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1、低频测量放大器设计第1页，本讲稿共28页差模电压放大倍数 AVD1500，可手动调节；最大输出电压为10V，非线性误差 105；在AVD500时，输出端噪声电压的峰峰值小于1V；通频带010Hz；直流电压放大器的差模输入电阻2MW（可不测试，由电路设计予以保证）；温度测量范围：环境温度100，误差为2 设计要求第2页，本讲稿共28页基本原理系统设计原理框图：温度传感器集成运放/滤波测量放大器单片机（A/D）LCD显示第3页，本讲稿共28页1、温度传感器模块设计n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
2、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。n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。第4页，本讲稿共28页最终方案确定：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。第5页，本讲稿共28页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，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。第6页，本讲稿共28
3、页温度传感信号处理电路 理想温度传感电路在0时输出电压为0 V，而在图1中RT=1 000.8，代入式(1)得到的Vo不为0，所以需要对电压进行调零。实现的方法是在图2中的运放的同相端加一个输入电压进行调整，如图3所示。实际中还需并联降噪电容器，取值1F，R均取 。第7页，本讲稿共28页测量放大器电路测量放大器要求对共模信号具有强抑制能力。第8页，本讲稿共28页 三运放差动放大电路带电压跟随器，可以获得很高的输入电阻，即在差动放大电路两个输入端各加一个电压跟随器。由图得：电阻Rp的电流：运放A1与A2输出电压之差：由上两式得：第9页，本讲稿共28页 运放A1及A2对差模信号放大 =25倍，对共
4、模 信号只起跟随作用，即将差模信号与共模信号之比提 高了 =24倍，从而提高了电路的共模抑制比。采用同相输入，有利于提高输入阻抗，再加之电压跟随器具有高输入阻抗，因此输入阻抗趋于无穷，满足设计要求。电路要求：a.运放运放A1、A2的特性一致性。的特性一致性。b.电阻要精密配合。电阻要精密配合。第10页，本讲稿共28页实际电路及指标第11页，本讲稿共28页后端集成放大电路 第12页，本讲稿共28页第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第13页，本讲稿共28页 前端测量放大器与后端集成放
5、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：截止频率：经计算各指标已在电路图上标明 第14页，本讲稿共28页单片机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。第15页，本讲稿共28页 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：摄氏温度=V/温度系数(3.851mV/),最终得：第16页，本讲稿共28页直流稳压电源模块 直流稳压电源电路主要由变
6、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：第17页，本讲稿共28页第18页，本讲稿共28页程序设计 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。第19页，本讲稿共28页主程序Void main(void)int i;long int DegC;WDTCTL=WDTPW+WDTHO
7、LD;FLL_CTL0|=XGAP18PF;for(i=0;i1000;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;i500;i+);/让基准电压稳定 BTCTL=0;LCD_Init();第20页，本讲稿共28页 while(1)int Voltage;_EINT();A
8、DC0_Flag=0;SD16CCTL0|=SD16SC;/开始采样 while(ADC_Flag0=0)LPM0;Voltage=(int)ADC_Result0;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;i30000;i+);第21页，本讲稿共28页中断服务程序（三通道）char ADC_Flag3=0,
9、0,0;Unsigned int ADC_Result3;#pragma vector=SD16_VECTOR_interrupt void SD16ISR(void)switch(SD16IV)case2:break;/SD16超量程，不处理 case4:ADC_Result0=SD16MEM0;/ADC0 ADC_Flag0=1;break;case6:ADC_Result1=SD16MEM1;/ADC1 ADC1_Flag1=1;break;case8:ADC_Result2=SD16MEM2;/ADC2 ADC2_Flag2=2;break;_low_power_mode_off_on
10、_exit();第22页，本讲稿共28页LCD显示部分#define d 0 x01#define g 0 x02#define b 0 x04#define a 0 x08#define DP 0 x10#define e 0 x20#define f 0 x40#define c 0 x80#define NEG 0 x02const 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+
11、g,/”8”a+b+c+d+f+g,/”9”;第23页，本讲稿共28页#undef a#undef b#undef c#undef d#undef e#undef f#undef g第24页，本讲稿共28页void LCD_DisplayDigit(char Digit,char Location)char DigitSeg;char*pLCD;DigitSeg=LCD_TabDigit;pLCD=(char*)&LCDM1;pLCDLocation=DigitSeg;第25页，本讲稿共28页void LCD_DisplayNumber(unsigned int Number)/无效0消隐显示
12、正整数 char*pLCD;char DispBuff5;/有效数字拆分结果 char i;pLCD=(char*)&LCDM1;for(i=0;i0;i-)if(DispBuffi=0)DisBuffi=255;else break;for(i=0;i5;i+)/依次显示 if(DispBuffi=255)pLCDi=0;else LCD_DisplayDigit(DispBuffi,i);第26页，本讲稿共28页void LCD_DisplayDecimal(int Number,char DOT)/显示正、负、小数 char*pLCD=(char*)&LCDM1;char Negative=0;if(Number0)Number=-Number;Negative=1;LCD_DisplayNumber(Number);pLCDDOT|=DP;if(Negative)pLCD5=NEG;else pLCD5=0;第27页，本讲稿共28页器件清单电阻1K 3个10K 10个30K 1个60K 2个160K 2个可变电阻100K 1个1M 1个电容33pF 4个100pF 1个0.1uF 3个470uF 2个3300uF 2个运放TL084MJ 5个稳压片LM7815 1个LM7915 1个温度传感器WZP型铂电阻Pt1000单片机MSP430系列第28页，本讲稿共28页