低成本寬動態(tài)范圍數(shù)據(jù)采集電路.doc

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1、低成本寬動態(tài)范圍數(shù)據(jù)采集電路一、任務(wù)設(shè)計并制作一個低成本寬動態(tài)范圍數(shù)據(jù)采集電路。該數(shù)據(jù)采集電路包括輸入信號阻抗變換電路及低通濾波電路、浮點放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、時序控制電路及單片機系統(tǒng)，其組成框圖如圖1所示。AA信號輸入阻抗變換與低通濾波浮點放大A/D轉(zhuǎn)換MCU顯示時序控制階碼尾碼圖1數(shù)據(jù)采集電路結(jié)構(gòu)B二、要求1．基本要求（1）阻抗變換電路及低通濾波電路a．輸入電壓為正弦波，頻率20Hz～2kHz，幅值100mV～2.5V可調(diào)；b．小信號輸入阻抗≥10MΩ；c．低通濾波電路通頻帶為20Hz～2kHz。（2）制作浮點放大電路，其放大倍數(shù)可在1、2、4、8、16、32、64、12

2、8、256之間可變，具體放大倍數(shù)應(yīng)根據(jù)輸入信號幅值自動調(diào)整。（3）A/D轉(zhuǎn)換器分辨率不低于8位（要求低成本），要求采集電路整體動態(tài)范圍為96dB。（4）時序控制電路應(yīng)正確完成浮點放大及A/D轉(zhuǎn)換電路的控制。（5）能顯示輸入電壓幅值。2.發(fā)揮部分（1）當輸入正弦信號幅值為10mV～100mV時，采集電路能正確顯示輸入信號波形及幅值。（2）輸入正弦信號最高頻率達到20kHz時，采集電路能正確顯示信號波形及信號幅值。（3）其他。三、說明1.在圖1的A點、B點留下測試端口。2.動態(tài)范圍是衡量一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的重要指標，它是指系統(tǒng)允許的最大輸入信號幅值與能分辨的最小信號幅值之比。為了在較低

3、成本的前提下仍能獲得較大的動態(tài)范圍，浮點放大技術(shù)是一個好的方法。浮點放大是通過自動改變放大倍數(shù)將大小相差懸殊的采樣輸入信號放大到A/D轉(zhuǎn)換要求的范圍內(nèi)的信號。與一般的程控放大器不同，系統(tǒng)的程控信號放大器增益不是事先設(shè)定，而是在信號采集的每一個采樣間隔之內(nèi)，瞬時地判斷輸入信號的電平值大小，確定相應(yīng)的階碼(增益碼)，動態(tài)地設(shè)定程控放大器的放大倍數(shù)。本電路中的浮點放大電路可以保證A/D的輸入信號幅值一直處于半量程和滿量程之間，在整個輸出信號范圍內(nèi)，信號的量化噪聲幾乎保持一致，保證了A/D轉(zhuǎn)換的相對精度。A/D轉(zhuǎn)換器的輸出稱為尾碼，由于結(jié)果采用“階碼”和“尾碼”表示，類似計算機的浮點表示

4、法，所以稱為“浮點放大”。3.設(shè)計報告正文中應(yīng)包括系統(tǒng)總體框圖、核心電路原理圖、主要流程圖、主要的測試結(jié)果。完整的電路原理圖、重要的源程序用附件給出。在四、評分標準項目主要內(nèi)容滿分設(shè)計報告系統(tǒng)方案總體方案設(shè)計6理論分析與設(shè)計前置放大電路設(shè)計功率放大電路設(shè)計數(shù)字幅頻均衡電路設(shè)計數(shù)字處理算法設(shè)計12電路與程序設(shè)計總體電路工作流程4測試方案與測試結(jié)果調(diào)試方法與儀器測試數(shù)據(jù)完整性測試結(jié)果分析5設(shè)計報告結(jié)構(gòu)及規(guī)范性摘要設(shè)計報告正文的結(jié)構(gòu)圖表的規(guī)范性3總分：30基本要求實際制作完成情況50發(fā)揮部分完成第(1)項20完成第(2)項20完成第(3)項10總分：50