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时间:2018-06-14
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1、1.1硬件电路调试1.1.1调试要点在印制板元器件的焊接过程中,对于精密器件OPA129的焊接要特别注意,需要一定的技巧。在焊接时,用棉花蘸酒精,通过镊子环绕紧贴在OPA129管脚上,使用恒温烙铁,并且调节降低电烙铁的温度,这样可以降低器件的焊接温度,避免因温度过高而损坏芯片。电路板焊接完毕,接下来就对电路进行调试。调试过程主要步骤如下:首先,在装上芯片之前,先用万用表测试各个芯片供电以及接地引脚的电压是否正常。当全部正常时,才能装上芯片。对于单片机板上带有DC-DC电压转换电路,应先检查电压转换输出是否正常。其次,调节各个运算放大器的失调电压,以减小系统的误差。调节失调电压的具体方法
2、是:使输入信号为零,调节调零电位计的电阻,尽可能使芯片的输出为零。当调节到各个芯片的输出为零时,也就达到了调节失调电压的目的。再次,调试电路各级电路工作是否正常,是否达到预计要求的波形。在调试前级电路时,后级电路的芯片暂时不安上,防止由于前级电路工作不正常,导致后级电路芯片的损坏。最后,整个电路工作,直接通过示波器观察输出信号波形,长时间运行,以检验系统的稳定性。50Hz的陷波器应设计成Q值可调的,便于调试。电路通过调节POT01电位计来调节陷波器的Q值,使陷波器对50Hz工频干扰的衰减达到最好的效果,即尽可能使50Hz的峰—峰值趋向于零。在试验中可以发现当POT01的上下两端电阻(见
3、图3.14)RA/RB≈23.2K/1.8K时,陷波器的陷波效果是最好的。然后调试低通、高通滤波、PGA的放大电路以及OP07射级输出,不断调节PGA放大电路的增益倍数,然后用示波器观察OP07射级输出,看是否符合设计要求。电路连接完毕之后,观察输入级没有信号输入(即空管)时OP07的输出情况,结果如图5.9所示。当有信号输入时,波形开始围绕着零点上下波动,与零输入信号时相比较,50Hz的工频干扰信号的峰—峰值没有发生什么变化,即使长时间工作或者输入信号强的时候,都不会发生阻塞现象,这说明输入级的抗阻塞电路是很有效的。由调试出来的波形可以看出,电路工作正常,但是当增益调到8000倍时,
4、在粉尘流速较大或通过粉尘浓度较大时就容易出现饱和现象。另一方面,50Hz工频干扰及其奇次谐波(主要为150Hz)的干扰能够串入系统,由于PGA的放大电路的增益较大,使这些干扰的峰—峰值在电路的输出端过大而出现饱和。这种情况应该从根本上解决,加强屏蔽措施,设计好滤波电路。否则PGA放大倍数不可过大(50Hz干扰易出现饱和),对微弱的有效信号测量将无能为力,也就是降低测量系统的灵敏度。图5.9无输入信号时的输出波形Fig.5.9Empty-ductoutput1.1.1出现问题及解决方法1.1.1.1工频干扰在调试中出现50Hz及其谐波150Hz的工频干扰信号。断开后级电路,观察本级电路的
5、输入和输出信号,整个电路检查下来往往每级电路输出都有50Hz的干扰信号。分析干扰进入的途径,最后得出结论是由于系统没有接大地,或者接上了但是接触不好。因此保证系统接上大地是整个系统正常工作,不出现50Hz的工频干扰的关键。通过检查各级电路,没有发现150Hz干扰信号的起始路径。最后把电路与电源断开,单独检查电源的输出,发现电源有150Hz的信号输出。由于150Hz的干扰信号在有效信号的频带之内,而且其产生的只和电源有关系而和电路没有关系,因此需要把电源的输出含有的150Hz消除。先考虑在电源给电路供电的前,加一个滤波电路,滤除150Hz的干扰信号,但是这个陷波电路不好调试而且设计比较复
6、杂。因此考虑换电源,把电源换成其输出没有150Hz的干扰信号。1.1.1.1阻塞问题在整个调试过程中,PGA电路和前置输入级(OPA129)这两级经常出现饱和阻塞现象。通过实验分析其原因有:(1)在粉尘流速过大、通过管道的粉尘浓度过大、有较大的直流信号、较大干扰串入系统,而PGA的放大电路的增益比较大,能达到8000倍,故很容易出现饱和现象。(2)前级OPA129为同相电压跟随方式,当输入过大时,极易产生阻塞现象,因此也就造成了后级电路的饱和,无法正常工作。针对第一条原因,加强系统的屏蔽接地措施,通过单片机自动调整PGA的增益就基本可以解决。对于信号中的直流分量,需要使用高通滤波器如图
7、5.10所示。图5.10高通滤波电路Fig.5.10Circuitdiagramofhigh-passfilter对于第二条原因,则通过限制OPA129的输入就可以达到消除阻塞想象如图3.9所示,在OPA129的输入端引入限幅保护电路。1.1.1.2单片机A/D输入保护由LPC2214的参数指标可知:A/D转换的电压范围为0~3.3V,A/D输入端口所能承受的最大电压为5V,因此为了单片机能够测量模拟板输出电压,需要先将的电压信号转换为0~3.
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