【正文】 進(jìn)行再次 放大測試或 對待測原件上的差分電壓進(jìn)行再次放大測試。 、相敏檢波 方案論證與選擇 方案一 數(shù)字相敏 檢波 數(shù)字 相敏檢波器由乘法型 D/A轉(zhuǎn)換器和低通濾波器構(gòu)成，用乘法型 D/A轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)數(shù)字鑒相。相 移操作時正弦波信號變?yōu)? ?????? ?? 2c o s ??tUU mX () D/A輸出為 ? ? ?????? ??????? ????????? ?? ???????? s i n22c os212c osc os tUttU mm () 方案二 脈沖積分鑒相 利用模擬開關(guān)進(jìn)行 脈沖積分鑒相，脈沖積分鑒相有 單 π/4脈沖積分鑒相和雙 π/4脈沖積分鑒相 之分 ，單 π/4脈沖積分鑒相 原理圖如圖 示， 可推導(dǎo)測量電壓 在實 軸上的投影為 ? ? ? ? ? ?? ?4s i n4s i n22s i n 00040 ????? ????? ? πATdttAI T 10 ? ?4s in220 ?? ?? πAT () 在虛軸上的投影為 ? ? ? ? ? ?? ?? ?????? 4s i n43s i n22s i n 00024 ?????? ATdttAQ TT ? ?4c o s220 ??? ?? AT () 利用雙 π/4脈沖積分鑒相器可推導(dǎo)出測量電壓 在實 軸方向上的投影 為 ? ? ? ? ? ? ? ?? ?00000000 c o sc o s2s i ns i n 22 ??????? ?????? ? ? AdttdttAI TTT ? ?0cos2 ??AT? () 在虛軸方向上的投影為 ? ? ? ? ? ?? ? ? ?????? dttAdtAdttAQ T TTTT 0000000 s i ns i ns i n 43443 4 ?????? ? ? ? ?? ? ? ?000 s in2s ins in22 ????? ATAT ????? () 由推導(dǎo)公式可見，用 雙 π/4脈沖 積分鑒相的波形幅度為單 π/4脈沖積分鑒相的 22 倍。雙 π/4脈沖積分電路積分鑒相 輸出 波形幅度為單 π/4的 22倍，所以選擇方案二的雙 π/4脈沖積分 鑒相 進(jìn)行相敏檢波。 STC89C52是低電壓，高性能 CMOS 8位單片機，片內(nèi)含 8kbytes的可反復(fù)擦寫的 Flash只讀程序存儲器和 256 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器 （ RAM） ，器件采用高 密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)， 與標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令系統(tǒng)及 8052產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用 8位中央處理器 （ CPU） 和 Flash存儲單元，功能強大 。 圖 51單片機內(nèi) 部結(jié)構(gòu)圖 方案二 MSP430單片機 MSP430單片機 針對實際應(yīng)用需求，將多個不同功能的 模擬電路 、數(shù)字電路 模塊和 微處理器 集成在一個芯片上，為各種便攜式設(shè)備儀器提供“單片”解決方案。在系統(tǒng)中共有一種活動模式 （ AM） 和五種低功耗模式（ LPM0~LPM4） 。當(dāng)系統(tǒng)處于省電的低功耗狀態(tài)時，中斷喚醒只需 5μ s。 12 雖然方案一和方案二都能完成系統(tǒng)所需要的功能，但 方案二內(nèi)嵌AD采樣器 和 PWM波輸出功能 ，通過配置寄存器便能輸出方波信號。綜合考慮選擇方案二。 在 MSP430單 片 機的控制下通過正弦波發(fā)生器和基準(zhǔn)信號發(fā)生器產(chǎn)生測試所需要的三 組相互正交的100Hz、 1KHz、 10KHz正弦波信號， 用于相敏檢波器。 圖 系統(tǒng)總體設(shè)計框圖 、 子系統(tǒng)電路設(shè)計 整個系統(tǒng)由正弦波發(fā)生電路、基準(zhǔn)相位信號發(fā)生電路、前置測試電路、放大電路、相敏檢波 器、微處理器及 LCD顯示電路構(gòu)成。 利用 MSP430G2553 單片機定時器 A 的 PWM 輸出功能配置相關(guān)寄存器產(chǎn)生 1MHz 方波SinCLK， 經(jīng) P9 端口進(jìn)入基準(zhǔn)相位發(fā)生電路，作為 十進(jìn)制計數(shù)器74LS390 的 時鐘 信號。 圖 74LS390 邏輯圖 經(jīng)過四次分頻后 得到 兩路成四倍關(guān)系的信號 251 SinClkf ? () 1002 SinClkf ? () 將 1f 作為 74HC164 移位寄存器的時鐘信號而 f2作為其數(shù)據(jù)信號。的 正交 方波信號 0_clk 和90_clk， 分別輸出頻率為 10kHz、 1kHz、 100Hz 三組相互正交的方波信號。 CLR2A1QA3B4QB5QC6QD7U8:1SN74LS390DCLR14A15QA13B12QB11QC10QD9U7:2SN54HC390JGND12P9GNDQ03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713A1B2CLK8MR9U674HC164VCC0_clk90_clkSinClkVCCGNDC29104C2710uFVCCGNDC28104C2610uF 圖 基準(zhǔn)相位發(fā)生電路 14 、 正弦信號發(fā)生 電路 正弦波發(fā)生器電路如圖 。再通過兩階 無源 RC低通濾波器進(jìn)一步濾波。 截止頻率 sf 與 MAX293時鐘輸入信號 SinClk 的關(guān)系為 100SinClkfs ? () 采用單電源供電， V接實地，而 GND接 R31和 R32分壓后得到的，構(gòu)成一個虛地。 所以當(dāng) SinClk輸入方波頻率為 1MHz、 100KHz、 10KHz時，對應(yīng)輸出的正弦波信號為 10KHz、1KHz、 1KHz。以對前面得到的三種頻率的正弦波進(jìn)一步濾波。 電容 C39到 C44都是起濾波和退偶的作用，使電源更干凈，芯片工作更穩(wěn)定。 15 CLK1V2OP_O3OP_I4OUT5GND6V+7IN8U10MAX293SinClkGNDR2120KR1920KR2020KGND0_clkVCCR3220KR3120KVCCC38104VCCR2318KR2418KC301nC311nC33C35C34104C36104Q1 Q2 Q3 Q4GND GND GND GNDR27R28R29R3012P12GND GNDC32R26100KGND 4732out6VCCVEEU9OPA704VCCVEER2520012P11R2210KVCC123P10Header3GNDC37220uFVCCGNDC42104C4010uFVCCGNDC44104C4110uFVEEGNDC43104C3910uFV_RLC 圖 正弦信號發(fā)生電路 、 前置測試電路 前置 測試電路電路圖如圖 。 由 TL081構(gòu)成的反相比例運算電 路。 INA128內(nèi)部原理圖如圖 。兩個模擬開關(guān)的控制是同時進(jìn)行的。 R35ZxR43 4732out6VCCVEE185RGRGRefU11INA128R3610K %R341MR331KR371MR381KC47220nFC51220nFGNDGNDGNDIN/OUT_41IN/OUT_62OUT/IN3IN/OUT_74IN/OUT_55INH6VEE7VSS8C9B10A11IN/OUT_312IN/OUT_013IN/OUT_114IN/OUT_215VDD16U13CD4051R45100R46500R47R4910KR5050KR51220K+5R4110KGNDC54104GND123P ？ 15R5310KC59104GND 4732out6VCCVEE185RGRGRefU12 INA128R4210K %R401MR391KR441MR481KC53220nFC57220nFGNDGNDIN/OUT_41IN/OUT_62OUT/IN3IN/OUT_74IN/OUT_55INH6VEE7VSS8C9B10A11IN/OUT_312IN/OUT_013IN/OUT_114IN/OUT_215VDD16U14CD4051+5R5410KGNDC62104GND5R59 10KC66104GNDCBAABC0123456701234567 4732out6VCCVEEU17 TL081GND+55+55V_RLCC69 104C70 10uFGNDC63104GNDC6710uFC45104C4610uFGNDC4910uFC50104+5C48104C5210uFGNDGND5C5510uFC56104R52680K1212P1312P14AB 圖 前置測試電路 、 放大電路 放大電路電路圖如圖 。當(dāng)模擬開關(guān)選擇置 端口 1時，由 OPA704構(gòu)成的差分放大器測量待測阻抗 xz 上的電壓 xU ，當(dāng)模擬開關(guān)置于端口 2時，差分放大器便可以測量出被測器件上的電壓 SU 。 運放 OPA704工作在跟隨狀態(tài)時，不具備放大功能。 5R6010KC65104GNDGND12P15R585KR5720KGND 4732out6VCCVEEU16OPA704+5C58104C61 10uFGND5C64104C6810uFGNDR5610KGNDAB12+5R5510KGNDC60104aX12aY13bX2bY1cX5cY3INH6C9B10A11VSS8VEE7c4b15a14VDD16U15CD405312P16 圖 放大電路 、 相敏檢波電路 相敏檢波電路的作用是將 XU 、 SU 用不同的參考相位進(jìn)行鑒相并將其平均值轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量。或 90176。 采用 雙 π/4脈沖積分檢相原理 ，原理圖如圖 。 將相互正交的正弦波信號 0_clk和90_clk由 P1端口輸入，通過 P2口控制模擬開關(guān) CD4053的通與斷 選擇兩個信號。 采用二階有源低通濾波器來實現(xiàn)積分，濾波器的 Lf 設(shè)定在 1Hz也就相當(dāng)于一個積分器 。本設(shè)計是采用微處理器 MSP430G2553內(nèi)部 AD進(jìn)行電壓采集， 只 能采集正電壓， 必須 將相敏檢波后的電壓進(jìn)行抬升， 使 電壓總 大于 0。用 TL081做跟隨器，經(jīng)過加法器后輸出電壓為 )1010(1022121 ?????? VVVKVKVKV out () 所以在用單片機進(jìn)行 AD采集時，將采集的電壓值減 投影在坐標(biāo)軸上的真實值。 0_clk90_clkaX12aY13bX2bY1cX5cY3INH6C9B10A11VSS8VEE7c4b