低频测量放大器设计final

R2 60k
V+
OUT
V-
U02
V-
V+
OUT
后端集成放大电路
R6 C2 40k 0.1uF 15V R5 15V R3 160k R3 160k OUT 10k TL0 84MJ + 10k R4 + OUT TL0 84MJ -
V+
V-
-15V R2 10k
-15 C1 0.1uF R1 30k
a. 运放A1、A2的特性一致性。
b. 电阻要精密配合。
实际电路及指标
15V R1 10k OUT 10k U1T L084MJ +
V+
U01
R 15V TL0 84MJ R +
R 10k
V-
-15V
R2 60k
Ui d
Rp 1M
10k R 10k -15V
15V TL0 84MJ R1 + 10k -15V Ui c
最终方案确定： 结合题目要求与测量精度和灵活度的要 求，选择采用WZP型铂电阻温度传感器
Pt1000 。
温度传感信号处理电路
基本的恒流源电路见图2，用铂电阻 RT代替反相放大器的Rf，根据反相放 大器的公式可以得到：
Vi RT vo vi RT R1 R1
Vi，R1固定后，流过RT的电流恒定， Vo与RT成正比，从RT的变化可以得 到相应的电压的变化，从而实现了电 压输出，并且线性度保持不变。
程序设计
针对MSP430编写相应的C语言程序，共 有温度采集和显示两大模块，最后附加 校准程序。
主程序
Void main(void) { int i; long int DegC; WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD; FLL_CTL0|=XGAP18PF; for(i=0;i<1000;i++); //让时钟稳定 SD16CTL=SD16REFON+SD16VMIDON+SD16SSEL0; //开启内部1.2V基准源，开启缓冲器，ADC时钟为SMCLK（默认1.048MHz） SD16CCTL0|=SD16SNGL+SD16DF; //单次采样，输出为有符号数 SD16INCTL0|=SD16INCH_0+SD16GAIN_n; //通道0，放大n倍 for(i=0;i<500;i++); //让基准电压稳定 BTCTL=0; Lefine d 0x01 #define g 0x02 #define b 0x04 #define a 0x08 #define DP 0x10 #define e 0x20 #define f 0x40 #define c 0x80 #define NEG 0x02 const char LCD_Tab[ ]= { a+b+c+d+e+f, //”0” b+c, //”1” a+b+d+e+g, //”2” a+b+c+d+g, //”3” b+c+f+g, //”4” a+c+d+f+g, //”5” a+c+d+e+f+g, //”6” a+b+c, //”7” a+b+c+d+e+f+g, //”8” a+b+c+d+f+g, //”9” };
#undef #undef #undef #undef #undef #undef #undef
a b c d e f g
void LCD_DisplayDigit(char Digit,char Location) { char DigitSeg; char *pLCD; DigitSeg=LCD_Tab[Digit]; pLCD=(char*)&LCDM1; pLCD[Location]=DigitSeg; }
MSP430系列
单片机
V-
V+
第1级差模放大倍数Av1： Av1=1+R1/R2 =4 第2级差模放大倍数Av2： Av2=1+R6/R5=5; 其中R14调为40k 即后级集成运放增益为20
前端测量放大器与后端集成放大器之间加入二阶低通滤波器，有 如下关系： 同相放大器的电压放大倍数k = 1+R1/R2
品质因数： Q 截止频率： f H

1 0.707 2
1 10 Hz 2 RC
经计算各指标已在电路图上标明
单片机A/D转换模块
前端加入RC滤波器，电容提供大部分电荷，R将运放输 出与电容隔开，使之呈现无跳跃的阻抗。
+ OUT 100pF 1 1 10k R1 2 2 C1 A校准模块 A+ MSP430 LCD显示模块
单片机内部基准电压Vref=1200mV条件下， ADC数据格式设置为“有符号”时，0V对应采 样值为0，Vref/2（600mV）对应ADC采样值为 32767。设ADC采样值为D，输出电压为：
Vref D Vref D V mV 32768 2 65536
摄氏温度=V/温度系数(3.851mV/ ℃),最终得：
D 312 DegC 65536
直流稳压电源模块
直流稳压电源电路主要由变压部分，整流部分， 滤波部分，稳压部分组成，采用的是比较常用 的稳压电源电路。主要利用两个稳压芯片， LM7815及LM7915产生所需要的+ -15V电压输 出。由于运放需要双电源供电，因而采用双输 出的变压器实现双电源的输出，运放所需要的 电源为15V，所以15V输出的变压器即满足要求， 对于该稳压电源的基本原理如下其电路如图所 示：
器件清单
电阻 可变电阻 电容 运放 稳压片
温度传感器
1K 3个 100K 1个 33pF 4个
TL084MJ 5个
10K 10个 1M 1个 100pF 1个
30K 1个
60K 2个
160K 2个
0.1uF 3个 470uF 2个
3300uF 2个
LM7815 1个
LM7915 1个
WZP型铂电 阻Pt1000
基本原理
系统设计原理框图：
集 成 运 放 滤 波
温 度 传 感 器
测 量 放 大 器
单片机 （A/D）
LCD显示
/
1、温度传感器模块设计


方案一：使用MSP430内置的16位Sigma-Delta 型ADC中的集成温度传感器。SD16模块中任一 ADC选择通道6即可测量内部温度传感器的输 出电压，以此获得芯片温度。当单片机处于低 功耗运行时，芯片温度和环境温度近乎相等。 方案二：使用WZP型铂电阻温度传感器 Pt1000 。其线性度相对较好，耐氧化能力很强， 并且温度范围宽 。
void LCD_DisplayNumber(unsigned int Number) //无效0消隐显示正整数 { char *pLCD; char DispBuff[5]; //有效数字拆分结果 char i; pLCD=(char*)&LCDM1; for(i=0;i<5;i++) //65535最多5位数 { DispBuff[i]=Number%10; Number/=10; } for(i=4;i>0;i--) { if(DispBuff[i]==0) DisBuff[i]=255; else break; } for(i=0;i<5;i++) //依次显示 { if(DispBuff[i]==255) pLCD[i]=0; else LCD_DisplayDigit(DispBuff[i],i); } }
while(1) { int Voltage; _EINT(); ADC0_Flag=0; SD16CCTL0|=SD16SC; //开始采样 while(ADC_Flag[0]==0) LPM0; Voltage=(int)ADC_Result[0]; while((SD16CCTL0&SD16IFG)==0); DegC=((long int)Voltage*3120)/65536; //计算摄氏温度 LCD_DisplayDecimal(DegC,1); //显示温度，带1位小数 LCD_InsertChar(DT); //”。” LCD_InsertChar(CC); //’C’,显示：℃ for(i=0;i<30000;i++); } }
中断服务程序（三通道）
char ADC_Flag[3]={0,0,0}; Unsigned int ADC_Result[3]; #pragma vector=SD16_VECTOR __interrupt void SD16ISR(void) { switch(SD16IV) { case2: break; //SD16超量程，不处理 case4: ADC_Result[0]=SD16MEM0; //ADC0 ADC_Flag[0]=1; break; case6: ADC_Result[1]=SD16MEM1; //ADC1 ADC1_Flag[1]=1; break; case8: ADC_Result[2]=SD16MEM2; //ADC2 ADC2_Flag[2]=2; break; } __low_power_mode_off_on_exit(); }
void LCD_DisplayDecimal(int Number,char DOT) //显示正、负、小数 { char *pLCD=(char*)&LCDM1; char Negative=0; if(Number<0) { Number=-Number; Negative=1; } LCD_DisplayNumber(Number); pLCD[DOT]|=DP; if(Negative) pLCD[5]=NEG; else pLCD[5]=0; }