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6.6.1 稳压电源设计 ............................................................................................................................37 6.6.2 各器件的电源 ............................................................................................................................39

第7章 CY7C68013A与上位机的通信 ....................................................................................41

7.1 CY7C68013A固件程序 ......................................................................................................................41 7.2 USB驱动程序 .....................................................................................................................................41 7.3 动态链接库DLL .................................................................................................................................42 7.4 LabVIEW界面应用程序 ...................................................................................................................42

第8章 结 语 .............................................................................................................................................44 参考文献 .......................................................................................................................................................45 致 谢 ...............................................................................................................................................................46

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第1章 绪 论

微弱信号检测是测量技术中的一个综合性的技术分支，它利用电子学、信息论和物理学的方法，分析噪声产生的原因和规律，研究被测信号的特征和相关性，检出并恢复被背景噪声掩盖的微弱信号。微弱信号检测技术研究的重点是如何从强噪声中提取有用信号，探索采用新技术和新方法来提高检测系统输出信号的信噪比。微弱信号检测理论的研究是探索新的微弱信号检测方法。分析噪声产生的原因和规律,以及被测信号的特征,采用适当的技术手段和方法,把有用信号从噪声中提取出来,即研究其检测方法[1]。

1.1 微弱信号检测装置研究的意义

微弱信号处理主要是解决伴有噪声信号的检测，降噪和分离等问题。在我们日常生活中，噪声干扰随处可见，它常常与有用信号共存，并且普通方法难以将分离，从而严重影响系统的运行和目标信号的正常检测。因此在信号处理领域，是想方设法去除干扰噪声以获取有用信号。而在目前一些科学研究和工程实践中，我们经常会遇到噪声很强的情况，就是在强噪声中检测微弱信号(毫微伏数量级的问题，这无疑更增加了信号检测的难度，比如测定材料分析时测量荧光光强、震的波形和波速、红外探测以及生物电信号测量、卫星信号的接收等，这些问题归结为噪声中微弱信号的检测[2]。所以微弱信号主要是指被强噪声淹没的小幅度号，微弱信号检测的目的是从强噪声中提取有用信号，或用一些新技术和新方法提高检测系统输出信号的信噪比。

微弱信号检测作为一门新兴的技术学科，应用范围遍及光、电、磁、声、热、生物、力学、地质、环保、医学、激光、材料等领域，对微弱信号检测理论的研究探索新的微弱信号检测方法，研制新的微弱信号检测设备是当今检测技术领域的个热点。目前，微弱信号检测技术主要采用电子学、信息论、计算机及物理学的段，分析噪声产生的原因和统计特性，研究被测信号的特点与相关性，从而检测噪声淹没的微弱有用信号。常用的检测方法有窄带滤波、取样积分、相关检测、重相关匹配、随机共振、浑沌振子、小波变换等方法，其宗旨都是研究如何从强声中提取有用信号，任务是研究微弱信号检测的理论、探索新方法和新技术，从而其应用于各个学科领域当中。

在本文所涉及的自动化测量控制领域中，各种参数的测量将直接关系到工业产的质量，尤其对超精密仪器仪表的测量，测量精度的要求非常严格。如果测量装置工作在电源变压器或输电线路附近，采集信号往往会受到工频电磁场及其谐波的干扰，从而增加了获取精准信号的难度。传统传感器测量技术的噪声抑制能力和温度特性相对都比较差，不能满足高精度测量对抗干扰能力的要求。因此，在对低频微弱信号的智能数据采集中，具有抗工频干扰的微弱信号检测系统也成为关键技术之一。

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1.2 国内外发展概况

仪器科技产品的发展趋势是微型化、数字化、智能化、集成化和网络化进一步向纵深发展，并在产品性能上向高精度、高可靠性、高环境适用性目标前进，在人机界面上更便于人的操作、使用，以及与人类生活、健康有关的各类仪器科技产品有望得到较大的发展并进入家庭，通过家庭、社区、医院联网使保健、疾病诊治从医院象社区、家庭发展。 1.2.1 国内检测仪器的发展

要提高信号的信噪比，这就需要采用电子学、信息论、计算机和物理学的方法，以便从强噪声中检测出有用的微弱信号，从而满足现代科学研究和技术发展的需要。微弱信号检测技术不同于一般的检测技术，它注重的不是传感器的物理模型和传感原理、相应的信号转换电路和仪表的实现方法，而是如何抑制噪声和提高信噪比，因此可以说，微弱信号检测是一门专门抑制噪声的技术。为此，人们开始研究新的检测理论、方法和设备，以满足现代科学技术研究之需。微弱信号检测这门新兴的信号检测与处理的技术科学就是在这种情况下产生并得到迅速发展。自60年代初到现在已取得重大进展，应用范围很广，其仪器已成为现代科学研究中不可缺少的设备了。

微弱信号检测的目的是从强噪声中提取有用信号，或用一些新技术和新方法来提高检测系统输出信号的信噪比。对微弱信号检测理论的研究，探索信的微弱信号检测方法，研制新的微弱信号检测设备是目前检测技术领域的一个热点。

根据微弱信号检测理论，许多机构研制出了微弱信号检测仪。目前常见的微弱信号检测设备有低噪声放大器、滤波器和锁相放大器等。

低噪声放大器对于微弱信号检测仪器或设备，低噪声放大器是引入噪声的主要部件之一。根据多年的经验和公式推导，整个检测系统的噪声系数主要取决于前置放大器的噪声系数。因此，仪器可检测的最小信号主要取决于低噪声放大器的噪声。低噪声放大器是任何一个微弱信号检测仪器及装置中的关键部件之一。随着半导体工艺与技术的发展，低噪声放大器的性能得到了极大的提升。锁相放大器完成正弦信号幅度及相位检测的相关检测装置，自1962年第一台仪器问世后，在科学研究的各个领域有很广泛的用途。目前，这种仪器是微弱信号检测仪器中一个十分重要的品种。已经有很多厂家生产这种仪器，并在世界各地得到广泛应用。 1.2.2 国外检测仪器的发展

发达国家为了保持产品在国际上的竞争力，都十分重视产品开发，各企业都设有试验研究、设计结构，有相应的实验室。大型公司还有试制车间，对新开发的产品精益求精，力求投入市场的新产品能为客户所信赖。为了加快产品更新换代，企业非常重视科技进步，尽量在新产品中采用各种高新技术及其形成的新型传感器、新型器件（特别是超大规模集成专用电路）及新材料，并采用计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）以缩短

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新产品开发周期。

微弱信号检测仪器科技产品的微型化发展趋势，主要依托于微机电系统(MEMS）微米/纳米制造技术和微电子IC制造技术，使仪器科技产品集机械、传感、测控等部件于一个芯片上，并能按微电子IC批量加工工艺制造。

微弱信号检测仪器科技产品的数字化、智能化发展趋势，随着微电子技术、计算机技术、人工智能技术的发展而进步，它使仪器科技产品与数字处理器，超大规模专用集成电路、PC技术、人工智能技术进一步融合在一起。国际上目前先进的数字化、智能化仪器仪表系统构成，以数字信号处理系统（DSPS）为代表，它以DSP为核心，配合先进的混合信号电路，专用系统集成电路、元件及开发工具等组成对整个应用系统的完整解决方案。在数字化和智能化发展的趋势中，硬件和软件处于同样重要的地位，旦硬件是基础，仪器使用新器件、新工艺，特别是超大规模集成的新器件，能使原来不能实现的指标成为可能，因此新器件的采用能成为产品竞争的重要筹码。另一方面软件在智能仪表的发展中起着越来越重的作用，现代仪器仪表设计中软件工作量已占到70%～80%，这在某种程度上决定着仪器的功能和性能。软件能完成性能指标补偿、自动测试，自检、自诊断、数据采集、控制、传输、显示等功能。有的如计算机、光盘等的评估测试，主要由软件完成。软件将成为今后智能仪表发展的重要方向。未来10年，更高程度的智能化应包括理解、推理、判断与分析等一系列功能，是数值、逻辑与知识的结合分析结果，智能化的标志是知识的表达与应用。

微弱信号检测仪器科技产品的集成化、网络化发展趋势，以总线技术、仪表及其模块开放式互联标准及通信技术为基础，包括测试软件的规范化、标准化，使自动测试系统的构成向大生产领域和军事工程领域扩展，并能提供所需要测试的系统方案或系统集成力。

微弱信号检测仪器科技产品在生物、环保、医学等有关人的生存、发展领域的应用日新月异，现代高科技军事方面的发展也促进了仪器科技产品的应用拓展，灵敏、准确的现场毒物检测、生命保障任务也大大扩大了仪器科技产品的应用领域。

1.3设计内容

（1）研究噪声特点和常用微弱信号检测理论。 （2）设计针对不同目标的微弱信号拾取探头。

（3）系统总体结构及硬件电路设计。包含电源电路、前置放大电路、二次放大电路、陷波电路、光电隔离电路。

（4）确定数据采集系统总体方案。数据采集系统硬件设计： USB2.0接口模块设计，A/D

转换模块设计，数字I/O模块设计，复杂大规模可编程集成电路(CPLD)设计，电源设计等。数据采集系统软件设计：Firmware固件设计，驱动程序设计，应用程序设计。

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