四川省大学生电子设计竞赛报告——微弱信号检测装置 2012-08

图 双机模式从机主程序流程图

图10 双机模式从机通信子程序流程图

四、系统测试与结果 4.1 系统使用的主要芯片

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四川省大学生电子设计竞赛报告——微弱信号检测装置 2012-08

作品采用的TI器件包括：INA2134 OPA2227 TL084 Launchpad（MSP430小开发板）。

4.2 测试仪器

表1. 测试仪器 仪器名称 数字万用表 RIGOL双踪示波器 RIGOL函数信号发生器 直流稳压器 型号规格 DT-9208A+ DS1062C 60MHz 400Msa/s 20MHz 100Msa/s DF1731SLL3A 记录下测试电压（电流）和现实电阻以及频率，与理论电压（电流）和理论显示电阻、频率进行比较。

4.3 基本要求测试

1、噪声均方根、加法器输出测试

输入正弦波信号VS 的频率为1 kHz，示波器接在测量点B，测噪声均方根VN(rms)。示波器接在测量点C，测加法器输出VC =VS+VN。如表2所示：

表2. 噪声均方根、加法器输出测试结果 正弦波信号Vs 噪声均方根VN(rms) 加法器输出Vc 200mV 1.18Vrms 1.19V 1.0V 1.08Vrms 1.2V 2.0V 1.11Vrms 1.36V 2、加法器带宽测试

测量点A输入正弦波信号VS 的峰峰值为1.0V，频率为1Hz—1.5MHz；测量点B不输入信号，示波器接在测量点A及测量点C，测量加法器输入输出信号幅值。如表3所示：

表3. 加法器带宽测试结果 正弦波信号频率（Hz） 正弦波信号输入电压（V） 正弦波信号输出电压（V） 10 1 0.194 100 1 0.928 1000 1 1.04mV 100000 1 1.27V 1500000 1 1.66V 9

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加法器带宽 3、纯电阻网络衰减系数测试

测试点A输入正弦波信号VS 的频率为1 kHz，幅值为2V峰峰值，示波器接在测试点D，测纯电阻网络的输出信号幅值。如表4所示：

表4. 纯电阻网络衰减系数测试结果 正弦波信号频率（Hz） 正弦波信号输入电压（Vpp） 纯电阻网络输出电压（Vpp） 衰减系数 1 kHz 2.0V 10mV 200 4、微弱信号检测电路的输入阻抗

由于微弱信号检测电路的前置放大电路基于同相输入的运算放大器进行设计，同向放大器的输入阻抗和运放的输入阻抗相等，接近无穷大。前置放大电路如图5所示：

V1 5R1 1k-R2 1k+VG1V2 5+U1 OPA227R3 100k+

5、微弱信号测量

测试点A输入正弦波信号Vs ，频率fs =1 kHz，幅度Vs (p-p)=200 mV —2V，在测试点E用示波器显示测试信号，并在显示电路上显示输入正弦信号Vpp测试值。

表5.微弱信号检测装置误差测试结果

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正弦波信号输入电压Vs（V） 显示值(V) 相对误差（%） 0.2 0.25 25%

0.5 0.6 20% 1.0 0.9 10% 1.5 1.35 10% 2 1.88 6% 图5. 前置放大器电路图

4.5 结论

本系统以双相锁相放大为核心，精确设计电路板，但实验结果不理想，精度达不到题目要求，可能是由于单片机输出的参考信号不能与正弦信号完全同频，或者电路设计还是不够稳定。

五、设计总结及体会

通过对信号源模块、锁相放大模块及电源模块电路的设计和MSP430F149单片机软件算法设计，以及系统误差的分析，我们对MSP430单片机和MAX7490、AD630等芯片的工作原理和其应用有了比较深刻的了解。为抗各种干扰，保证系统的稳定性和精度，对硬件的设计要求很高，要求PCB板的布局合理。通过这次比赛，我们发现一个细小的的问题将导致整个系统无法实现，因此在设计电路时需要我们的细心。同时，我们也积累了很多经验，学到了很多知识。

参考文献

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[4] 黄智伟等. 全国大学生电子设计竞赛系统设计.北京 ：北京航空航天大学出版社，2006 [5] 谭博学等. 集成电路原理及应用（第2版）.北京：电子工业出版社，2007 [6] 簧争. 德州仪器高性能模拟单片机和模拟器件在高校中的应用和选型指南.德州仪器

（上海）有限公司大学计划部，2012

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