全国大学生电子设计大赛比赛论文(获奖论文)

全国大学生电子设计竞赛2012年大学生电子设计TI杯竞赛论文设计报告题目：微弱信号检测装置（A题）学校：****指导老师：****参赛队员姓名：****日期：2012年8月8号目录1方案论证与选择.........................................................................................................................11.1采样方法比较与选择.....................................................................................................11．1.1加法器方案比较...............................................................................................11.1.2纯电阻分压网络.................................................................................................11.1.3微弱信号检测电路.............................................................................................11.1.4单片机模块的选择.............................................................................................21.2系统设计.........................................................................................................................32系统软件仿真及流程图.............................................................................................................42.1加法器.............................................................................................................................42.2纯电阻分压网络.............................................................................................................52.3带通滤波器.....................................................................................................................52.4移相电路.........................................................................................................................52.5相敏检波器.....................................................................................................................62.6低通滤波.........................................................................................................................62.7单片机显示与流程图......................................................................................................73硬件选择和计算.........................................................................................................................83.1加法器...............................................................................................................................83.2纯电阻分压网络............................................................................................................103.3带通滤波器.......................................................................................................................103.4移相电路...........................................................................................................................113.5相敏检波器.......................................................................................................................123.6低通滤波器.......................................................................................................................134系统调试...................................................................................................................................144.1测量仪器.......................................................................................................................154.2测量结果.........................................................................................................................175实验总结...................................................................................................................................18微弱信号检测装置设计报告成员：***院校：****摘要：本文介绍了利用锁相放大的方法进行微弱信号检测的电路设计方案。本设计以带通滤波电路、移相电路、相敏检波电路、低通滤波电路实现锁相放大的功能；加法器和电阻分压网络为辅助电路；MSP430G2553单片机实现信号输出和显示功能。系统主要由五个模块组成：信号发生模块、加法器模块、纯电阻分压网络、锁相环路模块和显示模块。首先将正弦波信号源产生的有用信号和噪声源（MP3输出）产生的噪声信号通入加法器TL081中叠加。将其输出的混合信号通入电阻分压网络实现衰减。其次将信号通入高通滤波器和低通滤波器合成的带通滤波器，对信号进行功率放大，并滤除带外噪声。将输出信号和同频同相的参考信号（产生的振荡信号确定频率后通入移相器得到）同时接入相敏检波器进行整流后加低通滤波器进行信号幅度值的提取。最后将信号的幅值通入单片机进行信号的恢复，完成微弱信号提取。最终实现微弱信号的检测装置的设计和调试。关键字：MSP430；锁相放大；相敏检波；带通滤波；低通滤波1方案论证与选择本设计要求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。根据题意需要制作加法器、纯电阻分压网络、微弱信号检测电路、显示电路这个部分。现将各部分分别进行比较论证。1.1采样方法比较与选择1．1.1加法器方案比较方案一：采用NE5532，是一种双电源运放集成。优点是放大倍数可以通过更改负反馈电阻值来实现。但是缺点是它自身没有集成高低音调节功能，且输出的带宽不能满足要求，因此没采用此方案。方案二：简单的运算放大器TL084CN，正弦波信号和1KHz的噪声信号通过TL084加法器得到一个混合的信号，该芯片满足输出电压值VC=VS+VN且有效带宽大于1MHz，同时电路设计简单，性能比较好，能实现各部分功能，经过试验经验得到该芯片达到的性能指标较好，所以选择此方案。1.1.2纯电阻分压网络为了满足题目的基本要求纯电阻分压网络的衰减系数不低于100，所以我们采用纯电阻分压原理，利用99:1的比例电阻构成输出电压是原来的百分之一的衰减电路。通过该电路可使衰减达到40db。1.1.3微弱信号检测电路微弱信号检测电路是整个设计的重点。分为带通滤波、相敏检波器(相乘器)和低通滤波构成。（1）带通滤波方案分析：带通滤波器是一个只有在特定频段的频率传递信号衰减这一频段以外的所有信号的同时，其目的是提高增益、放大微弱信号。提取出在1KHz范围内的正弦波信号和噪声信号的混合波，得到有效部分。方案一：用MAX267设计自适应带通滤波器，MAX267只有一种工作模式，在这种模式下，带通滤波器的中心频率只与外部输入设置有关，容易控制，但是由于所要提取的基波信息与其谐波分量的频率相隔较远，工作的频率范围内存在干扰信号，且带通滤波器的输出频率低于其中心频率，所以不建议采用此方案.方案二：此方案采用OP77芯片，单位增益稳定，性能良好，输出级能驱动负载能力，同时能良好的在1KHz范围内得到有用的混合波，达到正弦波信号Vc的频率为1kHz、幅度峰峰值在200mV~2V范围内因此选择使用OP77。（2）移相电路：方案一：TL062CD是低功率输入运算放大器，它具有高输入阻抗，低的输入偏置电流和低输入失调电流。先进的设计，但是在相位偏移上有局限，只能在0-90度之间调制，即此方案不被采用。方案二：FL353P这个芯片是一种低成本，高速，具有极低的输入失调电压JFET输入运算放大器。它需要低供应电流的维持一个大的增益带宽积和快速压摆率。此外，相匹配的高电压JFET的输入提供了非常低的的输入偏置和偏置电流，且没有工作温度和存储温度的影响，电路性能好，设计简单，因此采用此方案。（3）相敏检波器:相敏检波电路能够鉴别调制信号相位，从而判别被测量变化的方向，同时相敏检波电路还具有选频的能力，从而提高测控系统的抗干扰能力。从电路结构上看，相敏检波电路的主要特点是，除了所需解调的调幅信号外，还要输入一个参考信号,有了参考信