锁定放大器设计毕业论文

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1、锁定放大器的设计摘要：本系统为一个用来检测微弱信号并且能够抗干扰的锁定放大器（LIA）装置,采用MSP430G2553单片机作为系统的核心控制器件，用ADS1115集成A/D转换芯片将放大后的微弱信号采集回来在通过程序缩小相同的倍数之后显示在液晶上。由信号衰减模块、交流放大模块、带通滤波模块、加法器模块、触发整形模块、移相模块、相敏检波模块、低通滤波模块、直流放大模块、5V稳压模块、A/D数据采集模块、LCD显示模块、单片机驱动模块组成。具有参考信号步进移相间距小、信号通道通频带窄、数据采集及输出精度高

2、、抗干扰能力强等特点。关键词：锁定放大微弱信号检测抗干扰相敏检波移相MSP430ADS1112LCD12864一、系统方案设计与比较根据本设计的要求，要完成微弱正弦信号的检测并显示其有效值，且要求达到一定精度10。为实现此功能，本设计提出的总体方案如图1所示。图1锁定放大器基本组成结构框图交流放大器相敏检波器直流放大器低通滤波器带通滤波器触发整形MSP430移相方波驱动参考输出r(t)信号x(t)信号通道参考通道S(t)显示R(t)交流放大器带通滤波器信号x(t)锁定放大器图2锁定放大器叠加噪声电路图S

3、(t)加法器n(t)n(t)S(t)+n(t)n(t)1、控制系统的方案论证方案一：51单片机:51单片机可以直接对I/O口进行进行位操作，寄存器的配置操作简单，因此寄存器的数量功能也十分有限。而且不能捕捉跳变沿捕获，也不能输出PWM。方案二：430单片机:速度快，功耗低，外设丰富，有捕获模块，移相效果好。由于此设计移相时需要用捕获信号来实现，故此设计更适合用430单片机。２、带通滤波器的方案论证方案一：此方案由一个低通滤波器与一个高通滤波器级联而成，此电路可以实现带通滤波的功能，但通带不够平坦。方案二

4、：采用两个有源带通滤波器级联,与方案一相比，不同的中心频率，但其通带更加平坦，效果更好故选用方案二。3、相敏检波器的设计方案一：开关式乘法器：即变频器，其中的MOS管起一个开关的作用，但输入容较大，输出波形会出现毛刺。方案二：同为开关式乘法器，其中结型场效应管起着开关作用，其输入电容电压较小，故输出波形毛刺较小，效果好，故选用方案二。4、移相器的设计方案一：桥式RC模拟移相。采用该方案需要可变电容器，手动调节步进间距，步进间距很难控制。方案二：数字移向器不需要复杂的硬件电路，只需要程序就能实现，而且还能

5、连续步进移相，步进间距可以自定，便以控制。故采用此方案。10二、理论分析与计算1、外接信号源的幅度分析与计算：外接信号源的幅度有效值设计为大约11mV-1V,输入至参考信号R（t）端，然后经过由100千欧和100欧自制的电阻分压网络降压接至被测信号S（t）端，则可达到题目要求的S(t)幅度有效值为10uV-1mV。2、交流放大器的放大倍数分析与计算：流入S(t)的信号经两个反相比例放大器放大，一个放大33倍，两个就放大1089倍。3、带通滤波器电路的分析与计算：信号经过两个带通滤波器后达到了带通滤波的目

6、的，且限制频带范围为900Hz-1100Hz，误差能够达到题目要求。4、移相器电路的分析与计算：设步近角为x度，计数y,x/360°=y//1ms=y/16000,则x=360y/16000,令y=222,则x大约为5°，程序就以这样的计算方式来控制MSP430以此满足题目要求。5、相敏检波器模块的分析与计算：被测信号S(t)、参考信号r(t)和n(t)干扰信号及进入相敏滤波器，相敏滤波器把输入的信号的频谱进行迁移，迁移后形状不变。三、电路设计1、加法器和交流放大器模块电路此部分由R(t)利用电阻分压作

7、为被测信号输入到S(t)端,利用加法器将干扰信号与被测信号进行叠加，并且采用了继电器来代替普通开关，使电路更智能化。如图三所示。图3加法器与交流放大器2、带通滤波器模块电路带通滤波采用两级带通滤波，经实际测量通频带在910Hz~1105Hz。如图4所示。10图4带通滤波器3、触发整形模块电路此电路由过零比较器来实现把正弦波整形为方波。图5过零比较器4、MSP430移相模块电路和用12864显示模块此电路以MSP430为控制中心原件来实现参考信号的移相功能，且通过程序控制ADS1115、MSP430及LC

8、D12864来实现输出信号的显示。图6MSP430控制显示及移相电路5、相敏检波模块10用JFET-N来充当一个开关的作用，从而实现相敏检波的功能，此后再加一个跟随器，减小输出电阻，减小负载对电路的影响。图7相敏检波电路6、低通滤波模块采用两级有源低通滤波器，截止频率10Hz左右。图8两级低通滤波器7、直流放大模块图9直流放大电路四、程序设计101、重要模块程序的实现（1）MSP430移相模块此模块主要由程序来控制MSP430实现，输入方波