脉冲信号参数测试仪_毕业论文(编辑修改稿)

脉冲信号参数测试仪_毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

输出比较电压的输出，两个输出比较电压经过 74HC08 相与后的输出脉冲，还有一个是其中一个输出比较电压经过 74HC74 的D 触发器后输出的方波信号，可以用这个信号来测量脉冲信号的频率。 本人在软件部分设为当信号峰峰值小于 时就经过一个运放放大，放大的倍数大概是 倍左右，运放的输入和输出都接一个电压跟随器，防止信号能量的损失。 当信号的峰峰值不小于 时就不用经 过运放放大，不过将信号送给比较器之前也接了一个电压跟随器，也是为了防止信号能量的损失。 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 9 页 共 28 页 峰值检波电路 峰值检波电路如下图所示： 图 峰值检波模块 如图 所示，本人采用的是无二极管型的峰值检波电路。 峰值检测电路（ PKD，Peak Detector）的作用是对输入信号的峰值进行提取，产生输出 Vo = Vpeak，为了实现这样的目标，电路输出值会一直保持，直到一个新的更大的峰值出现或电路复位。 这个峰值检波电路本人一共做了两块。 第一块做 完的时候拿去实验室调试时发现信号在2VPP 以上的电压测量还算准，但信号在 2VPP 一下的就不准了，在 2VPP 一下的信号，测得的电压值最大都不超过 1V，本人反反复复测了很多数据都是不准的。 信号峰峰值在2VPP 以下，有时候所测得的电压值是峰峰值的一般多一点，有时候所测得的电压值是峰峰值的一般少一点。 对照原理图和 PCB 和一些找来的资料检查了以下，发现电路图和 PCB一点都没花错，电路也没有短路和断路，所以检查了很久都检查不出是什么原因，然后再去问了几次那些比较厉害的同学，他们也不知道是什么原因。 最后实在是检查不出来，只好重新做一块试试看，而且芯片也新买一些新的，可能是因为那些旧的芯片有问题调不出来的。 做第二块板时本人还专门再检查了几次电路图。 做好板子后，再拿到实验室去调试，测出来的结果和上次的那个板子是一样的，都是信号在 2VPP 一下就测得很不准，大概就是峰峰值的一般左右，调了几次都调不出来，问别人也不知道，所以只能用这个板子来测了。 因为信号再 2VPP 一下所测得的电压值差不多是峰峰值的一般左右，所以就把所测得的电压值在单片机里处理一下，信号在 2VPP 一下，将所测得的电压值乘上差不多两倍，相乘后的数差不多就等于峰峰值了，然 后大于等于 2VPP 的信号就不变。 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 10 页 共 28 页 有效值测量电路 测有效值的电路如下图所示： 图 测有效值电路 如图 ， 本人 只采用 AD637 来测量有效值的。 AD637 是 ADI 公司生产的真有效值 直流转换芯片，它的功能是把外部输入的交流信号有效值变成直流信号输出，可以计算各种复杂波形的真有效值。 其最高精度高于 %，是当前国际上集成真有效值转换器中性能最高的。 可测量的输入信号有效值可高达 7V,对于 1vRMS 的信号，它的 3dB带宽为 8MHz,并且可以对输入 信号的电平以 dB 形式指示，当输入电压为 100mV 时，带宽标值为 600kHz；输入电压为 2V时，带宽标称值为 8MHz。 另外， AD637 通过片选（ CS）管脚作用，可以使静态电流从 降至 350181。 A。 因此，在数据采集和仪器仪表等场合，有很广泛的应用。 AD637 集成电路具有低成本、低功耗和高（激光调整）精度特性，使得真有效值（ RMS）计算成为一项实用、可行的技术，可用来获取波形的功率测量值或标准偏差。 以前，采用模块式、混合式、或分立式器件的真有效值（ RMS）转换器不仅成本高，而且相对复杂。 RMS（真有效值） 是对交流信号幅度的基本量度，可以分别从实用角度和数学角度予以定义。 从实用角度定义是：一个交流信号的真有效值等于在同一负载上产生同等热量所需的直流量。 例如， 1 V真有效值交流信号与 1 V 直流信号在同一电阻上产生的热量相同。 波形的波峰因数定义为峰值与其真有效值值之比。 振幅对称方波或直流水平波形等信号的波峰因数为 1。 输入电压范围是随供电电源变化的。 当电源用 +15V和 15V供电时，输入电压为 07V，当供电电源为 +5V 和 5V时，输入电压范围为 04V。 当输入电压为 2V时，产生 1%的附加误差的带宽为 200KHz。 对于脉冲信号而言，占空比 =(有效值 /峰峰值 )^2/100，利用这个公式可以求出脉冲信号的占空比。 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 11 页 共 28 页 A/D 模数转换电路 MAX197 的电路如下图所示： 图 MAX197 电路 如图 所示， A/D 模数转换模块是用 MAX197 做的，本人一开始是用 AD7898 这款 A/D 转换器，因为这款是 SPI 通信的，只要三根线就可以实现模数转换，可以节省了大量的单片机 I/O 端口。 AD7898 芯片的板子已经做好了，然后本人看了芯片的资料，对照资料上的时序图编写程序，程序完全是按照资料上的时序图写的，但下载调试 的时候总是调试不出来，一点反应都没有。 这块 AD7898 整整花了本人 3 天的时间，还是一点进展都没有，然后本人不想再浪费时间了，想换别的 A/D 芯片看看，然后想到用ADC0809，但这款 A/D 是 8 为了，可能小信号测得不是很准。 正好同学免费申请有 2块贴片的 MAX197 模数转换芯片，他就给了一片本人，然后就打算用 MAX197 试试看。 MAX197 是 Maxim公司推出的具有 12 位测量精度的高速 A/D 转换芯片，只需单一电源供电，且转换时间很短 (6us)，具有 8 路输入通道，还提供了标准的并行接口 —— 8 位三态数据 I/O 口，可以 和大部分 单片机 直接接口，使用十分方便。 MAX197 无需外接元器件就可独立完成 A/D 转换功能。 它可分为内部采样模式和外部采样模式，采样模式由控制寄存器 的 D5 位决定。 在内部采样控制模式 (控制位置 0)中，由写脉冲启动采样间隔， 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 12 页 共 28 页 经过瞬间的采样间隔 (芯片时钟为 2MHz 时，为 3ms)，即开始 A/D 转换。 在外部采 样模式 (D5=1)中，由两个写脉冲分别控制采样和 A/D 转换。 在第一个写脉冲出现时，写入ACQMOD 为 1，开始采样间隔。 在第二个写脉冲出现时，写入控制字 ACQMOD 为 0，MAX197 停止采样，开始 A/D 转换。 这两个写脉冲之间的时间间隔为一次采样时间。 当一次转换结束后， MAX197 相应的 INT 引脚 置低电平，通知处理器可以读取转换结果。 本人采用的是内部参考电压，内部参考电压有 ，其中 是通过片内缓冲器（增益 =）放大而输出的。 这个芯片的程序同学写过，不过是 80C51F020 单片机的 C 语言程序，本人用的是 MSP430 的，不能直接拿来用，本人对照了一下那个80C51F020 的程序后，把 MSP430 的 MAX197 程序写出来，然后再调试几下就成功了。 D/A 数模转换电路 D/A 模块的电路如下图所示： 图 DAC8562 电路 D/A 转换电路本人也换过几块，开始是想用 MAX5802，这是一个双通道的 D/A 转换器，外部产考电压是可达到 5V，这个芯片是用 I2C 通信的，本 人看了这个芯片的一些资料，又对照本人以前写的 24C08 的 I2C 程序把这个 D/A 的芯片写好，然后在下载到单片机调试，但也调试了两天都调不出来， I2C 程序也都没错，跟以前那个 24C08 的几乎一样，看来 I2C 的程序对于本人来说真的很难调，两天都调不出来后本人就决定还另一块芯片，这块是 TI 公司的 DAC8562。 DAC8562 系列与同类器件相比，积分非线性度 (INL) 提升 25%，偏移误差降低 60%。 此外，这些 DAC 还具有业界最低功耗与超小外形，是无线基站、可编程逻辑控制 (PLC) 模拟输出模块、电机控 制、高精度仪 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 13 页 共 28 页 表以及便携式医疗设备等空间及电源受限系统的理想选择。 业界最高精度：支持每秒 nV 短时脉冲波形干扰、 4 mV 最大偏移误差、 12 位时 LSB 最大 INL 以及每摄氏度 10 ppm 的最大参考漂移，可提高系统精确度。 业界最低功耗：每通道流耗仅为 mA，不但可最大限度地降低无线基站中 VGA 控制所需的功耗，而且还可运行可调谐激光器模块、 CNC 设备，以及示波器与便携式血液分析仪等便携式医疗设备。 可降低成本，缩小板级空间：提供支持 20 mA 汲极 /源极功能的集 成型高精度参考，无需外部缓冲器。 支持不同的控制环路：提供零标度复位与中标度复位选项，可显著提高设计灵活性。 针对恶劣工业环境进行了优化：工作温度高达 125 摄氏度，比同类竞争产品高 20 度。 除 DAC 外，片内还集成了一个轨到轨放大器、锁存器和基准电压源。 基准电压 (REFOUT)调整至 V，片内放大器则将 DAC 输出提升至 V 满量程。 用户只需提供 +5 V 电源。 DAC8562 是 SPI 通信的 ,只要 3 根控制线就可以控制，由于本人只要 的电压，所以本人用 供电就可以了。 SPI 通信 的程序不是很难写，本人写好程序后，开始调试，但不成功，本人还以为是程序的问题，所以本人程序都改了很多次，改了再调，调了又改，最后检查电路是才发现引脚 LODAC 要接地才可以的，引脚 LODAC 接地后就可以调试成功了。 4 脉冲信号参数测试仪的软件设计 脉冲信号参数测试仪的总体流程图 脉冲信号参数测试仪系统的流程图如下图所示： 图 脉冲信号参数测试仪流程图 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 14 页 共 28 页 如图 所示，软件系统主要分为八大部分，有些部分需要的软件处理比较少，但是比较难处理，因为是要校准的，而且不同频率不同幅值的误差都不一样，所以不 能用统一的公式来处理，必须要分成很多小部分，每个部分都要用一个不同的公式，这样处理出来的结果会比较精确一点。 特别是峰峰值的测量，不同的幅度值所测得的峰峰值误差变化很大，频率对峰峰值的测量也有一些变化，测频率时本人用的是 TIMER0 计数器，外用外部时钟引脚 ，计数脉冲是被测的脉冲信号。 这个板子在测量时都要加上直流偏置，因为本人没做测量负电压的。 表 41 占空比的测量值 频率（ KHz） 1 10 50 100 300 500 占空比（ %） 测量值（ %） 10 9 9 9 9 8 7 7 20 19 20 19 19 18 17 17 30 30 30 30 29 29 27 27 40 40 40 40 40 39 38 37 50 51 51 51 50 50 49 48 60 61 61 61 61 61 59 59 70 72 72 72 72 71 71 70 80 83 83 82 82 82 81 81 90 93 93 93 93 93 93 93 如表 41 所示，最左边一列是信号源输出脉冲信号的占空比，右边的是不同频率下脉冲信号 参数测试仪所测得的占空比。 从表中可以看出， 20%以下的脉冲信号占空比所测得的值比真实值偏小了一点， 50%以上的脉冲信号占空比所测得的值比真实值偏大了一点。 频率也会影响占空比所测得的数值，随着频率的增大，占空比也相应地减小一点，但频率影响的不是很大，所以本人想在程序设计时只判断所测得的占空比的大小，在不 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 15 页 共 28 页 同大小范围的占空比分别处理，把所测得的数据误差减小。 占空比测量的软件流程图如下图所示： 图 占空比测量流程图 表 42 峰峰值的测量的数据表 频率（ KHz） 1 10 50 100 250 500 峰峰值（ VPP） 测量值（ V） 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 16 页 共 28 页 如表 42 所示，最左边一列是信号源输出的正。