何婧 劉瀚濤

摘 要：本設(shè)計(jì)闡述了一種對(duì)正弦信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)和調(diào)理的方案，目的是將電路設(shè)計(jì)成簡(jiǎn)便易行、高效率、低成本的綜合型裝置。本系統(tǒng)采用TI公司的單片機(jī)STM32F103ZET6作為主控制器，配合以降壓電路、分級(jí)放大電路、峰值檢測(cè)電路和AD采樣電路等，實(shí)現(xiàn)將100mV-20V的輸入正弦信號(hào)調(diào)理為1V-10V等功能。預(yù)期效果為，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能夠正常、穩(wěn)定的運(yùn)行，可以準(zhǔn)確的完成輸入正弦信號(hào)關(guān)鍵工作參數(shù)的檢測(cè)，及單片機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)控和顯示等功能。經(jīng)測(cè)試，可以滿足正弦信號(hào)的檢測(cè)和調(diào)理課題的全部基本部分和發(fā)揮部分的要求。

【關(guān)鍵詞】STM32F103ZET6 正弦信號(hào)檢測(cè)和調(diào)理 顯示 AD采樣 峰值檢測(cè)

1 設(shè)計(jì)原理及分析

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，由單片機(jī)STM32F103ZET6作為整個(gè)系統(tǒng)的核心，由集成運(yùn)放TL072、比較器LM339、AD轉(zhuǎn)換芯片ADS1115為主構(gòu)成的硬件電路部分為輔，完成實(shí)況采樣、按鍵控制、峰值檢測(cè)、報(bào)警等功能，實(shí)現(xiàn)正弦波幅值與頻率的準(zhǔn)確檢測(cè)、顯示及調(diào)理、拓寬通頻帶等全部功能。

本系統(tǒng)由降壓模塊、峰值檢測(cè)模塊、分級(jí)放大模塊和AD采樣模塊等組成。采用STM32F103ZET6單片機(jī)作為本課題的總控制器，經(jīng)分段調(diào)節(jié)電壓的方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)正弦信號(hào)的幅值的調(diào)理。為了能完成按預(yù)定要求對(duì)正弦信號(hào)幅值和頻率檢測(cè)和調(diào)理的實(shí)時(shí)顯示功能，采用了由待測(cè)值經(jīng)峰值檢測(cè)和降壓后入單片機(jī)，由AD采樣后使用LCD屏顯示輸出的方法實(shí)現(xiàn)。同時(shí)當(dāng)輸入信號(hào)超過(guò)限定幅值時(shí)報(bào)警功能由單片機(jī)上的LED燈控制實(shí)現(xiàn)。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

經(jīng)過(guò)仔細(xì)的分析和論證，本設(shè)計(jì)硬件部分可由降壓模塊、峰值檢測(cè)模塊和分級(jí)放大模塊等模塊組成。

2.1 降壓模塊

采用電阻分壓，即改變電位器阻值實(shí)現(xiàn)對(duì)地電壓調(diào)整的方法實(shí)現(xiàn)。較方案一性價(jià)比較高、電路更為簡(jiǎn)單易行。

2.2 峰值檢測(cè)模塊

采用運(yùn)算放大器TL072構(gòu)成的峰值檢測(cè)電路。該峰值檢測(cè)裝置電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易行，帶寬適中，調(diào)試簡(jiǎn)便，電路輸出的精確性雖不及方案一中的運(yùn)放OPA128，但是勝在性價(jià)比更加優(yōu)秀。

2.3 分級(jí)放大模塊

采用運(yùn)算放大器TL072構(gòu)成分級(jí)放大電路。單片機(jī)通過(guò)采集放大電路的輸入信號(hào)的峰值，確定此時(shí)輸入信號(hào)所處于的分段段位，進(jìn)而改變給兩個(gè)三極管所提供的基極電壓，控制其是否導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)繼電器的控制。繼電器動(dòng)作后，會(huì)改變反相放大器的反饋電阻阻值，最終改變放大器的增益，實(shí)現(xiàn)分級(jí)放大。優(yōu)點(diǎn)是性價(jià)比高，電路較為穩(wěn)定且容錯(cuò)率高，缺點(diǎn)是精度較方案一低。

2.4 AD采樣模塊

選用單片機(jī)STM32F103ZET6的AD口進(jìn)行采樣。優(yōu)點(diǎn)在于簡(jiǎn)便運(yùn)行，方便程序的撰寫和調(diào)試。缺點(diǎn)在于精度只有12位而且噪聲比較大。

2.5 比較器模塊

采用LM393作為比較器模塊的核心。LM393是雙通道差分比較器，由兩個(gè)偏移電壓指標(biāo)低達(dá) 2.0 的獨(dú)立精密電壓比較器構(gòu)成，在原理與集成運(yùn)放做比較器的相同的基礎(chǔ)上，壓擺率高，速度更快，輸出更穩(wěn)定。

2.6 直流穩(wěn)壓源的設(shè)計(jì)

當(dāng)220V交流電經(jīng)220V/18V變壓器后，由整流電路將雙極性電壓整為單極性電壓后進(jìn)入濾波電路，濾波電路利用電容充電后按指數(shù)規(guī)律下降的原理，將單極性電壓的波形進(jìn)一步處理，最后采用三端集成穩(wěn)壓芯片7818、7918實(shí)現(xiàn)直流電壓±18V的輸出。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分析

主程序采用單片機(jī)STM32F103ZE初始化后實(shí)時(shí)獲取峰值檢測(cè)電路檢測(cè)出的電壓，上電后默認(rèn)為自動(dòng)模式。經(jīng)單片機(jī)內(nèi)部計(jì)算轉(zhuǎn)化后在LCD屏上顯示出峰值電壓。為了實(shí)現(xiàn)要求在輸入信號(hào)大于9V時(shí)報(bào)警，在流程圖中加入了判斷，若超過(guò)9V則將綠色的LED燈變?yōu)榧t色。當(dāng)過(guò)零比較器輸出的信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)后，經(jīng)單片機(jī)判斷上升沿下降沿后計(jì)算并顯示頻率。若需手動(dòng)模式調(diào)節(jié)，則通過(guò)按鍵切換實(shí)現(xiàn)。

4 結(jié)論

本系統(tǒng)總體包括硬件部分和軟件部分，采用以單片機(jī)STM32F103ZET6和三大模塊硬件電路為主體的思路完成了全部設(shè)計(jì)。

硬件電路主要包括了制作降壓模塊、分級(jí)放大模塊和峰值檢測(cè)模塊，軟件部分包括了中斷、AD采樣、按鍵控制、LED燈顯示和液晶屏顯示等功能。如圖1所示。

參考文獻(xiàn)

[1]陳永真.通用集成電路應(yīng)用、選型與代換[M].北京：中國(guó)電力出版社，2007.

[2]寧武，康曉寧，閆曉金.全國(guó)大型野生電子設(shè)計(jì)大賽基本技能指導(dǎo)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006.

[3]李清泉，黃昌寧.集成運(yùn)算放大器原理及應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，1998.

[4]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分（第5版）[M].北京：高等教育出版社，2006.

作者單位

南京師范大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院 江蘇省南京市 210023