南航-电赛论文D题

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1、2012先TI桝/注教曙丈曇望电&殺针竞赛网络阻抗测试仪（D题）设计报告学校：南京航空航天大学组员：刘京魏佳鹏华华指导老师：邵杰编号：025077时间：2012年8月摘要本设计是以TI公司的超低功耗MCUMSP430F149>tlv3501、INA111、OPA2227、0PA127等为核心设计并制作的网络阻抗测试仪。该电路用单片机控制DDS产生lkIlz^200kIIz步进可调的止弦波信号，然后通过精•密电阻与二端网络连接，使用PGA203程控放大，一方而通过放大器得到电压与电流，然后通过鉴相器测量

2、出端口无源网络的阻抗角，另一方面利用峰值检波电路得到电压和电流的有效值，进而得到阻抗模值。单片机通过釆集电压信号然后显示出阻抗特性。关键词：网络阻抗、鉴相电路、峰值检测、数字显示,系统方案选择与论证1.1正弦波电路方案选择与论证1.2鉴相电路方案选择与论证1.3峰值检测电路方案选择与论证1.4程控放大电路方案选择与论证二・理论分析与参数计算CM=J2・1端口网络参数分析与计算三・电路与程序设计3・1总体设计3.2单元电路设计10四・测试方案与测试结果13五、总结展望及设计感想1414六.参考文献、系统

3、方案选择与论证1.1正弦波电路方案选择与论证方案一：由简单的RC振荡电路构成止弦波发生电路。设计电路简单，但稳定度不够高，波形发生电路频率可调范围不高，无法达到题目频率步进可调的耍求。方案二：用微控制器控制DAC,重点掌握时钟频率的调节及参考电压的选取。思路比较简单，但是针对题口对幅值的要求，DAC输出外接的低通滤波器要求通带衰减很小，一般的滤波器达不到设计精度的要求。方案三：采用专用的DDS芯片产生止弦波。由于DDS精度较高，而且步进的调节通过程序控制很方便，能实现波形频率以一定量值步进可调，并能通

4、过按键实现频率设置功能，实现起来比较方便。故选方案三。1・2鉴相电路方案选择与论证方案一：利用乘法器芯片将两路信号同时送入MPY634的两路输入端，再在输出端外接一个合适的低通滤波器，这样就得到一个关于相位差的直流量,再通过计算得到相位差的值，但是该方案要求滤波器的性能很高否则相位差的测量误差将很大，无法满足比赛要求。方案二：应用如下图所示的鉴相电路理论实现鉴相功能。相同频率的标准信号PIIASEO与被测信号PHASEI经过零比较器tlv3501整形为对称的方波信号。当PHASE0<0(PHASEKO

5、)时，Ul-7(U2-7)为低电平；当PHASEO(PHASED由负向电压减小到零时，U1-7(U2-7)跃变到高电平；当PHASEO(PHASEI)由正向电压减小到零时，由于LM311具有滞回特性，Ul-7(U2-7)依然保持高电平；直到PHASEO(PHASED增加到负向电压的某一值时,Ul-7(U2-7)再次跳变到低电平。由于此次测量仅用到两信号的上升沿，所以滞回特性对测量无影响。这种电路原理清楚、思路清晰、能达到实验的要求。所以选择方案二。鉴相电路的时序图PHASEOPHASE］整形相礎脉冲L

6、I1.3峰值检测电路方案选择与论证方案一：釆用二极管+电容的传统峰值检波电路，然后用adc采集直流量得到峰值。方案二：采用真有效值转化芯片（如AD637）,然后用adc采集直流量，通过处理器运算得到峰值。此方案能达到很高的精度，且设计电路较为简单，故选择方案二。1.4程控放大电路方案选择与论证方案一：简单的放大电路口J以曲三极管搭接的放大电路实现。为了满足不同放大倍数的耍求，可以采用多级放大电路实现。对电路输出用二极管检波产生反馈电压调节前级电路实现自动增益的调节。不过此方案由丁•大量采用分立元件，如

7、三极管等,电路比较复杂，工作点难于调整，尤其增益的定量调节非常困难。此外,由于釆用多级放大，电路稳定性差,容易产生自激现象。方案二：直接选取可调增益的运放实现（如PGA203）,这种方法的优点是屯路集成度高、条理较清晰、控制方便、易于数字化用单片机处理。故选择方案二。二、理论分析与参数计算2.1端口网络参数的分析与计1.RC吊联加;8:：RY：：：-VA~7100Q：:rxra^Ti用0TimeChamd-AChannelB11CTCT720.256us77.360mV2.919mVT2&*720.2

8、56us77.360mV2.919mVT2-T10.000s0.000V0.000VTimebaseChanndAChanndBScale:20usA>vScNe：200mVQvSafe：1vA>v2.RC并联wc屮=-aretan(2kfRc)；:R7：：：：—^WV—)7100Q：：t"XFG3■■rl:R4：510Q3.RL串联R+jwl；-KtiasT2&♦T2-T1TimebaseSc^e:20u$ETimeChdmd.AChamd上720.2