2012年全国大学生电子设计竞赛

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1、2012年辽宁省大学生电子设计竞赛微弱信号检测装置（A题）2012年8月5日摘要微弱信号检测装置是用以检测在强噪声背景下微弱正弦波信号的幅值，并数字显示出该幅度值的装置。本设计首先将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，此音频电压信号由TI公司的音频放大器OPA2134进行幅度的调整输岀噪声信号VN,可以达到1V±O」V的要求。正弦波信号源％由函数信号发生器产生，采用T1公司的高精度运算放大器构建加法电路实现Vc=Vs+VNo采用精密电阻构建电阻分压网络以实现100倍的幅度衰减。经上述处理产生了带有噪声的微弱信号Vc，并且噪声的频带覆盖了有用信号的频带

2、。带有噪声的微弱信号Uc先经仪用放大器AD620进行前置放大，然后经低通滤波器和高通滤波器滤除2.1KHZ以上和400HZ以下的噪声信号，再经OPA2227进行二次放大，使得待测信号的噪声得到抑制。为了剥离噪声，采用了锁相相关技术和取样积分方法。采用原始的正弦信号心作为参考信号，此参考信号经运放阻抗隔离后进行滤波，为达到与待测信号Uc同相，参考信号的滤波与待测信号的滤波电路一致。滤波后的参考信号经比较器后得到与待测信号同频同相的。待测信号与参考方波信号经CD4066后变为半波信号，在经积分环节可得到与峰值有关的直流信号。最后由MSP430单片机内部的A/D进行采样与数据处理，最后依据

3、经实验测试得到输出结果与待测值的比例系数，可以求出正弦信号的峰值。关键词:微弱信号检测；峰峰值；均方根值；锁相放大；取样积分;目录摘要2Abstract错误!未定义书签。目录3第一章系统方案11.1噪声信号调整部分的论证与选择11.2微弱信号检测部分的论证与选择2第二章单元电路的理论分析与设计62.1噪声信号调整电路的理论分析与设计62.2加法电路的理论分析与设计62.3纯电阻分压网络的理论分析与设计72.4检测信号电路的理论分析与设计72.4.1前置放大电路的分析与设计82.4.2带通滤波电路的分析与设计8第三章软件部分设计113.1程序功能描述与设计思路113.2程序流程图11第

4、四章系统测试与仿真114」硬件测试114.2软件仿真测试124.3测试结果及分析124.3.1测试结果（数据）134.3.2测试分析与结论13第五章设计总结13参考文献15附录1：电路原理图16附录厶源程序17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。要求设计并制作一套微弱信号检测装置，用以检测在强噪声背景下已知频率的微弱正弦波信号的幅度值，并数字显示出该幅度值。系统由微弱信号生成模块、微弱信号检测电路模块、MSP430及显示电路模块组成，其中微弱信号生成模块由噪声信号生成电路、加法电路、纯电阻分压网络组成，如图1.1所示。图1系统总体结构图图1.1屮的正弦波信号源VS由

5、函数信号发生器产生，信号的频率在500Hz~2kHz范围内，峰峰值在20mV〜2V范围内。噪声VN由给定的噪声文件通过通过MP3或手机播放，通过一定的音频接收电路产生，VN的均方根电压值固定为lV±0.1Vo加法器的输出VC二VS+VN,带宽大于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來实现。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。1.1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

6、案噪声信号由给定的噪声文件通过通过MP3或手机播放，由咅频输出线输出咅频电压信号，经测量，原始的噪声信号频率范围为0〜20KH乙幅度为50毫伏以下。为使得输岀的噪声信号Vn达到均方根值1V10.1V的要求，需要设计放大电路进行幅度的调整。方案一：采用TI公司的LM324A通用四运放构成同相比例放大电路，来对噪声信号电压进行放大。LM324A具有低功耗，价格低等优点，带宽为（1.2MHZ）,适用场合比较多，可以作为咅频放大器用。但其并非专用的咅频放人器，咅质较差，在对噪声信号电压放大吋有可能使信号的输出失真。方案二：采用TI公司的OPA2134咅频放大器来提高噪声信号的电压，构成噪声信

7、号调整电路。因其具有超低失真，低噪声，高带宽（8MHZ）,高精度等优点，可以在不失真的情况下输出噪声，并达到提高电压目的。综合以上两种方案，选择方案二。1.1.2加法器电路设计方案设计要求构建加法电路实现Vc二Vs+Vn，Vn的峰峰值为20mV〜2V,VN的均方根值为1V10.1V,相加后信号幅度小于2.5V,但要求Vc带宽大于IMHz,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OPA2227o1.1.3纯电阻分压网络设计方案设计