低频信号分析仪 电子设计报告.doc
《低频信号分析仪 电子设计报告.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《低频信号分析仪 电子设计报告.doc(23页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、2012年春季西南交通大学大学生电子设计竞赛设计报告低频信号分析仪2012年5月3日低频信号分析仪摘要 本文介绍了一种基于单片机的低频信号分析仪的设计。该设计主要由四个模块组成:飞思卡尔单片机控制芯片,TFT彩频显示及触摸选择,信号放大比较以及电源模块。信号经由OP37过零比较器中断部分,MC9S12XS128内部A/D转换把采集到的模拟量转换为相应的数字量在传送到数据处理模块,经过一定的数据处理,产生相应的显示码送到显示模块进行显示。该系统的低频信号分析仪电路简单,所用的元件较少,成本低,且测量精度和可靠性较高。此低频信号分析仪可以测量分析电压峰峰值Vpp为10mV-10V,频率为10HZ-
2、400KHZ的交流信号,并可分辨显示正弦波,三角波,方波的频率和幅值,频率误差小于1%,峰值误差小于0.5%,具有较高的准确性。 关键词 飞思卡尔单片机;AD采样;过零比较器;TFT显示(触摸屏)引言单片机是一种集成在电路芯片,是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能(可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路)集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。单片机因为体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点,被广泛应用于仪器仪表中。目前市场上
3、的便携式仪表大多都是以单片机为核心。 显示部分采用TFT彩频显示,以触屏代替按键,简单方便,与时俱进。1设计总体方案1.1设计要求 在输入交流信号电压峰峰值Vpp为500m V5V,频率范围为50Hz50kHz条件下,完成以下参数测试;(1) 正弦波,三角波和方波频率测试,测量误差小于1%;(2) 正弦波,三角波和方波幅度测试,测量误差小于3%;(3) 具有数字显示功能(如信号频率、峰值等)。1.2 设计思路(1)根据设计要求,选择飞思卡尔MC9S12X128单片机为核心控制器件。(2)信号的放大整形用OP37进行过零比较(3)显示采用触摸式的TFT彩频显示。1.3 设计方案硬件电路设计由4个
4、部分组成; 放大比较电路,MS12X128单片机系统,TFT显示系统、电压输入电路。硬件电路设计框图如图1所示。 电源模块液晶显示信号放大和比较MC9S12X128单片机图1从图中可以看出,单片机控制的有低频信号分析仪的主要功能模块分为4类:l 液晶显示:是指在单片机的控制下,液晶模块显示被测信号的频率与有效值。l 电源模块:为单片机和液晶显示器提供工作电源。l 放大比较:对信号进行整波并将微小交流电压量放大。l 放大模块:。单片机电路主要是通过编写程序来控制硬件电路。因此,可以通过改变程序,提高测量精度。二、硬件电路设计2.1 单片机系统2.1.1 MC9S12X128单片机采用飞思卡尔单片
5、机嵌入式开发系统。MC9S12XS128具有59个I/O口,能满足各部分对I/O口的需求 MC9S12X128功能性能:总线宽度:16位指令集结构:HCS12系列:S12XS可编程输入输出端口:91程序存储类型:Flash程序存储量:128KBEEPROM:其它数据RAM大小:8KB时钟频率max:40MHz接口类型:CAN/SCI/SPI计时器数:12片内ADC:8x12位片内DAC:其它电压:其它工作温度:-40125封装:PQFP-802.1.2 MC9S12X128各引脚图5 MC9S12X128的引脚图2.2 TFT显示系统设计2.2.1 TFT基本结构TFT屏幕:TFT(Thin
6、Film Transistor薄膜晶体管)是有源矩阵类型液晶显示器(AM-LCD)中的一种, TFT在液晶的背部设置特殊光管,可以“主动”对屏幕上的各个独立的像素进行控制,这也就是所谓 的主动矩阵TFT(active matrix TFT)的来历,这样可以大大提高反应时间,一般TFT的反应时间比 较快,约80ms,而STN则为200ms。如果要提高就会有闪烁现象发生。而且由于TFT是主动式矩阵LCD可 让液晶的排列方式具有记忆性,不会在电流消失后马上恢复原状。TFT还改善了STN 会闪烁(水波纹) 模糊的现象,有效地提高了播放动态画面的能力。与STN相比TFT有出色的色彩饱和度、还原能力和更
7、高的对比度,但是缺点就是比较耗电,而且成本也比较高。2.3放大和比较模块Op37芯片是一种低噪声,非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。由于OP07具有非常低的输入失调电压(对于OP07A最大为25V),所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07同时具有输入偏置电流低(OP07A为2nA)和开环增益高(对于OP07A为300V/mV)的特点,这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放 大传感器的微弱信号等方面。 OP07管脚图OP37特点: 超低偏移: 150V最大。 低输入偏置电流: 1.8nA 。低失调电压漂移: 0.5V/ 。 超稳定,时间: 2
8、V/month最大高电源电压范围: 3V至22V OP07芯片引脚功能说明: 1和8为偏置平衡(调零端),2为反向输入端,3为正向输入端,4接地,5空脚 6为输出,7接电源+ ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS 最大额定值三、系统的软件设计软件调试主要是编写相应的程序,在电路仿真软件上仿真,直至到预期效果。1.程序框图主程序及各子程序的框图见图。开始初始化 被测信号输入测量电压和频率显示结束 主程序框图 LCD程序流程图2.程序清单根据程序流程图,编写相应的子程序和主程序。程序清单见附录3。四测试数据正弦波20HZ50HZ幅值有效值频率幅值有效值频率10mv50100mv2020
9、0mv204000.19370.1569200.19370.1563505000.23450.1736200.23450.1738506000.29960.1956200.29560.1974501v0.50980.3598200.50980.3602502v1.01020.7003201.01010.70015031.51021.0491201.50911.05015042.03071.4108202.03051.41055052.49961.7483202.49961.74985063.03142.1121203.03052.11055073.52042.4701203.52012.470
10、15084.03092.8213204.03052.82055094.54033.1721204.54053.1705501053.432053.4750500HZ10K100K幅值有效值频率幅值有效值频率幅值有效值频率0.05090.03095000.05090.0305100000.05090.030899.99k0.09170.05175000.09170.0517100000.09170.051699.99k0.19370.15455000.19370.1437100000.19380.143999.99k0.23490.17495000.23490.1749100000.23470.
11、17599.99k0.29960.19565000.29960.1956100000.29970.195999.99k0.50980.35985000.50980.3598100000.50980.359899.99k10.685001.010.68100001.03010.69599.99k1.49961.03965001.49941.0398100001.50421.040599.99k21.41015002.0051.41100002.01131.410499.99k2.49961.72965002.47921.7292100002.48981.732199.99k32.095003.0
12、0212.0895100003.01072.100399.99k3.49962.43965003.49952.4394100003.49952.439499.99k42.785003.98922.781000042.7999.99k4.49963.15985004.48993.1586100004.5013.159899.9953.4950053.491000053.4999.99k100K200K幅值有效值频率幅值有效值频率0.05090.030899.99k1999870.09170.051699.99k0.09170.05171999870.19380.143999.99k0.19580
13、.14411999870.23470.17599.99k0.23670.17511999870.29970.195999.99k0.29980.19591999870.50980.359899.99k0.50980.35981999871.03010.69599.99k0.10310.6971999871.50421.040599.99k1.50211.04031999872.01131.410499.99k2.01241.41021999872.48981.732199.99k2.49591.73041999873.01072.100399.99k3.01022.98171999873.49
14、952.439499.99k3.49952.439419998742.7999.99k4.00112.791999874.5013.159899.994.49983.159419998753.4999.99k53.49199987方波20HZ50HZ幅值有效值频率幅值有效值频率10mv50mv2050400mv0.19370.1937200.19380.193850500mv0.25490.2549200.25490.2549501v0.50980.5098200.50980.5098505v2.45882.4588202.45882.45885010v4.9284.928204.91274.
15、912750500HZ10K幅值有效值频率幅值有效值频率999050099900.19370.19375000.19370.193799900.25490.25495000.25490.254999900.50980.50985000.50980.509899902.45882.45885002.45882.458899904.91134.91135004.90764.90769990100K200K幅值有效值频率幅值有效值频率999901998600.19370.1937999900.19860.19861998600.25490.2549999900.2510.2511998600.509
16、80.5098999900.54050.54051998602.45882.4588999901.48761.48761998604.90374.9037999904.98254.9825199860三角波20HZ50HZ幅值有效值频率幅值有效值频率10mv50mv2050100mv0.05090.0105*200.050950400mv200.19370.113750500mv0.25490.1749200.25490.1749501v0.49960.3598200.49960.2998505v2.4588202.45881.49965010v4.98923.4172204.98922.90
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 低频信号分析仪 电子设计报告 低频 信号 分析 电子设计 报告
链接地址:https://www.31ppt.com/p-4143061.html