微弱信号检测装置的设计.doc

文档介绍：2012年TI杯电子设计大赛(A题)
——微弱信号检测装置的设计
本系统选用了MSP430G2553单片机,OPA2134双音频运放,INA2134差分运放,OPA2227低噪声高精度运放,OP07运算放大器,TL431稳压器件等6个TI器件。
摘要:本系统为一套微弱信号检测装置,用以检测在强噪声背景下已知频率的微弱正弦波信号的幅度值,并数字显示出该幅度值。正弦波信号源可以由函数信号发生器来代替。噪声源采用给定的标准噪声(wav文件)来产生,通过PC机的音频播放器或MP3播放噪声文件,从音频输出端口获得噪声源,噪声幅度通过调节播放器的音量来进行控制。当输入正弦波信号VS 的频率为1 kHz、幅度峰峰值在200mV ~ 2V范围内时,,要求误差不超过5%。
采用以TI公司超低功耗单片机MSP430G2553为核心的Launchpad开发板来处理数据和驱动1602液晶屏显示正弦波信号的幅度值。
关键字:噪声,微弱信号检测,MSP430G2553.
Abstract: Weak Signal Detection system is used to test the magnitude of a Sine with known frequency,in the context of heavy noise,and display the magnitude with SMC1602. The noise is produced by the .wav file,and SDG1025 provide the Sine the volume can control the magnitude of the error should be under 5% when the Vpp ranging from 200mV to 2V with the frequency of 1KHz.
The system is based on the Launchpad,with the core of ultra-low power MSP430G2553(MCU).Then deal with the data and display the magnitude with SMC1602.
Keyword:noise, Weak Signal Detection system, MSP430G2553.
方案设计

(1)加法器电路分析:在加法器电路的前端,用OPA2134做两个缓冲器,对输入加法器的正弦信号和噪声信号进行一级缓冲,隔离信号源和加法电路。OPA2134是双音频运算放大器,噪声信号是音频,所以它完全符合要求,可以对噪声进行缓冲。加法器电路采用INA2134对正弦信号和噪声信号进行相加,INA2134是双音频差分运算放大器,按照加法电路连接即可很好实现两信号的叠加,并且其带宽完全符合题目要求。
(2)纯电阻分压网络的分析:题目要求纯电阻分压网络的衰减系数不低于100。所以该部分电路采用精密电阻对叠加的信号进行100倍的衰减。
(3)微弱信号检测电路的分析:由于信号本身就比较小,又经过衰减网络衰减了100倍,因此在进行信号检测之前先采用OPA2227对微小信号进行了前置放大,OPA2227是双路低噪声高精密的运放,可以精确的对信号进行放大。该前置放大网络将小信号又放大了100倍,以方便后续电路的测量。微弱信号检测电路采用了一个六阶的带通滤波器,中心频率是1KHZ,以滤掉除正弦信号以外的各种噪声信号。为后续电路的测量做准备。带通滤波器主要采用了OP07运算放大器做为主芯片。只要外围模拟软件选择合适,误差不会超出2%。
(4)显示电路的分析:交流电压信号不能直接测量,在显示正弦信号的大小之前需要先对交流电压信号进行处理,本设计让正弦信号通过AD637(真有效值转换芯片)转换成直流电压信号后测量,AD637转换精度高,失真小,%+2个字要求。测量采用双积分型ADCMC14433完成,MC14433是三位半模数转换芯片,%+1个字,完全符合电路精度的要求。

本系统选用了MSP430G2553单片机,OPA2134双音频运放,INA2134差分运放,OPA2227低噪声高精度运放,OP07运算放大器,TL431稳压器件等6个TI器件。
(1)MSP430G2551单片机:MSP430系列单片机是美国德州仪器(TI)1996年开始推向市场的一种16位超低功耗的混合信号处理器(Mixed Signal Processor)。它将许多模拟电路外设(如ADC、DAC、模拟比较器等)和