全国电子设计大赛一等奖论文
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全国电子设计大赛论文集团标准化办公室：[VV986T-J682P28-JP266L8-68PNN]2015年全国大学生电子大赛设计竞赛风力摆控制系统（B题）【本科组】参赛队号：20150262风力摆控制系统（B题）摘要风力摆系统是非线性、强耦合、多变量和自然不稳定的系统，是机器人技术、控制理论、计算机控制等多个领域、多种技术的有机结合。
本设计分五个模块，即风力摆模块、单片机控制模块、显示模块、电源模块、人机交互模块。
风力摆模块由三个直流风机成等边三角形相对而立，成为驱动风力摆的唯一动力。
单片机控制模块以飞思卡尔K60芯片作为控制核心。
显示模块有两个，一个是OLED显示屏，另一个是当完成每项任务时发光二极管会有明显的提示。
电源模块使用LEG-1117-3.3和TPS7350来搭建，给系统提供稳定的供电。
人机交互模块中每项操作可通过拨码开关与按键完成。
本设计性能指标达到设计要求，性能稳定，用户界面友好。
关键词：直流风机；风力摆；K60系统板ABSTRACTThewindpendulumsystemisanonlinear,strongcoupling,multi-variableandunstablesystem.Itisacombinationofmanyfields,suchasrobotics ,controltheory,computercontrol,andmanyothertechnologies.Thedesignisdi videdintofivemodules，thewindpendulummodule,single-chipmicrocomputercontrolmodule,displaymodule,powermodule,human-computerinteractionsystem.WindpendulummodulebythreeDCfanintoanequilat eraltrianglerelativestanding,becometheonlypowerwinddrivenpendulum;MCU controlmodulebasedonthesinglechipcomputerasthecore,byCarlK60chipasthe controlcore;displaymodulehastwo:AisOLEDdisplay,theotheraiswheneachtas kiscompleteLEG-1117-3.3andTPS7350tobuild,toprovideastablepowersupplysystem.Eachoperationc anbedonebydialingthecodeswitchandthebutton.Performanceindicatorsmeett hedesignrequirements,theworkisreliable,userfriendlyinterface. Keywords:DCfan,Thewindpendulum,K60目录摘要 (I)ABSTRACT (I)目录 (II)1.引言.................................................. (1)2.方案比较与论证......................................................... (1)2.1方案比较................................................................... (1)2.2方案选定................................................................... (2)2.3方案论证................................................................... (2)3.系统硬件设计......................................................... . (2)3.1系统机械制作................................................................... .. (2)3.2核心系统控制模块................................................................... (2)3.3电源模块................................................................... (3)4.系统软件设计......................................................... . (3)4.1程序框图................................................................... (3)4.2系统控制图................................................................... .. (4)5.测试方案与测试结果......................................................... . (4)5.1测试仪器................................................................... (4)5.2测试方法................................................................... . (4)5.3测试结果................................................................... (5)6.测试分析与总结......................................................... . (6)参考文献......................................................... (6)附录1装置机械安装图................................................................... . (7)附录2主要元器件清单................................................................... .. (8)1.引言在控制理论发展的过程中，某一理论的正确性及实际应用中的可行性需要一个按其理论设计的控制器去控制一个典型对象来验证。
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《AI智能各式舞蹈助理》
摘要：随着人工智能技术的发展，如今可以利用AI技术的助力来辅
助人们进行舞蹈学习，在助力模式下，AI可以针对每一个人的有效性提
供舞蹈动作完美执行的反馈，同时还能记录和评估学习舞蹈者的演练过程。
本文提出了一种AI智能舞蹈助理，该系统可以自动识别舞蹈动作，通过
视觉识别系统实时跟踪学习者的舞蹈动作，并给出相应的反馈。
本文还介
绍了本系统的技术架构，包括相机、算法、数据库等设备，解释了如何使
用计算机视觉技术识别舞蹈动作，并利用深度学习理论建立舞蹈动作的模型。
本文还对训练结果进行了实验评估，显示了所提出的AI智能舞蹈助
理能够检测出舞蹈动作，并给出相应的反馈。
关键词：人工智能；计算机视觉；舞蹈助理；深度学习
1、绪论
随着人工智能技术的发展，如今可以利用AI技术的助力来辅助人们
进行舞蹈学习。
舞蹈助理可以像老师一样通过识别和反馈的方式来辅助用
户学习舞蹈动作，并在学习过程中给出有效的反馈和提示，作为一款学习
助力工具，它既能帮助广大舞蹈爱好者提高表演水平，也可以作为科研领
域的有益补充。
本文提出了一种AI智能舞蹈助理。
全国大学生电子设计大赛获一等奖论文
低功耗数字多功能表的设计制作(A题)摘要系统采用TI公司的msp430作为处理器芯片，经电压测量模块、电阻测量模块、电容测量模块、三极管测量模块，实现电压、电阻、电容、三极管各个参数的测量，并及时由段式液晶模块进行显示，并实现作为信号发生器的功能。
系统经过多次改进，运行稳定，测量精度较高，信号输出稳定。
关键字msp430 电阻电容电压三极管正弦波信号选用的TI的芯片：msp430 TLV2372 TPS60400 LM324 SN10501Abstract:System USES TI company as the msp430 processor chip, the voltage measurement module, resistance measurement module, capacitance measurement module, triode measurement module, realize voltage, resistance, capacitance, triode each parameter measurement, and by stages in time to display LCD module, and realize the function of as a signal generator. System after many improvement, the operation is stable, and the measurement accuracy is higher and the signal output stability.Keyword：msp430resistance capacitance voltage triode signal occurredApplication of TI chips.：msp430 TPS60400 TLV2372 SN10501 CSD17505Q5A1 方案论证 (3)1.1 直流电压方案论证 (3)1.2交流电压方案论证 (3)1.3电阻测量方案论证 (3)1.4电容测量方案论证 (3)1.5晶体三极管β参数测试方案论证 (3)1.6正弦波产生方案论证 (4)2 理论分析与计算 (4)2.1 直流供电系统 (4)2.2 直流电压测量电路 (4)2.3 交流电压测量电路 (4)2.4电阻测量电路设计 (4)2.5电容测量电路设计 (5)2.6晶体三极管β测量电路设计 (5)2.7正弦波信号产生电路设计 (5)2.8 显示电路设计 (6)3 总体电路设计和程序设计 (6)3.1 电路设计 (6)3.1.1电源电路 (6)3.1.2 -5v电压产生电路 (6)3.1.3直流电压测量电路 (7)3.2 系统构成与程序设计 (7)3.2.1系统组成 (7)3.2.2程序流程 (7)4 测试 (8)4.1 直流电压测试 (8)4.2 交流电压测试 (8)4.3电阻测量 (9)4.4电容测试 (9)4.5 三极管β值测试 (9)5 总结 (9)参考文献： (10)附录： (10)1 方案论证本系统由直流电压、交流电压、电阻、电容、三极管测量电路和正弦波信号发生器电路组成。
全国电子设计大赛省一获奖论文-四旋翼
.学校统一编号:HLJ-B-学校名称：哈尔滨理工大学队长姓名：学生姓名：指导教师：时间：四旋翼自主飞行器摘要四旋翼的结构是一种比较简单和直观化的稳定控制性飞行器。
通过调节4个电机转速改变旋翼转速，改变升力的变化调整飞行器的姿态和位置。
四旋翼飞行器的动力来源是无刷直流电机，因此针对该类无刷直流电机的调速系统对飞行器的性能起着决定性的作用。
四旋翼的动力来源为无刷直流电机，采用单边pwm 的控制方式实现电机的调速，采用三段式启动方式实现电机的软启动。
用超声波传感器测距是四旋翼飞行器定高，采用ov7620摄像头循迹使飞行器从A区到B区。
通过对四旋翼工作模式与控制参数的研究，得到相应的控制算法，然后编程实现，模拟相应的飞行姿态，实验结果表示四旋翼实现自主飞行、自主悬停控制。
关键词：四旋翼飞行器；无刷直流电机；PWMabstractThe structure of the four rotor is a relatively simple and intuitive stability controlling aircraft. By adjusting the four motor speed change the rotor speed, the change of lift change aircraft attitude and position. Four rotor aircraft power source is brushless dc motor, so for this class of brushless dc motor speed control system plays a decisive role on the performance of the aircraft. Four rotor power source for the brushless dc motor, motor speed control is realized by using unilateral PWM control mode, the three-step startup mode was adopted to realize motor soft start. Four rotor aircraft with ultrasonic sensor range is set high, use ov7620 camera tracking make aircraft from area A to area B. Through the study of four rotor working mode and the control parameters, get the corresponding control algorithm, and then simulate the flight attitude, programming the results said four rotor to realize autonomous flight, hovering control independently.Key words: four rotor aircraft; Brushless dc motor; PWM目录四旋翼自主飞行器 (1)摘要 (1)一、设计任务 (3)1.1 任务 (3)1.2.1 基本要求 (4)1.2.2 发挥部分 (4)二、方案论证 (5)1、控制器模块方案 (5)三、理论分析与计算 (5)1、系统硬件设计与实现 (5)1.1陀螺仪和加速度传感器 (6)1.2控制系统 (7)1.3超声波传感器 (7)1.4摄像头ov7620 (8)2、软件系统设计 (9)2、1PWM脉冲宽度调制 (9)2、2数学PID控制算法 (10)四、测试结果与误差分析 (11)1、飞行测试 (11)2、无刷电机测试 (11)五、结论、心得体会 (12)参考文献 (12)附录： (13)附录1 ：元器件明细表 (13)附录2：仪器设备清单 (13)附录3：程序清单 (13)一、设计任务1.1 任务四旋翼自主飞行器（下简称飞行器）摆放在图1所示的A区，一键式启动飞行器起飞；飞向B区，在B区降落并停机；飞行时间不大于45s。
全国电子设计大赛一等奖论文三相逆变微电网并联
可乐吗题目：微电网模拟系统摘要本文针对微电网模拟系统研究背景，设计了可编程逻辑器件FPGA为控制核心的两个三相逆变器系统。
本系统的硬件主要由逆变主电路系统和FPGA控制电路系统构成，包括FPGA控制电路、CC2640的AD采样电路、三相逆变驱动电路、互感器电路、辅助电源电路、调压整流电路、滤波及缓冲电路等。
由FPGA控制电路输出六路PWM信号(PWM1-PWM6)来控制逆变器的MOS管通断，通过电流电压互感器对输出进行反馈，再经A/D转换器进行采样，传给FPGA控制电路来调节输出，构成闭环控制系统。
本系统软件设计是利用Verilog HDL的FPGA逻辑门、IP核、时钟(DMC)等资源生成SPWM模块、并行通信模块结合TI的CC260的A/D采集和显示模块。
最后，将软硬件系统联合调试，经验证，软硬件都达到预期目标，实际效果较好。
关键字：微电网模拟系统；FPGA可编程逻辑；三相逆变；SPWM模块目录1 方案论证 (1)1.1主控单元的比较与选择 (1)1.2SPWM模块的比较与选择 (1)1.3驱动模块的比较与选择 (1)1.4方案描述 (2)2理论分析与计算 (2)2.1逆变器提高效率的方法 (2)2.2运行模式控制策略 (3)3电路与程序设计 (3)3.1逆变器主电路与器件选择 (3)3.1.1总体系统电路 (4)3.1.2逆变电路 (4)3.1.3滤波电路 (4)3.2控制电路与控制程序 (5)3.2.1控制电路......................................................................... 错误!未定义书签。
3.2.2控制程序 (5)4测试方案与测试结果 (6)4.1测试方案及测试条件.............................................................. 错误!未定义书签。
全国电子设计大赛一等奖论文
全国电子设计大赛一等奖论文标题：基于人脸识别技术的智能门禁系统设计与实现摘要：本论文提出了一种基于人脸识别技术的智能门禁系统，该系统采用高性能的人脸识别算法，并结合物联网技术进行设计和实现。
通过对人脸图像进行特征提取和匹配，实现对进出人员的快速准确识别。
同时，系统还具备远程监控、实时告警、数据统计等功能，为用户提供便捷、安全的门禁服务。
实验结果表明，该系统在准确性、实时性和稳定性等方面均表现出优异的性能。
一、引言随着科技的快速发展和社会的不断进步，传统门禁系统的局限性日益显现。
为了满足现代化门禁系统的需求，本文提出了一种基于人脸识别技术的智能门禁系统。
与传统的刷卡、密码等方式相比，该系统具有快速便捷、高安全性、低成本等优势，是目前智能门禁系统的发展方向。
二、系统设计1.系统硬件设计智能门禁系统硬件主要包括设备监控器、摄像头和通信模块。
其中，设备监控器用于显示人脸识别结果和提供操作界面；摄像头用于实时拍摄进出人员的人脸图像；通信模块用于与用户端进行数据传输和控制。
2.系统软件设计系统软件主要包括人脸检测、特征提取、特征匹配和决策模块。
首先，通过人脸检测算法实时获取进出人员的人脸图像；然后，将人脸图像进行特征提取，提取出与特定人脸相关的特征向量；接着，通过特征匹配算法将提取的特征向量与预先存储的模板进行匹配；最后，通过决策模块将匹配结果进行判断，确定是否开启门禁。
三、系统实现1.人脸检测采用基于深度学习的人脸检测算法，通过训练神经网络实现对人脸的实时检测。
2.特征提取和匹配采用人脸识别领域的经典算法，如特征点定位、轮廓曲线提取等方法，对人脸图像进行特征提取。
然后，将提取的特征向量与已有的人脸模板进行比对，计算匹配度。
3.决策模块根据匹配结果和系统设置的安全策略，决策模块判定是否允许进入。
四、系统效果评估1.准确性评估通过对大量样本进行测试，计算系统的识别准确率、误识率和拒识率。
2.实时性评估通过对系统的响应时间、处理时间等进行测试，评估系统在实时性方面的表现。
全国大学生电子设计大赛获奖论文
2012年山东省大学生电子设计竞赛A题低功耗数字多功能表的设计制作低功耗数字多功能表的设计制作摘要：用低功耗单片机为控制核心，设计了低功耗数字多功能表。
本系统包括：直流电压、交流电压、电阻、电容、三极管放大倍数的测量和正弦波信号源电路。
为了提高测量精度，在信号源、电阻、交流电压三个测量电路中，用OPA2111精密仪器放大器芯片，设计了自动较零型仪器放大器。
交流电压信号处理电路中，采用了AD736交流变直流芯片，测量精度较高。
按照题目要求完成了全部功能，并自由发挥增加了晶体管PN结电压的测量功能及温度测量功能。
仿真结果和试验数据表明，本系统具有较高的测量精度，再加后期研发完善，可推广作为数字万用表使用。
关键词：数字多功能表，低功耗，高精度，单片机控制Abstract: With low power consumption single-chip microcomputer as control core, design the low power consumption digital multi-function table. This system includes: dc volts, ac voltage, resistance, capacitance, triode magnification factor measurement and sine wave signal source circuit. In order to improve the measurement precision, the signal source, resistance, ac voltage three in the measurement circuit, with OPA2111 precision instrument amplifier chip, design the automatic a zero type instrument amplifier. In the ac voltage signal processing circuit, adopted AD736 ac variable dc chip, has high accuracy. According to the topic request completed all function, and free play to increase the diode and triode p-n junction voltage measurement function. The simulation results and test data show that this system has high measurement precision, add later research and perfect, can be generalized as digital multimeter use.Keywords: digital multi-function table, low power consumption, high precision, single-chip microcomputer control目录1.方案选择及论证 (3)1.1方案选择 (3)1.2设计方案 (3)2.硬件电路设计及理论分析计算 (3)2.1低功耗供电系统电路 (3)2.2直流电压测量电路 (4)2.3交流电压测量电路 (4)2.4电阻测量电路 (5)2.5电容测量电路 (5)2.6三极管放大倍数测量电路 (6)2.7正弦波信号源电路 (6)3系统软件设计 (7)3.1主程序流程图 (7)3.2系统自动休眠设计 (7)4.测试方案和测试结果分析 (7)4.1直流电压测量方法和测试结果 (7)4.2交流电压测量方法和测试结果 (7)4.3电阻测量方法和测试结果 (8)4.4电容测量方法和测试结果 (8)4.5三极管放大倍数测量方法和测试结果 (8)4.6正弦波信号源测量方法和测试结果 (8)4.7晶体管PN结电压测量方法和测试结果 (9)5自由发挥部分 (9)5.1测晶体管PN结电压电路 (9)5.2温度测量电路 (9)6结论 (9)参考文献 (10)附录1：系统电路原理总图 (11)附录2：部分程序清单 (12)1.方案选择及论证1.1 方案选择方案一：选用MSP430单片机为控制核心。
全国电子设计竞赛获奖作品论文 山东建筑大学-电动车跷跷板论文设计
电动车跷跷板的设计与制作摘要：本系统采用80C51单片机作为电动车行进系统、跷跷板平衡系统的监测和控制核心，通过机界面对电动车所作运动进行设定。
利用水银开关检测跷跷板两端位置实现对跷跷板平衡的测定；无线控制模块控制电动车行进，实现电动车行进系统与跷跷板平衡系统的协调一致；通过LCD实现显示电动车行进时间。
在符合题目要求基础上本系统还具有可自动寻迹实现稳定行进、语音提示等功能。
关键词：80C51单片机、水银开关、无线控制模块、LCD、自动寻迹、语音提示1.前言创新是科技发展的动力，我们认为一项成功的制作，必须在符合题目要求的基础上有所创新。
而“符合要求”主要是指在精度上。
要符合精度的要求，不一定要用昂贵的电子元件。
使用巧妙的方法用廉价的电子元件同样可以实现对精度的要求。
用更少的成本实现同样的功能，既是智慧的体现又能为使用将来适应市场经济打下基础。
所以我们的追求就是创新、精确与追求方法。
2.方案论证由：控制器模块、信息传输模块、电源模块、寻迹传感器模块、平衡测定模块、末端距离测定模块、电机驱动模块、计时模块、数据显示模块、语音提示模块构成。
本系统的结构图如图1所示：为最好的实现各模块的功能，满足设计要求。
我们分别设计了几种方案并分别进行了论证。
图1 系统结构图2.1控制器模块方案1：采用凌阳公司的16位单片机，它是16位控制器，当凌阳单片机应用语音处理和辨识时，由于其占用的CPU资源较多而使得凌阳单片机同时处理其它任务的速度和能力降低。
方案2：采用STC89C51单片机作为主控制器。
STC89C51是一个低功耗，高性能的51内核的CMOS 8位单片机，片内含8k空间的可反复擦些1000次的Flash只读存储器，具有128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个IO口，2个16位可编程定时计数器。
且该系列的51单片机可以不用烧写器而直接用串口或并口就可以向单片机中下载程序。
我们自己制作51最小系统板，体积很小，下载程序方便，放在车上不会占用太多的空间。
全国电子设计竞赛获奖作品论文 西安电子科技大学“飞跃”代表队技术报告
The intelligent car system uses the product of Freescale Company, MCU of HCS12 as the core controller,the infrared photoelectricity array as the path detection sensor and the photoelectric encoder as the speed senelectromotor and helm gear with Pulse-Width Modulation technology, and accordingly ,it has the function of auto tracing. We developed the simulation platform under the demand of system,this platform is established by the Labwindows which based on the virtual instrument. We set up a system model and simulate the arithmetic. The application of the PID and Time-Delay Compensation Algorithm increases the average speed of tracing.By simulation,debugging and testing,we have got a good result. Keywords: MCU Labwindows PID Algorithm Time-Delay Compensation Algorithm
全国电子设计大赛获奖论文
全国电子设计大赛获奖论文Revised by Chen Zhen in 2021题目名称：宽带直流放大器（C题）广东工业大学物理与光电工程学院参赛队员：陆文贤温俊钟灵辉摘要：本设计利用可编程增益宽带放大器THS7002来实现增益的主控制，通过模拟开关配合运算放大器微调减小增益调节的步进间隔和提高准确度。
输入部分采用THS7002内部的前置放大器作为输入级提高输入阻抗，并且避免了独立前置运放PCB布线引入的噪声，提高了系统的精确度和稳定性。
功率输出部分采用分立元件制作，降低了成本。
设计并制作了满足放大器的直流稳压电源，整个系统的3dB通频带0~10MHz，最大增益66dB。
增益步进6dB。
不失真输出电压有效值4V。
关键词： THS7002 ；可编程增益放大器；宽带直流放大器1 系统方案比较与选择方案一基于DAC的可编程增益放大器，原理框图如图1所示，图1 基于DAC的宽带增益放大器在运放的反馈回路中使用DAC，并通过数字控制调整增益。
DAC的控制字根据其参考电压Vref决定其输出电压的衰减系数。
理论上讲，只要D/A的速度够快、精度够高就可以实现很宽范围的精密增益调节。
但是控制的数字量和最后的增益(dB)不成线性关系而是成指数关系，造成增益调节不均匀，精度下降。
同时，带宽会随着增益的减小而减小。
方案二基于VCA的可编程增益放大器，使用控制电压与增益成线性关系的压控增益放大器VCA，用控制电压和增益（dB）成线性关系的可变增益放大器来实现增益控制，如图2所示。
这种方法能实现比较高的可调级数，适合于负载经常变化需要闭环控制方面的应用。
但是，由于D/A和A/D的量化误差和系统噪声方面的原因，使得每一级的输出精度都不能很高，而且受环境温度的影响较大。
图2 基于VCA的宽带增益放大器方案三基于PGA的可编程增益放大器，使用软件可编程增益放大器，直接通过单片机控制可编程增益放大器PGA，由于PGA的放大倍数是在制造芯片的时候，通过激光微调的方法来调节好的。
全国电子设计大赛 获奖论文
全国电子设计大赛获奖论文题目名称宽带直流放大器C题广东工业大学物理与光电工程学院参赛队员陆文贤温俊钟灵辉摘要本设计利用可编程增益宽带放大器THS7002来实现增益的主控制通过模拟开关配合运算放大器微调减小增益调节的步进间隔和提高准确度。
输入部分采用THS7002内部的前置放大器作为输入级提高输入阻抗并且避免了独立前置运放PCB布线引入的噪声提高了系统的精确度和稳定性。
功率输出部分采用分立元件制作降低了成本。
设计并制作了满足放大器的直流稳压电源整个系统的3dB通频带010MHz最大增益66dB。
增益步进6dB。
不失真输出电压有效值4V。
关键词THS7002 可编程增益放大器宽带直流放大器1 系统方案1.1比较与选择方案一基于DAC的可编程增益放大器原理框图如图1所示_RVinV outDACVrefOUT 图1 基于DAC的宽带增益放大器在运放的反馈回路中使用DAC并通过数字控制调整增益。
DAC的控制字根据其参考电压Vref决定其输出电压的衰减系数。
理论上讲只要D/A的速度够快、精度够高就可以实现很宽范围的精密增益调节。
但是控制的数字量和最后的增益dB 不成线性关系而是成指数关系造成增益调节不均匀精度下降。
同时带宽会随着增益的减小而减小。
方案二基于VCA的可编程增益放大器使用控制电压与增益成线性关系的压控增益放大器VCA用控制电压和增益dB成线性关系的可变增益放大器来实现增益控制如图2所示。
这种方法能实现比较高的可调级数适合于负载经常变化需要闭环控制方面的应用。
但是由于D/A和A/D的量化误差和系统噪声方面的原因使得每一级的输出精度都不能很高而且受环境温度的影响较大。
图2 基于VCA的宽带增益放大器方案三基于PGA的可编程增益放大器使用软件可编程增益放大器直输出信号缓冲运放VCA D/A 单片机精密参考电压源功率输出级A/D 2 接通过单片机控制可编程增益放大器PGA由于PGA的放大倍数是在制造芯片的时候通过激光微调的方法来调节好的。
全国大学生电子设计大赛比赛论文设计(获奖论文设计)
全国大学生电子设计竞赛2012年大学生电子设计TI杯竞赛论文设计报告题目：微弱信号检测装置（A题）学校：****指导老师： **** 参赛队员姓名： **** 日期： 2012年 8月8号目录1 方案论证与选择 (1)1.1 采样方法比较与选择 (1)1．1.1 加法器方案比较 (1)1.1.2 纯电阻分压网络 (1)1.1.3 微弱信号检测电路 (1)1.1.4 单片机模块的选择 (2)1.2 系统设计 (3)2 系统软件仿真及流程图 (4)2.1 加法器 (4)2.2 纯电阻分压网络 (5)2.3 带通滤波器 (5)2.4 移相电路 (5)2.5 相敏检波器 (6)2.6 低通滤波 (6)2.7 单片机显示与流程图 (7)3 硬件选择和计算 (8)3.1 加法器 (8)3.2 纯电阻分压网络 (10)3.3带通滤波器 (10)3.4移相电路 (11)3.5相敏检波器 (12)3.6低通滤波器 (13)4 系统调试 (14)4.1 测量仪器 (15)4.2 测量结果 (17)5 实验总结 (18)微弱信号检测装置设计报告成员：*** 院校：****摘要：本文介绍了利用锁相放大的方法进行微弱信号检测的电路设计方案。
本设计以带通滤波电路、移相电路、相敏检波电路、低通滤波电路实现锁相放大的功能；加法器和电阻分压网络为辅助电路； MSP430G2553单片机实现信号输出和显示功能。
系统主要由五个模块组成：信号发生模块、加法器模块、纯电阻分压网络、锁相环路模块和显示模块。
首先将正弦波信号源产生的有用信号和噪声源（MP3输出）产生的噪声信号通入加法器TL081中叠加。
将其输出的混合信号通入电阻分压网络实现衰减。
其次将信号通入高通滤波器和低通滤波器合成的带通滤波器，对信号进行功率放大，并滤除带外噪声。
将输出信号和同频同相的参考信号（产生的振荡信号确定频率后通入移相器得到）同时接入相敏检波器进行整流后加低通滤波器进行信号幅度值的提取。
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题目名称：音频信号分析仪（A题）华南理工大学电子与信息学院参赛队员：陈旭张洋林士明摘要：本音频信号分析仪由32位MCU为主控制器，通过AD转换，对音频信号进行采样，把连续信号离散化，然后通过FFT快速傅氏变换运算，在时域和频域对音频信号各个频率分量以及功率等指标进行分析和处理，然后通过高分辨率的LCD对信号的频谱进行显示。
该系统能够精确测量的音频信号频率范围为20Hz-10KHz，其幅度范围为5mVpp-5Vpp，分辨力分为20Hz和100Hz两档。
测量功率精确度高达1%,并且能够准确的测量周期信号的周期，是理想的音频信号分析仪的解决方案。
关键词：FFT MCU 频谱功率Abstract: The audio signal analyzer is based on a 32-bit MCU controller, through the AD converter for audio signal sampling, the continuous signal discrete, and then through the FFT fast Fourier transform computing, in the time domain and frequency domain of the various audio frequency signal weight and power, and other indicators for analysis and processing, and then through the high-resolution LCD display signals in the spectrum. The system can accurately measure the audio signal frequency range of 20 Hz-10KHz, the range of 5-5Vpp mVpp, resolution of 20 Hz and 100 Hz correspondent. Power measurement accuracy up to 1%, and be able to accurately measuring the periodic signal cycle is the ideal audio signal analyzer solution.Keyword:FFT MCU Spectrum Power1 方案论证与比较 (3)1.1采样方法方案论证...................................................................................... 错误!未定义书签。
1.2处理器的选择方案论证.............................................................................. 错误!未定义书签。
1.3周期性判别与测量方法方案论证.............................................................. 错误!未定义书签。
2 系统设计 (5)2.1总体设计 (5)2.2单元电路设计 (5)2.2.1 前级阻抗匹配和放大电路设计 (5)2.2.2 AD转换及控制模块电路设计 (6)2.2.3 功率谱测量单元电路设计 (6)3 软件设计 (7)4系统测试 (8)5 结论 (9)参考文献： (9)附录： (9)附1：元器件明细表： (9)附2：仪器设备清单 (9)附3：电路图图纸 (10)附4：程序清单 (11)1方案论证与比较1.1 采样方法比较与选择方案一、用DDS芯片配合FIFO对信号进行采集，通过DDS集成芯片产生一个频率稳定度和精度相当高的信号作为FIFO的时钟，然后由FIFO对A/D转换的结果进行采集和存储，最后送MCU处理。
方案二、直接由32位MCU的定时中断进行信号的采集，然后对信号分析。
由于32位MCU -LPC2148是60M的单指令周期处理器，所以其定时精确度为16.7ns,已经远远可以实现我们的40.96KHz的采样率，而且控制方便成本便宜，所以我们选择由MCU直接采样。
1.2 处理器的比较与选择系统方案一：基于ARMST710的专用芯片的体统方案。
基于ARM ST710音频频谱分析该方案采用DSP专用芯片ARM ST710进行控制和FFT计算，速度快，且具有波形存储和处理后的波形可以重放功能。
还配有输出接口与示波器销量。
可以从时域和频域观察波形，非常直观、实用。
系统方案四：基于单片机C8051F060+FPGA构成信号分析仪，该系统原理方框图如图所示。
单片机C8051F060独立完成4096点FFT运算和信号的失真度分析。
虽然这种方案在速度上不及采用专用DPS芯片快，但采用优化的FFT，并将优化后的FFT再单片机内做实验，利用外扩的128KB RAM运算4096点FFT计算幅度谱，利用FPGA进行测频和控制。
其运算时间也不超过4S。
能够达到设计要求。
最终方案选择：由于快速傅立叶变换FFT算法设计大量的浮点运算，由于一个浮点占用四个字节，所以要占用大量的内存，同时浮点运算时间很慢，所以采用普通的8位MCU一般难以在一定的时间内完成运算，所以综合内存的大小以及运算速度，我们采用Philips 的32位的单片机LPC2148，它拥有32K的RAM，并且时钟频率高达60M，所以对于浮点运算不论是在速度上还是在内存上都能够很快的处理。
1.3 周期性判别与测量方法比较与选择对于普通的音频信号，频率分量一般较多，它不具有周期性。
测量周期可以在时域测量也可以在频域测量，但是由于频域测量周期性要求某些频率点具有由规律的零点或接近零点出现，所以对于较为复杂的，频率分量较多且功率分布较均匀且低信号就无法正确的分析其周期性。
而在时域分析信号，我们可以先对信号进行处理，然后假定具有周期性，然后测出频率，把采样的信号进行周期均值法和定点分析法的分析后即可以判别出其周期性。
综上，我们选择信号在时域进行周期性分析和周期性测量。
对于一般的音频信号，其时域变化是不规则的，所以没有周期性。
而对于单频信号或者由多个具有最小公倍数的频率组合的多频信号具有周期性。
这样我们可以在频域对信号的频谱进行定量分析，从而得出其周期性。
而我们通过先假设信号是周期的，然后算出频率值，然后在用此频率对信号进行采样，采取连续两个周期的信号，对其值进行逐次比较和平均比较，若相差太远，则认为不是周期信号，若相差不远（约5%），则可以认为是周期信号。
2 系统设计2.1 总体设计音频信号经过一个由运放和电阻组成的50 Ohm阻抗匹配网络后，经由量程控制模块进行处理，若是一般的100mV-5V的电压，我们选择直通，也就是说信号没有衰减或者放大，但是若信号太小，12位的A/D转换器在2.5V参考电压的条件下的最小分辨力为1mV左右，所以如果选择直通的话其离散化处理的误差将会很大，所以若是采集到信号后发现其值太小，在20mV-250mV之间的话，我们可以将其认定为小信号，从而选择信号经过20倍增益的放大器后再进行A/D采样。
经过12位A/D转换器ADS7819转换后的数字信号经由32位MCU进行FFT变换和处理，分析其频谱特性和各个频率点的功率值，然后将这些值送由Atmega16进行显示。
信号由32 位MCU分析后判断其周期性，然后由Atmegal6进行测量，然后进行显示。
总体设计框架图2.2 单元电路设计2.2.1 前级阻抗匹配和放大电路设计信号输入后通过R5,R6两个100Ohm的电阻和一个高精度仪表运放AD620实现跟随作用，由于理想运放的输入阻抗为无穷大，所以输入阻抗即为：R5//R6=50Ohm,阻抗匹配后的通过继电器控制是对信号直接送给AD转换还是放大20倍后再进行AD转换。
在这道题目里，需要检测各频率分量及其功率，并且要测量正弦信号的失真度，这就要求在对小信号进行放大时，要尽可能少的引入信号的放大失真。
正弦信号的理论计算失真度为零，对引入的信号失真非常灵敏，所以对信号的放大，运放的选择是个重点。
我们选择的运放是TI公司的低噪声、低失真的仪表放大器INA217，其失真度在频率为1KHz，增益为20dB(100倍放大)时仅为0.004%，其内部原理图如下图所示。
其中放大器A1的输出电压计算公式为OUT1=1+（R1/RG）*VIN+同理， OUT2=1+（R2/RG）*VIN--R3、R4、R5、R6及A3构成减法器，最后得到输出公式VOUT=（VIN2-VIN1）*[1+（R1+R2）/RG]R1=R2=5K,取RG=526，从而放大倍数为20。
2.2.2AD转换及控制模块电路设计采用12位AD转换器ADS7819进行转换，将转换的数据送32位控制器进行处理。
2.2.3 功率谱测量功率谱测量主要通过对音频信号进行离散化处理，通过FFT运算，求出信号各个离散频率点的功率值，然后得到离散化的功率谱。
由于题目要求频率分辨力为100Hz和20Hz两个档，这说明在进行FFT运算前必须通过调整采样频率(fK)和采样的点数(N),使其基波频率f为100Hz和20Hz。
根据频率分辨率与采样频率和采样点数的关系：f=fk/N;可以得知，fk=N*f;又根据采样定理，采样频率fk必须不小于信号频率fm的2倍，即：fk>=2fm;题目要求的最大频率为10KHz，所以采样频率必须大于20KHz，考虑到FFT运算在2的次数的点数时的效率较高，所以我们在20Hz档时选择40.96KHz采样率，采集2048个点，而在100档时我们选择51.2KHz采样率，采集512个点。
通过FFT 分析出不同的频率点对应的功率后，就可以画出其功率谱，并可以在频域计算其总功率。
3 软件设计主控制芯片为LPC2148,测量周期为Atmega16实现,由于处理器速度较快,所以采用c语言编程方便简单.软件流程图如下：主流程图周期性分析和测量流程图4系统测试4.1 总功率测量（室温条件下）结果分析：由于实验室提供的能够模仿音频信号的且能方便测量的信号只有正弦信号，所以我们用一款比较差点的信号发生器产生信号，然后进行测量，发现误差不达，在+-5%以内。
我们以音频信号进行测量，由于其实际值无法测量，所以我们只能根据时域和频域以及估计其误差，都在5%以内。
4.2 单个频率分量测量（室温条件下）结果分析：我们首先以理论上单一频率的正弦波为输入信号，在理想状况下，其频谱只在正弦波频率上有值，而由于有干扰，所以在其他频点也有很小的功率。