信号发生器给定的信号:
A路:
三角波,500mVpp,1Hz;B路:
正弦波,50mVpp,1Hz。
图(10)放大模块测试波形
图(10)是将信号源A路输出的信号放大至1.12Vpp,模块正常。
2.整流模块
图(11)整流模块测试波形
黄色的为整流后的信号,绿色的为原信号,由图知整流模块正常。
3.比较模块
图(12)比较模块测试波形
图(12)中绿色的是原来的锯齿波,黄色的是经过整流后从减法器分离出来的干扰信号,对比两个波形值减法器正常。
观察显示电路LED灯闪烁的频率是2Hz,原来的干扰信号时1Hz经过流后频率为
2Hz,因此现象正确。
题目要求是10Hz至5KHz,我们为了好看现象是否正确取了1Hz的频率来测试分析,在测试了1Hz的信号我们将频率改变在符合要求的范围内,功能依旧正常。
4.单片机检测
因为尖峰干扰频率范围较宽,当频率较高时无法用肉眼看到指示灯闪烁,因此我们测试频率,通过频率来验证我们电路的正确性。
图(13)是当干扰信号为锯齿波和三角波的测试数据。
干扰频率测试
干扰信号频率/Hz
指示灯闪烁频率/Hz
单片机检测到的频率/Hz
锯齿波
三角波
锯齿波
三角波
锯齿波
三角波
1
1
2.00
1.10
2.14
1.00
10
10
20.23
10.00
20.36
10.10
100
100
203.00
98.57
200.09
101.00
1000
1000
5000
5000
图(13)干扰频率测试数据
数据没有填写的是波形已经紊乱的,无法用示波器测得,其原因在于芯片转化速率跟不上。
频率较高时,74HC00达不到设计要求。
上面的测试数据说明检测到的尖峰准确率高,还原出来的尖峰信号基本保持了原来尖峰信号的频率。
图(14)是实物图,屏幕上现实的是检测到的尖峰个数。
图(14)实物图
七、小结
此次硬件设计,学到了很多东西,比如如何画电路板,如何布局布线,如何测试。
在这个过程中,同样遇到了很多困难,但在自己和队友的共同努力下我们终于克服了我们所遇到的困难。
最终将电路调好。
由此说明,只要坚持下去,就能取得成果。
参考文献
[1]模拟电子技术基础(第四版)
[2]数字电路技术基础(第五版)
[3]
[4]
[5]
[6]
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- 信号 尖峰 检测 报告