以太网的远程控制信号调理系统
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号 调 整 到 后 端 数 据 采 集 卡 的最 佳 量 程 范 围 ， 终 提 高 整 个 最
Байду номын сангаас
置 。程 控 滤 波 器 电路 实 现 滤 波器 类 型 的选 择 ， 以及 中心 频 率 和 品 质 因数 的设 置 。程 控 放 大 器 基 本 电 路 实 现 对 输 入 信号的增益控制 。
以 太 网远 程 控 制 可 以 实 现 信 号 调 理 系统 的 统一 管 理 ， 效 有 提 高 实 验 效 率 ， 且 减 少 实 验 人 员 进 人 实 验 现 场 调 节 调 理 并 电路的次数 。
差
源 软硬件嵌入式系统 ｌ ｒ 皇 Ｌ
１ 程控 信 号调 理 系统 方 案 设 计
在 许 多物 理 实 验 （ 聚 变 实 验 装 置 托 卡 马 克 的 放 电 实 核 验） 的数 据 采 集 过 程 中 ， 于 待 测 信 号 微 弱 且 测 试 环 境 电 由 磁 辐 射 严 重 等 因 素 ， 数 据 采 集 前 端 往 往 需要 对 信 号 进 行 在 滤波和放大等信 号调理操作 ， 以滤 除信 号 噪声 并 将 待 测 信
经 验 交 流
以太 网 的 远 程 控 制 信 号 调 理 系统
王 灵 芝 ， 明 孝 陈
（ 州 师 范 学 院 物 理 与 电子 信 息 工 程 系 ， 漳 漳州 ３ ３ ０ ） ６ ０ ０
以 太 网 通 信 、 控 滤 波 器 电路 和程 控 放 大器 电 路 的 参 数 设 程
引 言
设计需求 ：
，
盛 一
Ｉ Ｈ
行 重口 构 如 图 叵 ｛ ＿ 氢 了构］ 藿—［ ＿ ＿ ． 结 Ｌ—Ｊ
① 输 人 信 号 电压 幅值 （ 一 值 ） １０ｍＶ～１ 峰 峰 为 ０ ０Ｖ；
② ８个 增 益 档 位 分 别 为 ０ １ ０ ５ １ ２ ５ １ 、 ０ ５ ； ． 、 ． 、 、 、 、 ０ ２ 、 ０ ③ 滤 波 器类 型 可选 ， 中心频 率 和 品质 因数可 远 程控 制 ； ④ 放 大器 增 益 选 择 及 程 控 滤 波 器 各 项 参 数 均 实 现 以
Ｍ ＡＸ２６ １
０ ６“ ℃ ， 常 适 合 于精 密仪 表 应 用 。在 １ ． ｖ／ 非 ０ Ｈｚ 卜， 噪 低 声 、 噪声 转折 频 率 以及 高 增 益 这 些 特 性 ， 其 能 对 低 电 低 使 平 的信 号 进行 精 密 的 高 增 益 放 大 。８ ＭＨｚ的 增 益 带 宽 积 和 ２ ８Ｖ／ ｓ的 转 换 速 率 ， 该 放 大 器 在 高 速 数 据 采 集 系 ． ／ ａ 使
太 网远程控制 ；
⑤ 基 于 Ｓ ｃ ｅ 设 计 上 位 机 控 制程 序 ； ｏｋ ｔ ⑥ 下 位机 Ｉ Ｐ地 址 、 大 器 增 益 、 波 器 各 项 参 数 通 放 滤 过 可视化界面管理 。 基 于 以上 设 计 需 求 ， 系 统 主 要 包 括 以 下 部 分 ： 制 本 控 器 模 块 、 控 滤 波 器 模 块 、 控 放 大 器 模 块 和 上 位 机 数 据 程 程 采 集 控 制 程 序 。系 统 以 ＡＶＲ 单 片 机 为 控 制 器 ， 现 嵌 入 实 式 以太网通信 、 波器 参数 和放 大器参 数 的远程 控制 ， 滤 并 将 以上 各 数 据 存 储 在 非 易失 性 存储 器 中 ， 系 统 开 机 或 复 在
统 中 保 持 极 好 的 动 态 精 度 。程 控 放 大 器 单 位 增 益 时 ， 宽 带 要 求 为 １０ｋ ， ２ ０ Ｈｚ ＯＰ ７是 能够 满 足 的 。ＭＡＸ Ｏ ３ ８的输 入 输 出 范 围达 一１ ～ ＋ １ 导 通 电 阻 小 丁 １ ０ Ｑ， 通 电 ０ Ｏ Ｖ， Ｏ 导
数 据 采 集 系 统 的 分 辨 率 。 ］
一
般 认 为 在 Ａ／ Ｄ转 换 器 前 加 一个 增 益 为 ２的 前 置 放
大 电路 可 使 测 量 分 辨 率 增 加 １位 ， 益 为 ４则 分 辨 率 将 增 增
加 ２位 ， 以此 类 推 。因 此 ， 数 据 采 集 系 统 前 端 增 加 信 号 在 调 理 电路 以 扩 展 其 动 态 范 围 是 必 要 的 。 信 号 调 理 系 统 的
位 后 能恢 复 关 机 前 设 置 的参 数 值 。
２ 系统 硬 件 设 计
如 图 １ 示 ， 统 硬 件 电 路 由 控 制 器 电路 、 控 放 大 所 系 程
器 电路 和 程 控 滤 波 器 电 路 组 成 。控 制 器 电 路 实 现 嵌 入 式
ｐｐｒ ｅｎｔ ｏ ．ｎ投稿专用） ａｅ ＠ｍ ｓｅ． ｒ ｃ（ ｃｎ
２ １ 年第８ 平 ０７ 期 机 嵌入式 惋应冈 ６ 豪 ９
关， 由它 们 组 成 的参 数 可 调 滤 波 器 不 仅 对 器 件 的精 度 要 求 较高 ， 且 电 路 结 构 复 杂， 易 于 实 现 程 序 控 制。 而 不 ＭＡＸ ６ ２ １是 一 款 双 二 阶 开 关 电 容 有 源 滤 波 器 。 滤 波 器 参 数 （ 心 或 拐 点 频 率 ） Ｑ 值 、 中 、 ＭＯＤＥ（ 式 ） 可 由微 处 模 均 理 器 分 别 编 程 写 入 ， 需 外 接 元 件 即 可 构 成 带 通 （ Ｐ） 低 无 Ｂ 、 通 （ Ｐ） 高通 （ ） 陷 波 （ 及 全 通 （ ） 源 滤波 器 。 Ｌ 、 ＨＰ 、 Ｎ） ＡＰ 有 图 ３为 ＭＡＸ２ １构 成 的 程 控 滤 波 器 电路 。 ＭＡＸ２ １ ６ ６ 的 ４位 地 址 线 （ ～ Ａ３ 、 Ａ０ ） ２条 数 据 线 （ ～Ｄ１ 和 １条 写 ＤＯ ） 使 能 允 许 信 号 （ ＷＲ） 分 别 与 ＡＴ ｇ ｌ ８的 ＩＯ 端 口连 ／ ， ｍｅ ａ ２ ／ 接 ， 控 制 器 可 以 通 过 Ｉ０ 端 口对 ＭＡＸ２ １的 各 参 数 进 使 ／ ６ 行 程 序 控 制 。如 图 ３右 侧 所 示 ， 过 短 路 冒可 以选 择 ３种 通 不 同 的滤 波 器 类 型 （ 通 、 通 和 高通 ） 低 带 。
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置 。程 控 滤 波 器 电路 实 现 滤 波器 类 型 的选 择 ， 以及 中心 频 率 和 品 质 因数 的设 置 。程 控 放 大 器 基 本 电 路 实 现 对 输 入 信号的增益控制 。
以 太 网远 程 控 制 可 以 实 现 信 号 调 理 系统 的 统一 管 理 ， 效 有 提 高 实 验 效 率 ， 且 减 少 实 验 人 员 进 人 实 验 现 场 调 节 调 理 并 电路的次数 。
差
源 软硬件嵌入式系统 ｌ ｒ 皇 Ｌ
１ 程控 信 号调 理 系统 方 案 设 计
在 许 多物 理 实 验 （ 聚 变 实 验 装 置 托 卡 马 克 的 放 电 实 核 验） 的数 据 采 集 过 程 中 ， 于 待 测 信 号 微 弱 且 测 试 环 境 电 由 磁 辐 射 严 重 等 因 素 ， 数 据 采 集 前 端 往 往 需要 对 信 号 进 行 在 滤波和放大等信 号调理操作 ， 以滤 除信 号 噪声 并 将 待 测 信
经 验 交 流
以太 网 的 远 程 控 制 信 号 调 理 系统
王 灵 芝 ， 明 孝 陈
（ 州 师 范 学 院 物 理 与 电子 信 息 工 程 系 ， 漳 漳州 ３ ３ ０ ） ６ ０ ０
以 太 网 通 信 、 控 滤 波 器 电路 和程 控 放 大器 电 路 的 参 数 设 程
引 言
设计需求 ：
，
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行 重口 构 如 图 叵 ｛ ＿ 氢 了构］ 藿—［ ＿ ＿ ． 结 Ｌ—Ｊ
① 输 人 信 号 电压 幅值 （ 一 值 ） １０ｍＶ～１ 峰 峰 为 ０ ０Ｖ；
② ８个 增 益 档 位 分 别 为 ０ １ ０ ５ １ ２ ５ １ 、 ０ ５ ； ． 、 ． 、 、 、 、 ０ ２ 、 ０ ③ 滤 波 器类 型 可选 ， 中心频 率 和 品质 因数可 远 程控 制 ； ④ 放 大器 增 益 选 择 及 程 控 滤 波 器 各 项 参 数 均 实 现 以
Ｍ ＡＸ２６ １
０ ６“ ℃ ， 常 适 合 于精 密仪 表 应 用 。在 １ ． ｖ／ 非 ０ Ｈｚ 卜， 噪 低 声 、 噪声 转折 频 率 以及 高 增 益 这 些 特 性 ， 其 能 对 低 电 低 使 平 的信 号 进行 精 密 的 高 增 益 放 大 。８ ＭＨｚ的 增 益 带 宽 积 和 ２ ８Ｖ／ ｓ的 转 换 速 率 ， 该 放 大 器 在 高 速 数 据 采 集 系 ． ／ ａ 使
太 网远程控制 ；
⑤ 基 于 Ｓ ｃ ｅ 设 计 上 位 机 控 制程 序 ； ｏｋ ｔ ⑥ 下 位机 Ｉ Ｐ地 址 、 大 器 增 益 、 波 器 各 项 参 数 通 放 滤 过 可视化界面管理 。 基 于 以上 设 计 需 求 ， 系 统 主 要 包 括 以 下 部 分 ： 制 本 控 器 模 块 、 控 滤 波 器 模 块 、 控 放 大 器 模 块 和 上 位 机 数 据 程 程 采 集 控 制 程 序 。系 统 以 ＡＶＲ 单 片 机 为 控 制 器 ， 现 嵌 入 实 式 以太网通信 、 波器 参数 和放 大器参 数 的远程 控制 ， 滤 并 将 以上 各 数 据 存 储 在 非 易失 性 存储 器 中 ， 系 统 开 机 或 复 在
统 中 保 持 极 好 的 动 态 精 度 。程 控 放 大 器 单 位 增 益 时 ， 宽 带 要 求 为 １０ｋ ， ２ ０ Ｈｚ ＯＰ ７是 能够 满 足 的 。ＭＡＸ Ｏ ３ ８的输 入 输 出 范 围达 一１ ～ ＋ １ 导 通 电 阻 小 丁 １ ０ Ｑ， 通 电 ０ Ｏ Ｖ， Ｏ 导
数 据 采 集 系 统 的 分 辨 率 。 ］
一
般 认 为 在 Ａ／ Ｄ转 换 器 前 加 一个 增 益 为 ２的 前 置 放
大 电路 可 使 测 量 分 辨 率 增 加 １位 ， 益 为 ４则 分 辨 率 将 增 增
加 ２位 ， 以此 类 推 。因 此 ， 数 据 采 集 系 统 前 端 增 加 信 号 在 调 理 电路 以 扩 展 其 动 态 范 围 是 必 要 的 。 信 号 调 理 系 统 的
位 后 能恢 复 关 机 前 设 置 的参 数 值 。
２ 系统 硬 件 设 计
如 图 １ 示 ， 统 硬 件 电 路 由 控 制 器 电路 、 控 放 大 所 系 程
器 电路 和 程 控 滤 波 器 电 路 组 成 。控 制 器 电 路 实 现 嵌 入 式
ｐｐｒ ｅｎｔ ｏ ．ｎ投稿专用） ａｅ ＠ｍ ｓｅ． ｒ ｃ（ ｃｎ
２ １ 年第８ 平 ０７ 期 机 嵌入式 惋应冈 ６ 豪 ９
关， 由它 们 组 成 的参 数 可 调 滤 波 器 不 仅 对 器 件 的精 度 要 求 较高 ， 且 电 路 结 构 复 杂， 易 于 实 现 程 序 控 制。 而 不 ＭＡＸ ６ ２ １是 一 款 双 二 阶 开 关 电 容 有 源 滤 波 器 。 滤 波 器 参 数 （ 心 或 拐 点 频 率 ） Ｑ 值 、 中 、 ＭＯＤＥ（ 式 ） 可 由微 处 模 均 理 器 分 别 编 程 写 入 ， 需 外 接 元 件 即 可 构 成 带 通 （ Ｐ） 低 无 Ｂ 、 通 （ Ｐ） 高通 （ ） 陷 波 （ 及 全 通 （ ） 源 滤波 器 。 Ｌ 、 ＨＰ 、 Ｎ） ＡＰ 有 图 ３为 ＭＡＸ２ １构 成 的 程 控 滤 波 器 电路 。 ＭＡＸ２ １ ６ ６ 的 ４位 地 址 线 （ ～ Ａ３ 、 Ａ０ ） ２条 数 据 线 （ ～Ｄ１ 和 １条 写 ＤＯ ） 使 能 允 许 信 号 （ ＷＲ） 分 别 与 ＡＴ ｇ ｌ ８的 ＩＯ 端 口连 ／ ， ｍｅ ａ ２ ／ 接 ， 控 制 器 可 以 通 过 Ｉ０ 端 口对 ＭＡＸ２ １的 各 参 数 进 使 ／ ６ 行 程 序 控 制 。如 图 ３右 侧 所 示 ， 过 短 路 冒可 以选 择 ３种 通 不 同 的滤 波 器 类 型 （ 通 、 通 和 高通 ） 低 带 。