?？颇０?簡易鎖相放大器設(shè)計(jì)-終稿.doc

電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 簡易鎖相放大器設(shè)計(jì) 電 子 科 技 大 學(xué)畢 業(yè) 論 文 簡易鎖相放大器設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師： 張 萍 職稱： 講 師 學(xué)生姓名：文 國 江 專業(yè): 電子信息工程班 級： 英特爾班 學(xué)號：V080248431522010年 06 月 01 日電子科技大學(xué)成教院制目錄 第一章 選題背景 1.1 背景說明 3 1.2 選題依據(jù) 3 1.3 本文工作 4 第二章 鎖相放大器的原理 5 第三章 研究與分析 8 3.1 參考信號產(chǎn)生的方法比較與選擇8 3.2 前端放大器的設(shè)計(jì)8 3.3 移相方法比較與選擇8 3.4 相敏檢波器的方法比較與選擇8 第四章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)10 4.1 總體設(shè)計(jì) 10 4.2 硬件設(shè)計(jì) 11 4.2.1 前置放大器的設(shè)計(jì) 11 4.2.2 移相電路的設(shè)計(jì) 12 4.2.3 相敏檢波的設(shè)計(jì) 13 4.2.4 低通濾波器的設(shè)計(jì) 14 4.3 軟件設(shè)計(jì) 15 第五章 系統(tǒng)測試 16 第六章 附錄 18 總結(jié)26 致謝27 參考文獻(xiàn)28第一章 選題背景1.1 背景說明1962年美國 EG&G PARC(SIGNAL RECOVERY公司的前身 )的第一臺鎖相放大器 (Lock-in Amplifier，簡稱 LIA)的發(fā)明，使微弱信號檢測技術(shù)得到標(biāo)志性的突破，極大地推動了基礎(chǔ)科學(xué)和工程技術(shù)的發(fā)展。目前，微弱信號檢測技術(shù)和儀器的不斷進(jìn)步，已經(jīng)在很多科學(xué)和技術(shù)領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用，未來科學(xué)研究不僅對微弱信號檢測技術(shù)提出更高的要求，同時(shí)新的科學(xué)技術(shù)發(fā)展反過來促進(jìn)了微弱信號檢測新原理和新方法的誕生。早期的 LIA是由模擬電路實(shí)現(xiàn)的，隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了模擬與數(shù)字混合的 LIA，這種LIA只是在信號輸入通道，參考信號通道和輸出通道采用了數(shù)字濾波器來抑制噪聲，或者在模擬鎖相放大器（簡稱 ALIA）的基礎(chǔ)上多了一些模數(shù)轉(zhuǎn)換（ ADC）、數(shù)模轉(zhuǎn)換（ DAC）和各種通用數(shù)字接口功能，可以實(shí)現(xiàn)由計(jì)算機(jī)控制、監(jiān)視和顯示等輔助功能，但其核心相敏檢波器 (PSD)或解調(diào)器仍是采用模擬電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，本質(zhì)上也是 ALIA。直到相敏檢波器或解調(diào)器用數(shù)字信號處理的方式實(shí)現(xiàn)后，就出現(xiàn)了數(shù)字鎖相放大器（簡稱 DLIA），DLIA比 ALIA有許多突出的優(yōu)點(diǎn)而倍受青睞，成為現(xiàn)在微弱信號檢測研究的熱點(diǎn)，但是在一些特殊的場合中， ALIA仍然發(fā)揮著 DLIA不可替代的作用。1.2 選題依據(jù)微弱信號檢測技術(shù)是一門新興的技術(shù)科學(xué)，它運(yùn)用近年來迅速發(fā)展起來的電子學(xué)、信息論和物理學(xué)方法，分析噪聲產(chǎn)生的原因和規(guī)律，研究被測信號和噪聲的統(tǒng)計(jì)特性及其差別，采用一系列的信號處理方法，達(dá)到檢測被背景噪聲覆蓋的微弱信號。運(yùn)用微弱信號檢測技術(shù)可以測量到傳統(tǒng)觀念認(rèn)為不能測量的微弱信號，如弱光、小位移、微震動、微溫差、小電容、弱磁、弱聲、微電導(dǎo)、微電流等，使微弱信號測量精度得到很大的提高。“微弱信號不僅意味著信號的幅度小，而且主要指的是被噪聲淹沒的信號，“微弱”是相對于噪聲而言的。為了檢測被噪聲覆蓋的微弱信號，人們進(jìn)行了長期的研究工作，分析噪聲產(chǎn)生的原因與規(guī)律，研究被測信號的特點(diǎn)、相關(guān)性及噪聲的統(tǒng)計(jì)特性，以尋造出從背景噪聲中檢測出有用信號的方法。微弱信號檢測技術(shù)大量應(yīng)用在光譜學(xué)、物理、化學(xué)、天文、光通訊、雷達(dá)、聲納、以及生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域。目前的微弱信號檢測的方法有窄帶濾波、取樣積分、相關(guān)檢測、三重相關(guān)匹配、隨機(jī)共振、混沌振子、小波變換等方法。能在背景噪聲中檢測有用信號的微弱信號檢測儀器，為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了強(qiáng)有力的測試手段，應(yīng)用范圍遍及幾乎所有的科學(xué)領(lǐng)域，已成為現(xiàn)代科技必備的常用儀器。 微弱信號檢測技術(shù)的首要任務(wù)是提高信噪比，這就要采用電子學(xué)、信息論、計(jì)算機(jī)和物理學(xué)的方法，以便從強(qiáng)噪聲中檢測出有用的微弱信號，從而滿足現(xiàn)代科學(xué)研究和技術(shù)發(fā)展的需要。微弱信號檢測技術(shù)不同于一般的檢測技術(shù)，它注重的不是傳感器的物理模型和傳感原理、相應(yīng)的信號轉(zhuǎn)換電路和儀表實(shí)現(xiàn)方法，而是如何抑制噪聲和提高信噪比，因此可以說，微弱信號檢測是一門專門抑制噪聲的技術(shù).對于各種微弱的被測量，如弱光、小位移、微震動、微溫差、小電容、弱磁、弱聲、微電導(dǎo)、微電流等，一般都是通過相應(yīng)的傳感器將其轉(zhuǎn)換為微電流或低電壓，再經(jīng)放大器放大其幅度達(dá)到預(yù)期被測量的大小。但是，由于被測量的信號微弱，傳感器、放大電路和測量儀器的固有噪聲以及外界的干擾噪聲往往比有用信號的幅度大的多，放大被測信號的同時(shí)也放大了噪聲，而且必然會附加一些額外的噪聲，例如放大器的內(nèi)部固有噪聲和各種外部干擾的影響，因此只靠放大是不能把微弱信號檢測出來的。只有在有效地抑制噪聲的條件下增大微弱信號的幅度，才能提取出有用的信號。為了達(dá)到這樣的目的，必須研究微弱信號檢測理論、方法和設(shè)備。微弱信號檢測的目的是從強(qiáng)噪聲中提取有用信號，或用一些新技術(shù)和新方法來提高檢測系統(tǒng)輸出信號的信噪比。對微弱信號檢測理論的研究，探索新的微弱信號檢測方法，研制新的微弱信號檢測設(shè)備是目前檢測技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)。 檢測微弱信號的核心問題是對噪聲的處理，最簡單、最常用的辦法是采用選頻放大技術(shù)，使放大器的中心頻率f 0與待測信號頻率相同，從而對噪聲進(jìn)行抑制，但此法存在中心頻度不穩(wěn)、帶寬不能太窄及對等測信號缺點(diǎn)。后來發(fā)展了鎖相放大技術(shù)。它利用等測信號和參與信號的相互關(guān)檢測原理實(shí)現(xiàn)對信號的窄帶化處理，能有效的抑制噪聲，實(shí)現(xiàn)對信號的檢測和跟蹤。目前，鎖相放大技術(shù)已廣泛地用于物理、化學(xué)、生物、電訊、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。因此，培養(yǎng)學(xué)生掌握這種技術(shù)的原理和應(yīng)用，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。所以針對微小信號測量，我們很有必要針對鎖相放大器進(jìn)行研究和設(shè)計(jì). 1.3 本文主要工作微弱信號檢測是隨著工程應(yīng)用而不斷發(fā)展的一門學(xué)科。對于強(qiáng)噪聲背景環(huán)境下微弱信號檢測方法的研究是信號處理技術(shù)中的綜合技術(shù)和尖端領(lǐng)域，隨著社會及科技的發(fā)展，微弱信號檢測己經(jīng)在物理、化學(xué)、天文、生物、醫(yī)學(xué)以及多種工程應(yīng)用領(lǐng)域得到了相當(dāng)廣泛的應(yīng)用，在國內(nèi)外越來越得到重視。本文首先對鎖相放大器的背景、原理進(jìn)行分析，再對各部件進(jìn)行研究、設(shè)計(jì)，最后完成系統(tǒng)測試并得出結(jié)論。簡易鎖相放大器的設(shè)計(jì)采用C51產(chǎn)生參考信號;由信號通道、相敏檢波和低通濾波、參考信道三大主要模塊組成;通過輸入信號與同頻參考信號的互相關(guān)計(jì)算，可以濾除絕大部分噪聲，再經(jīng)過低通濾波器輸出直流信號，經(jīng)AD采樣后達(dá)到測量出小信號的目的。在本設(shè)計(jì)中能夠達(dá)到的指標(biāo)有：測量電壓范圍1uV100mV；360范圍顯示被測信號與參考信號的相位差；參考方波信號工作頻率范圍：100HZ10KHZ，步進(jìn)1HZ；信號幅度：0.1VPP5VPP，步進(jìn)0.1V等功能。 第二章 鎖相放大器的原理鎖相放大器L隊(duì)(Lockin Amplifier，簡稱L隊(duì))就是利用互相關(guān)的原理設(shè)計(jì)的一種同步相干檢測儀。它是一種對檢測信號和參考信號進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算的電子設(shè)備。在測量中，噪聲是一種不希望的擾亂信號，它是限制和影響測量儀器的靈敏度的白噪聲和1f噪聲的低頻噪聲。這些噪聲是無法用屏蔽等措施消除的。為了減少噪聲對有用信號的影響，常用窄帶濾波器濾除帶外噪聲，以提高信號的信噪比。但是，由于一般濾波器的中心頻率不穩(wěn)，而且?guī)捄椭行念l率以及濾波器的Q值有關(guān)等原因，使它不滿足更高的濾除噪聲之要求。根據(jù)相關(guān)原理，通過乘法器和積分器串聯(lián)，進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，除去噪聲干擾，實(shí)現(xiàn)相敏檢波，鎖相放大器采用互相關(guān)接受技術(shù)使儀器抑制噪聲的性能提高了好幾個(gè)數(shù)量級。另外，還可以用斬波技術(shù)，把低頻以至直流信號變成高頻交流信號后進(jìn)行處理，從而避開了低頻噪聲的影響。鎖相放大器抑制噪聲的性能如下：國內(nèi)外生產(chǎn)的鎖相放大器的等效噪聲帶寬厶在103Hz數(shù)量級，少數(shù)的可以達(dá)到4104Hz，信號帶寬255106Hz，可見，儀器具有非常窄的信號和噪聲帶寬，通常帶通濾波器由于Q值的定義，常規(guī)濾波器很難達(dá)到一些性能。而鎖相放大器被測信號和參考信號是同步的，它不存在頻率穩(wěn)定性問題，所以可以把它看成為一個(gè)“跟蹤濾波器。它的等效Q值由低通濾波器的積分時(shí)間常數(shù)決定，所以對元件和環(huán)境的穩(wěn)定性要求不高。研究表明，鎖相放大器使信噪比提高一萬多倍即信噪比提高了80dB以上。這足以表明，采用相關(guān)技術(shù)設(shè)計(jì)的鎖相放大器具有很強(qiáng)的抑制噪聲能力。目前鎖相放大器有如下特點(diǎn)：極高的放大倍數(shù)，若有輔助前置放大器，增益可達(dá)101l(即220dB)，能檢測極微弱信號交流輸入、直流輸出，其直流輸出電壓正比于輸入信號幅度及被測信號與參考信號相位差，滿刻度靈敏度達(dá)pV、nV甚至于pV量級。由此可見，鎖相放大器具有極強(qiáng)的抗噪聲性能。它和一般的帶通放大器不同，輸出信號并不是輸入信號的放大，而是把交流信號放大并變成相應(yīng)的直流信號。因此，這實(shí)際上不符合常規(guī)放大器的功能。在國外常把這類儀器稱為鎖相放大器?？衫斫鉃榘汛郎y信號中與參考信號同步的信號放大并檢測出來。因此，將鎖相放大器稱為“鎖定檢測儀或“同步檢測儀或許更為確切。但目前國內(nèi)都稱為“鎖相放大器或“鎖定放大器。鎖相放大器通常分為模擬鎖相放大器和數(shù)字鎖相放大器，而兩種類型的L隊(duì)各有優(yōu)缺點(diǎn)。常用的模擬鎖相放大器雖然速度快，但是參數(shù)穩(wěn)定性和靈活性差，且在與微處理器通訊的時(shí)候需要轉(zhuǎn)換電路；傳統(tǒng)數(shù)字鎖相放大器一般使用高速ADC對信號進(jìn)行高速采樣，然后使用比較復(fù)雜的算法進(jìn)行鎖相運(yùn)算，這對微處理器的速度要求很高。 為了大幅度提高檢測下限和測量靈敏度，不僅要減少測量系統(tǒng)的噪聲，而且要能從噪聲中提取信號，故采用的新思路，進(jìn)行相干檢測。其基本思想是： 1)首先使測量系統(tǒng)的主要部分，避開噪聲功率密度大的地方，從而使輸入噪聲較小。已知在低頻區(qū)，閃爍噪聲可以比自噪聲高出數(shù)倍、數(shù)十倍、甚至數(shù)百倍。因此，要設(shè)法使信號不失真的從低頻區(qū)移出(1F角以外)。2)對不同的頻率信號，應(yīng)該設(shè)法將其移頻至固定中心頻率，這樣就可以使用固定中心頻率，固定頻帶的BPF。3)從信號與噪聲的特征對比可以看出，信號與多數(shù)噪聲有頻率和相位兩個(gè)方面的不同。BPF只是利用頻率特征的識別。因此，如果再利用相位特征的識別，將可把同頻率、不同相位的噪聲大量排除。在光學(xué)中，對頻率和相位都進(jìn)行區(qū)分的方法稱為相干法，故這種檢測方法叫相干檢測，在電子學(xué)中，這種檢測方法稱為鎖定相位。把上述三種設(shè)想加以實(shí)施，而完成頻域信號相干檢測的系統(tǒng)，稱為鎖相放大器(LockillAmplifier，簡寫LIA)。其框圖見圖2-1所示。各部件的功能是：信號通道把輸入信號選頻放大(初步濾除噪聲)后，輸入給相關(guān)器：參考通道在觸發(fā)信號的同步下，輸出相位可調(diào)節(jié)的、與輸入信號同頻率的參考波形；相關(guān)器對兩路信號進(jìn)行運(yùn)算，然后對結(jié)果處理并輸出.圖2-1 鎖相放大器原理框圖第三章 研究與分析3.1 參考信號產(chǎn)生的方法比較與選擇參考信號（Reference Signal,RS）,就是常說的“導(dǎo)頻”信號，是由發(fā)射端提供給接收端用于信道估計(jì)或信道探測的一種已知信號。 要產(chǎn)生一定頻率范圍的正弦波參考信號主要有三種方法：通過C51控制MAX038產(chǎn)生正弦波，或通過C51控制DDS產(chǎn)生正弦波,直接由C51產(chǎn)生正弦波。三者比較起來，由于單片機(jī)直接控制輸出正弦波，電路簡單便于實(shí)現(xiàn)，調(diào)試容易，所以在本設(shè)計(jì)中采用單片機(jī)來作為產(chǎn)生參考信號的波形發(fā)生器。3.2 前端放大器的設(shè)計(jì)方案一：使用可編程運(yùn)放PGA202,PGA203通過增益的不同組合實(shí)現(xiàn)對輸入信號范圍1uV100mV的選擇性放大，但是編程比較復(fù)雜。方案二：使用常用運(yùn)放OPA2335，OPA132的組合通過開關(guān)控制實(shí)現(xiàn)放大倍數(shù)為10，1000,100000的變化，對輸入信號范圍1uV100mV分別進(jìn)行不同選擇的放大。電路設(shè)計(jì)和使用都比較簡單。兩者比較起來，由于后者電路設(shè)計(jì)和使用都比較簡單，所以本設(shè)計(jì)中采用開關(guān)控制對不同信號選擇性放大。3.3 移相方法比較與選擇方案一：數(shù)字移相：數(shù)字移相可以在4個(gè)象限內(nèi)進(jìn)行089的調(diào)節(jié)，合起來即實(shí)現(xiàn)了0360的移相，由集成芯片控制頻率和相位預(yù)制，如用CD4046鎖相環(huán)組成，但是增加了電路的復(fù)雜度，成本也很高；方案二：模擬移相：模擬移相電路采用阻容式移相電路。優(yōu)點(diǎn)是電路簡單可靠，缺點(diǎn)是相角可調(diào)范圍只有180，但是可以通過級聯(lián)的方式使相移范圍達(dá)到360。兩者比較起來，由于后者電路簡單可靠，所以本設(shè)計(jì)中采用模擬移相。3.4 相敏檢波器的方法比較與選擇方案一：集成模擬乘法器：模擬乘法器調(diào)試復(fù)雜，價(jià)格較高，且要求保證動態(tài)范圍大，線性好等，較難實(shí)現(xiàn)；方案二：開關(guān)式乘法器：開關(guān)式乘法器具有價(jià)格低廉，基本無需調(diào)試等優(yōu)點(diǎn)，是一種較為實(shí)用的相敏檢波器。 兩者比較起來，由于后者具有價(jià)格低廉，基本無需調(diào)試等優(yōu)點(diǎn)，所以本設(shè)計(jì)中采用開關(guān)式乘法器。第四章 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4.1 總體設(shè)計(jì)輸入微弱信號經(jīng)過開關(guān)控制運(yùn)放OPA2335和OPA132的級聯(lián)實(shí)現(xiàn)選擇性放大，經(jīng)過低通濾波器后濾除部分噪聲，與參考信號一同進(jìn)入相敏檢波器進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算，輸出信號經(jīng)過低通濾波器后將交流信號濾掉，只剩下直流信號經(jīng)過放大后送入AD采樣，單片機(jī)處理后輸出到顯示器；參考信號由單片機(jī)控制DDS產(chǎn)生，經(jīng)過移相電路后進(jìn)入相敏檢波器。低通濾波器放大器輸入信號相敏檢波器低通濾波器參考信號移相器放大器圖4-1 鎖相發(fā)達(dá)器的流程圖4.2 硬件設(shè)計(jì) 4.2.1 前置放大器的設(shè)計(jì)：圖4-2-1 前置放大器的設(shè)計(jì)圖 如圖4-3-1 所示：1,J2,J3為單刀雙擲開關(guān)，向右接通電路，向左起到了前一級放大出口與下一級入口相連的作用。三個(gè)開關(guān)從上到下分別控制著放大倍數(shù)為100000倍，1000倍，10倍三個(gè)檔位，并且每個(gè)開關(guān)當(dāng)且僅當(dāng)在放大自己的倍數(shù)時(shí)打開，即向右。在第一級放大電路中，有R4=990K ，R3=10K ,則其放大倍數(shù)為1+R4/R3=100，在第二級放大電路中，其放大倍數(shù)同理也為100倍，第三級放大電路中，其放大倍數(shù)為10倍。放大器選用TI公司的OPA2335和OPA132兩款運(yùn)放。 4 .2.2 移相電路的設(shè)計(jì)：圖4-2-2 移相電路的設(shè)計(jì)圖在本部分的設(shè)計(jì)中要求，如圖4-2-2。參考信號的相移是0360，通過用一個(gè)運(yùn)放和電阻電容的連接可以實(shí)現(xiàn)相角180的變化，采用兩個(gè)運(yùn)放級聯(lián)的方式使相位可以在360范圍內(nèi)變化。由于OPA2335有兩個(gè)通道，所以在本設(shè)計(jì)中采用OPA2335的兩個(gè)通道通過級聯(lián)達(dá)到要求。其中：R3=R4=R5=R6=10k， C2=C31uF，滑動變阻器的最大阻值為10k，運(yùn)放采用的是一片OPA2335。4.2.3 相敏檢波器的設(shè)計(jì)：圖4-2-3 相敏檢波器的設(shè)計(jì)圖如圖4-2-3，經(jīng)過移相處理后的波形通過比較器后將由原來的正弦波變成方波，產(chǎn)生的方波和輸入信號一同經(jīng)過乘法器將會得到正弦波的負(fù)項(xiàng)翻轉(zhuǎn)的波形。電阻R17為10K，R18為1M是開關(guān)時(shí)的限流電阻和分壓電阻，R14為1M,R20為4.7M，而開關(guān)的導(dǎo)通電阻值約幾十歐姆，與R14和R20相比很小，降低了開關(guān)導(dǎo)通時(shí)信號的壓降，對于不用的引腳全部接地，以免損壞。其中：R10=R11=10K，比較器選用TI的TLC372,乘法開關(guān)選用4066。 4.2.4 低通濾波器的設(shè)計(jì)：圖4-2-4 低通濾波器的設(shè)計(jì)圖 在低通濾波器電路中，如圖4-2-4。由f1/2RC1.6HZ，其中R1=1M，C=100nF。用于低通濾波器的運(yùn)放為OPA2365。4.3軟件設(shè)計(jì)單片機(jī)控制DDS輸出幅度和頻率可步進(jìn)調(diào)節(jié)的正弦波，再將經(jīng)過PSD的輸出信號進(jìn)行A/D采樣后送入液晶顯示，如圖4-3 所示。圖4-3 軟件設(shè)計(jì)流程圖 第五章 系統(tǒng)測試1 基本功能測試： 信號源產(chǎn)生頻率為2kHz，1V的正弦信號，輸入信號為2kHz，10uV10mV。測試方法： 用單片機(jī)產(chǎn)生幅度為1V，2kHz的正弦信號，輸入信號為10uV，2kHz通過100000倍的放大后為1V。 用單片機(jī)產(chǎn)生幅度為1V，2kHz的正弦信號，輸入信號為100uV，2kHz通過1000倍的放大后為0.1V。 用單片機(jī)產(chǎn)生幅度為1V，2kHz的正弦信號，輸入信號為1mV，2kHz通過1000倍的放大后為1V。 用單片機(jī)產(chǎn)生幅度為1V，2kHz的正弦信號，輸入信號為10mV，2kHz通過10倍的放大后為0.1V。輸入信號參考信號輸出信號幅度頻率幅度頻率幅度10uV2kHz1V2kHz6.13V100uV2kHz1V2kHz0.624V1mV2kHz1V2kHz6.12V10mV2kHz1V2kHz0.625表 5-1-1 測試顯示輸入信號輸入電阻(K歐姆)測試結(jié)果(K歐姆)噪聲抑制能力（dB）10uV58057048100uV600592481mV6206134910mV64043550表5-1-2測試分析結(jié)果結(jié)果分析： 經(jīng)過測試可得出輸入電阻和我們測量的電阻相差不大，而且抑制噪聲的能力都在49db左右，達(dá)到了比較穩(wěn)定的狀態(tài)。基本的放大抑制噪聲的功能已經(jīng)具備，為了測試其能否滿足較高的要求，我們進(jìn)行下面的一系列測試。2 頻率不同的測試結(jié)果與分析 測試方法： 用單片機(jī)產(chǎn)生幅度為1V，100Hz的正弦信號，輸入信號為1uV，100Hz通過100000倍的放大后為0.1V。 用單片機(jī)產(chǎn)生幅度為1V，1kHz的正弦信號，輸入信號為100uV，1kHz通過1000倍的放大后為0.1V。 用單片機(jī)產(chǎn)生幅度為1V，5kHz的正弦信號，輸入信號為1mV，5kHz通過1000倍的放大后為1V。 用單片機(jī)產(chǎn)生幅度為1V，10kHz的正弦信號，輸入信號為100mV，10kHz通過10倍的放大后為1V。輸入信號參考信號輸出信號幅度頻率幅度頻率幅度10uV2kHz1V2kHz6.13V100uV2kHz1V2kHz0.624V1mV2kHz1V2kHz6.12V10mV2kHz1V2kHz0.625表5-2-1 測試顯示輸入信號輸入電阻(K歐姆)測試結(jié)果(K歐姆)噪聲抑制能力（dB）10uV58057048100uV600592481mV6206134910mV64043550表 5-2-2測試分析結(jié)果結(jié)果分析： 經(jīng)過測試可得出輸入電阻和我們測量的電阻相差不大，而且抑制噪聲的能力都在49db左右，達(dá)到了比較穩(wěn)定的狀態(tài)?；镜姆糯笠种圃肼暤墓δ芤呀?jīng)具備，為了測試其能否滿足較高的要求，我們進(jìn)行下面的一系列測試。3 10pA電流測量結(jié)果對比與分析：測量方法： 在電路中串聯(lián)一個(gè)1M的精敏電阻，測量其兩端的輸出電壓，由歐姆定律 I=V/R可得電流值。測試結(jié)果： 電流值等于23.5pA結(jié)果分析： 由于電流太小，所以在經(jīng)過測量后有比較大的誤差，但是我們的測量結(jié)果還是能達(dá)到pA級別。4 測量微小電阻的阻值與分析測量方法： 串聯(lián)一個(gè)1歐的精敏電阻，測量其兩端電壓，根據(jù)分壓公式可得出待測電阻的阻值。其中待測信號為毫歐級別。測試結(jié)果： 待測電阻的阻值為28毫歐。 圖5-4 測試電阻阻值 結(jié)果分析： 根據(jù)圖5-1所顯示的測試方法可測得微弱電阻阻值。但由于信號過小，采集輸出后有比較大的誤差。5 測量被測信號與參考信號的相位差測量方法：調(diào)節(jié)移相器，使測的直流電平最大和最小，即可測被測信號和參考信號的相位差。測量結(jié)果：31度、42度、132度結(jié)果分析：通過測試和實(shí)際的相位差相比都是小于的6度范圍誤差，也是不錯(cuò)的要求了。但是對精密儀器的要求來說還有很長的路要走?？傊词褂杏玫男盘柋谎蜎]在噪聲信號里面，即使噪聲信號比有用的信號大很多，只要知道有用的信號的頻率值，鎖相放大器就能準(zhǔn)確地測量出這個(gè)信號的幅值。第六章 附錄軟件設(shè)計(jì):/display.c/把顯示部分的模塊全部移到這里,爭取完全獨(dú)立/主要的兩個(gè)模塊/在主函數(shù)中添加#includedisplay.h就可以使用LCM顯示函數(shù)了#include lcd.h#include INTRINS.h/*/延時(shí)程序/模塊輸入/模塊輸出/功能說明void Delay(UINT unTime)while(unTime-);/*/*/數(shù)字轉(zhuǎn)換為字符/函數(shù)輸入/pBuf 轉(zhuǎn)換之后的保存結(jié)果數(shù)組的指針,兩個(gè)字節(jié)/函數(shù)輸出/功能說明void IntToChar(UINT cByte,UCHAR * pBuf) pBuf0 = (UCHAR)(cByte/1000 + 48); pBuf1 = (UCHAR)(cByte%1000)/100 + 48); pBuf2 = (UCHAR)(cByte%1000%100)/10 + 48); pBuf3 = (UCHAR)(cByte%1000%100%10)%10 + 48); /*/*/發(fā)送數(shù)據(jù)/模塊輸入/模塊輸出/功能說明void SendByte(unsigned char cByte)UCHAR ns = 0;while(ns+ 8)/移位，發(fā)送一個(gè)bitLCM_SDA = (bit)(cByte & 0x80) ;_nop_();_nop_();_nop_();LCM_SCL = 0 ;_nop_();_nop_();_nop_();cByte = 1 ;LCM_SCL = 1 ;_nop_();_nop_();_nop_();return ;/*/*/寫入指令或者數(shù)據(jù)/模塊輸入: cData 要寫入LCM的數(shù)據(jù)/bType 數(shù)據(jù)的種類: 0 為 指令,1 為數(shù)據(jù)/模塊輸出: 無/模塊說明: 發(fā)送一字節(jié)的數(shù)據(jù)或指令( 物理實(shí)現(xiàn)上是發(fā)送的三字節(jié) )/第一字節(jié)是讓LCM識別是指令還是數(shù)據(jù): 0xF8 為指令(1111 1000),0xFA 為數(shù)據(jù)(1111 1010)/第二字節(jié)為所發(fā)送指令或數(shù)據(jù)的高4位+0000/ 第三字節(jié)為所發(fā)送指令或數(shù)據(jù)的低4位+0000void WriteData(unsigned char cData,bit bType)UCHAR cSendByte ;/發(fā)送第一字節(jié)if(bType = 0)cSendByte = 0xF8 ; /發(fā)送指令elsecSendByte = 0xFA ;/發(fā)送數(shù)據(jù)SendByte(cSendByte);Delay(LCM_DELAY_TIME);/發(fā)送第二字節(jié)cSendByte = cData & 0xF0 ;SendByte(cSendByte);Delay(LCM_DELAY_TIME);/發(fā)送第三字節(jié)cSendByte = cData 4 ;SendByte(cSendByte);Delay(LCM_DELAY_TIME);/*/*/液晶模塊初始化void InitLCM(void)/為了可靠性,這里內(nèi)部設(shè)置大于40msDelay(LCM_POWER_ON);Delay(LCM_POWER_ON);WriteData(0x30,0);Delay(LCM_POWER_ON) ;WriteData(0x30,0);Delay(LCM_DELAY_TIME) ;WriteData(0x0C,0);Delay(LCM_DELAY_TIME) ;WriteData(0x01,0);Delay(LCM_POWER_ON);WriteData(0x06,0);Delay(LCM_DELAY_TIME) ;Delay(LCM_POWER_ON);/*/*/顯示模塊/模塊輸入: pBuf 指向所需顯示字符串的指針/cNum 所需顯示字符的個(gè)數(shù),一個(gè)中文字符按兩個(gè)算/cAddr 字符串在LCM顯示的初始地址,如果為 0 表示不改變當(dāng)前位置/模塊輸出: 無/功能說明: 將輸入的字符串顯示在LCM的指定位置void Display(UCHAR * pBuf,UCHAR cNum,UCHAR cAddr)UCHAR n ;/判斷是否改變當(dāng)前位置if(cAddr!=0&(cAddr0xA0)return ;if(cAddr!=0)/如果cAddr不為零，則改變按cAddr改變當(dāng)前位置WriteData(cAddr,0);for(n=0;n=0x80&cStart0xA0)MoveCursor(cStart);for(i=0;icN;i+)Display(&c,1,0);MoveCursor(cStart);/*/打開LCM的光標(biāo)顯示/模塊輸入: 無/模塊輸出: 無/模塊說明: 打開LCM的光標(biāo)void OpenCursor(void)WriteData(0x0F,0);/*/關(guān)閉LCM的光標(biāo)顯示/模塊輸入: 無/模塊輸出: 無/模塊說明: 關(guān)閉LCM的光標(biāo)void CloseCursor(void)WriteData(0x0C,0);/*/圖形清屏函數(shù)void ClearBMP(void) unsigned char i,j; / SendCMD(0x34); /8Bit擴(kuò)充指令集 / SendCMD(0x36); / RE=1 擴(kuò)展指令選擇 G=1 開圖形顯示 WriteData(0x34,0);WriteData(0x36,0); for(j=0;j16;j+) for(i=0;i32;i+) /SendCMD(0x80+i); /發(fā)送行地址 /SendCMD(0x80+j); /發(fā)送列地址 /SendData(0x00); /SendData(0x00); WriteData(0x80+i,0); WriteData(0x80+j,0); WriteData(0x00,1); WriteData(0x00,1); /*/圖形顯示函數(shù)/本函數(shù)顯示圖形的大小必須是128*64,否則,可能出現(xiàn)亂碼/字模提取軟件為橫向取模void DisplayBMP(UCHAR *disp)unsigned int x=0;unsigned char i,j;/SendCMD(0x34); /8Bit擴(kuò)充指令集/SendCMD(0x36); /繪圖ONWriteData(0x34,0);WriteData(0x36,0); /先顯示上半屏 for(i=0;i32;i+) /FYD-12864上半屏為128x32點(diǎn)陣 / SendCMD(0x80|i); /行位置 / SendCMD(0x80); /列位置WriteData(0x80|i,0);WriteData(0x80,0); for(j=0;j16;j+) /256/8=32 byte /列位置每行自動增加 / SendData(dispx);WriteData(dispx,1); x+; /再顯示下半屏 for(i=0;i32;i+) /FYD-12864下半屏也為128x32點(diǎn)陣 / SendCMD(0x80|i); / SendCMD(0x88); WriteData(0x80|i,0);WriteData(0x88,0); for(j=0;j16;j+) / SendData(dispx); WriteData(dispx,1); x+; 硬件設(shè)計(jì)：圖6-1 放大器硬件設(shè)計(jì)圖總結(jié)經(jīng)過這次的鎖相放大器的設(shè)計(jì)，我加深了對鎖相放