弱信号尖峰检测报告.

电子信息工程学院

硬件课程设计实验室课程设计报告题目：弱信号尖峰检测

年级：2014级

专业：电子信息工程

学号：201421111046

学生姓名：袁洪平

指导老师: 丁昊

2016年09月28日

一、功能与技术指标

1．设计任务

设计一种可以对交流模拟信号上的尖峰干扰检测的简易装置。主要通过模拟器件设计尖峰检测电路，可实现频率为10Hz至5KHz，幅值为10mV弱信号上的尖峰出现检测，并可计算尖峰出现次数。

电路示意图

2．设计指标要求

设计准备：通过信号发生器，产生一路幅度为50mV、频率10Hz至5KHz的弱信号；另外产生一路10Hz至5KHz，幅度为500Mv的三角波为尖峰干扰信号。

（1）基本指标要求

（1）检测电路能够检测10Hz至5KHz幅度为500mV的尖峰存在。

（2）存在尖峰时可通过红色LED点亮预警。

（2）扩展指标要求

（1）可以测试出10个尖峰，并可通过LED（或LCD）屏幕显示尖峰干扰个数，个数误差10%。

（2）其他。

3.设计方案说明

(1)本题推荐使用集成运放电路。

(2)尖峰干扰检测电路要求采用模拟方法来实现。常用的检测方法有：专用检测芯

片、基本运放电路。

(3)为便于各个模块的测试，所有模块间应做成跳线连接方式。

(4) 弱信号通过信号源输出。

二、设计方案与方案比较

1.放大电路

方案一：采用三级管直接搭建共射放大电路，如图（1）

图（1）共射放大电路

这种共射放大电路搭建麻烦，放大倍数难以精确确定，不同三极管的共射放大倍数不一样。

方案二：采用运放OP07搭建，OP07带宽满足题目要求，用集成运放来建立放大模块，可以很方便的通过改变电阻值来改变放大倍数，且电路简单，如图（6）。

比较这两种方案我们选择方案二。

2.整流电路

方案一：采用四个二极管的组成的全波整流电路，如图（2），这种电路多用于将电网

图（2）整流电路

中交流电整流成直流电，由于二极管的导通电压为0.7V左右，因此该电路不适合弱信号整流。

方案二：采用运放构建全波精密整流电路。由运放搭建的全波整流电路有很多种，在这里我们选取经典型全波精密整流电路，如图（7）。这种电路的优点在于可以在R5两端并上电容滤波，此外还可以改变R5以改变放大倍数。

故我们采用方案二。

3.比较电路和显示电路

比较电路采用OP07为主芯片构建一个减法器，减法器正向输入端输入混合信号，反相输入端输入弱信号，这样可以减掉弱信号，最后就是剩下尖峰信号。

为方便，我们采用LED灯作为显示，将减法器得到的信号经过滞回比较器整型后驱动三极管，当检测到尖峰信号时LED灯亮。

4.尖峰个数检测

方案一：采用STM32单片机AD将滞回比较器整形后产生的脉冲波进行采样，通过高低电平进行判断是否有尖峰。

方案二：由于题目要求尖峰信号的频率范围是10Hz—5KHz，当频率高的时候，利用AD 采样来做速度会跟不上，因此使用STN32外部中断来检测上升沿，检测到一个上升沿就代表有一个尖峰，外部中断速度快，能达到题目要求。

因此选择方案二。

三、原理框图及电路图

1.原理框图

图（3）原理框图

2.电路图

3.PCB板

图（5）PCB板

四、单元电路设计与参数计算

（1）放大电路

图（6）放大电路

图（6）中在电路板上R2上焊接了单排座，方便换电阻，放大倍数为R2倍，改变R2的值就可改变放大倍数。

（2）整流电路

图（7）整流电路

经典型精全波密整流电路要满足R27=R17=2R21，R19=R14,取R27=1K,R19=1K。改变R17的大小可以改变放大倍数。

（3）比较电路

图（8）减法器

为方便计算，要使得同相和反相输入端对地电阻一样。

（4）显示电路

图（9）比较显示电路

为使得滞回比较器同相输入端参考电压较小，取R32=3K,R31=100K,R30=500，R30作为上拉电阻，拉高电压。

显示模块的R133起到分压限流的作用。

电路中test5用于连接单片机，单片机通过检测test5处的信号来判断是否有尖峰。检测到的尖峰个数将显示在屏幕上。

五、安装调试

我们各个模块用短路帽连接，因此可以各个模块可以单独工作。

安装调试：

1.对照所画电路制作印制电路板。

2.对照PCB板和电路图焊接元器件。

3.分模块调试，当各个模块可以单独正常工作时，进行级联测试。

六、测试分析

测试地点：中南民族大学电信学院硬件课程设计实验室

测试条件：TFG6920A(函数信号发生器)，SS3323可跟踪直流稳定电源，Tektronix示波器。

1.放大模块

函数信号发生器给定的信号：A路：三角波，500mVpp，1Hz；B路：正弦波，50mVpp，1Hz。

图（10）放大模块测试波形

图（10）是将信号源A路输出的信号放大至1.12Vpp，模块正常。

2.整流模块

图（11）整流模块测试波形

黄色的为整流后的信号，绿色的为原信号，由图知整流模块正常。

3.比较模块

图（12）比较模块测试波形

图（12）中绿色的是原来的锯齿波，黄色的是经过整流后从减法器分离出来的干