畢業(yè)設(shè)計（論文）帶電電纜用接收電路設(shè)計和實現(xiàn)

1、摘 要在市政建設(shè)中、管線改造、架空線落地等與埋地電纜有關(guān)的工程中，正確識別埋地帶電電纜線路具有重要意義，若帶電電纜識別的有誤，會停電的重大事故，甚至直接影響到人身安全。地埋帶電電纜識別要解決識別信號的耦合與拾取，50hz干擾影響識別等問題。針對城市地埋電纜中多數(shù)為10kv的帶有鋼鎧的動力電纜的特點，根據(jù)微弱信號檢測中的相關(guān)檢測理論，采用相關(guān)檢測中的同步檢波技術(shù)，設(shè)計了25hz識別信號和20khz同步信號疊加的自同步式帶電電纜識別系統(tǒng)。克服了識別信號小和50hz干擾的難題。設(shè)計了具有帶50hz陷波的25hz放大的低頻通道，設(shè)計了20khz放大和鎖相環(huán)解碼的同步信號通道，最后通過單片機技術(shù)，實現(xiàn)識

2、別信號的同步檢波，達到了埋地電纜的帶電識別目的。關(guān)鍵詞：帶電電纜 識別 接收 abstractin the municipal building, pipeline reconstruction, such as overhead lines and buried cables landing on the project, correctly identify electrical cable lines buried area is important, if charged incorrectly identified cable will power a major accident,

3、 or even a direct impact on personal safety.underground electric cables to solve the identification signals identify the coupling with the pick, 50hz interference identification and other issues.for most of the city buried cable with a steel armor for the 10kv power cable characteristics, weak signa

4、l detection based on correlation detection theory, correlation detection of synchronous detection technology, is designed 25hz 20khz identification signal and sync signal superimposed self-synchronous electric cable identification systems. identification signal to overcome the interference problems

5、of small and 50hzdesigned with a notch with the 25hz 50hz low-frequency amplification channels, phase-locked loop design 20khz amplification and synchronization of decoding the signal path, and finally through the microcontroller technology, identify the synchronous detection signal, to live to buy

6、the cable identification purposes.keywords: electric cable identification receive 目錄第一章緒論11.1課題的研究背景11.2 帶電電纜基本結(jié)構(gòu)21.3帶電電纜分類21.4 帶電電纜識別的理論基礎(chǔ)41.5帶電電纜識別方式51.6本章小結(jié)6第二章lm358器件簡介72.1 lm358概況132.2 lm358器件的特性錯誤！未定義書簽。2.3 lm358應(yīng)用電路錯誤！未定義書簽。2.4 本章小結(jié)錯誤！未定義書簽。第三章 模擬電感錯誤！未定義書簽。3.1模擬電感簡述錯誤！未定義書簽。3.2本章小結(jié)錯誤！未定義書簽。第

7、四章lm567214.1 lm567簡介214.2 lm567管腳功能描述214.3 lm567電氣參數(shù)224.4 lm567在帶電電纜設(shè)計當中的實際電路224.5 lm567的工作原理及波形圖22第五章89c2051單片機255.1 89c2051單片機簡介255.1.1引腳255.1.2電源265.1.3存儲器275.1.4內(nèi)部i/o控制275.1.5程序保密285.2軟硬件的開發(fā)285.3性能價格比285.3.1 與80c31系統(tǒng)相比較285.3.2 與pic單片機比較285.4應(yīng)用及特點295.5單片機在設(shè)計電路中的作用29第六章cd4053b316.1 cd4053b概況316.2

8、cd4053b特點336.3 cd4053在設(shè)計電路中的作用及波形圖336.4應(yīng)用35第七章 微弱信號檢測77.1微弱信號檢測的發(fā)展與現(xiàn)狀77.2 微弱信號檢測的不同方法77.3 鎖相放大器97.3.1鎖相放大器概況97.3.2鎖相放大器的基本結(jié)構(gòu)97.3.3鎖相放大器的特點97.3.4鎖相放大器的工作原理107.3.5鎖相放大器的各點波形圖117.3.6鎖相放大器的用途13第八章 帶電電纜識別電路設(shè)計388.1 帶電電纜用接收電路設(shè)計的電路圖388.2實物圖39致 謝40參考文獻41第一章緒論1.1課題的研究背景帶電電纜的使用至今已有百余年歷史。1879年，美國發(fā)明家t.a.愛迪生在銅棒上包

9、繞黃麻并將其穿入鐵管內(nèi)，然后填充瀝青混合物制成電纜。他將此電纜敷設(shè)于紐約，開創(chuàng)了地下輸電。次年，英國人卡倫德發(fā)明瀝青浸漬紙絕緣電力電纜。1889年，英國人s.z.費蘭梯在倫敦與德特福德之間敷設(shè)了10千伏油浸紙絕緣電纜。1908年，英國建成20千伏電纜網(wǎng)。電力電纜得到越來越廣的應(yīng)用。1911年，德國敷設(shè)成60千伏高壓電纜，開始了高壓電纜的發(fā)展。1913年，德國人m.霍希施泰特研制成分相屏蔽電纜,改善了電纜內(nèi)部電場分布,消除了絕緣表面的正切應(yīng)力，成為電力電纜發(fā)展中的里程碑。1952年，瑞典在北部發(fā)電廠敷設(shè)了380千伏超高壓電纜,實現(xiàn)了超高壓電纜的應(yīng)用。到80年代已制成1100千伏、1200千伏的特

10、高壓電力電纜。帶電電纜（power cable），用于傳輸和分配電能的電纜。常用于城市地下電網(wǎng)、發(fā)電站的引出線路、工礦企業(yè)的內(nèi)部供電及過江、過海的水下輸電線。在電力線路中，電纜所占的比重正逐漸增加。帶電電纜是在電力系統(tǒng)的主干線路中用以傳輸和分配大功率電能的電纜產(chǎn)品，其中包括1-500kv以及以上各種電壓等級，各種絕緣的電力電纜。帶電電纜識別，用于識別正在運行的地埋電纜，以克服施工現(xiàn)場經(jīng)常發(fā)生的因試扎錯誤或鋸錯電纜所造成的重大停電事故或人身安全事故，保障施工安全，大大提高施工、維修效率，保障工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及人民生活正常進行。這也是本文研究的重點。地埋電纜帶電識別的困難：普通的電纜識別，是在停止運行的

11、電纜端點施加特殊的識別用電流信號，用卡鉗（電流互感器）在電纜上拾取這一電流信號，從而識別出該電纜。1、在城市的地埋動力電纜中，多數(shù)為10kv的帶有鋼鎧的動力電纜，當這些電纜正在運行時，擔負著供電的重要任務(wù)，不能因為需要識別而中斷其運行。正在運行的電纜識別的第一個困難是如何把特殊的識別信號施加在正在運行的電纜上去。一般采用電流卡鉗把識別信號耦合上去，識別卡鉗有n匝作為初級，次級是1匝的電纜，由于在電纜上感應(yīng)的耦合電流是靠兩端接地的鋼鎧和大地形成回路的，其回路中的地電阻對耦合系數(shù)影響很大，在電纜上耦合的識別電流比較小。2、正在運行的電纜其中有一定的50hz動力供電電流，這個50hz電流可能比在電纜

12、上耦合的識別電流大的多。3、如果在識別中采用高頻信號避開50hz動力供電干擾，要考慮帶電電纜是為50hz低頻供電設(shè)計，電纜的對地電容對高頻吸收較大；好要考慮如新的路燈是電子鎮(zhèn)流器，會產(chǎn)生較強的高頻干擾。1.2 帶電電纜基本結(jié)構(gòu)帶電電纜的基本結(jié)構(gòu)由線芯（導(dǎo)體）、絕緣層、屏蔽層和保護層四部分組成。 (1)線芯 線芯是帶電電纜的導(dǎo)電部分，用來輸送電能，是帶電電纜的主要部分。 (2)絕緣層 絕緣層是將線芯與大地以及不同相的線芯間在電氣上彼此隔離，保證電能輸送，是帶電電纜結(jié)構(gòu)中不可缺少的組成部分。 (3)屏蔽層 15kv及以上的帶電電纜一般都有導(dǎo)體屏蔽層和絕緣屏蔽層。 (4)保護層 保護層的作用是保護帶

13、電電纜免受外界雜質(zhì)和水分的侵入，以及防止外力直接損壞電力電纜。1.3帶電電纜分類帶電電纜按絕緣材料可分為油浸紙絕緣帶電電纜、塑料絕緣帶電電纜、橡皮絕緣帶電電纜。按電壓等級可分為中、低壓電力電纜（35千伏及以下）、高壓電纜 (110千伏以上)、超高壓電纜（275800千伏）以及特高壓電纜（1000千伏及以上）。此外，還可按電流制分為交流電纜和直流電纜。 按絕緣材料可分為油浸紙絕緣帶電電纜 以油浸紙作絕緣的帶電電纜。其應(yīng)用歷史最長。它安全可靠，使用壽命長，價格低廉。主要缺點是敷設(shè)受落差限制。自從開發(fā)出不滴流浸紙絕緣后，解決了落差限制問題，使油浸紙絕緣電纜得以繼續(xù)廣泛應(yīng)用。 塑料絕緣帶電電纜 絕緣層

14、為擠壓塑料的帶電電纜。常用的塑料有聚氯乙烯、聚乙烯、交聯(lián)聚乙烯。塑料電纜結(jié)構(gòu)簡單,制造加工方便，重量輕，敷設(shè)安裝方便,不受敷設(shè)落差限制。因此廣泛應(yīng)用作中低壓電纜，并有取代粘性浸漬油紙電纜的趨勢。其最大缺點是存在樹枝化擊穿現(xiàn)象，這限制了它在更高電壓的使用。聚氯乙烯電力電纜價格低,使用廣泛，但介質(zhì)損耗大,一般用于工作電壓10千伏以下的系統(tǒng)。聚乙烯帶電電纜電性優(yōu)良，可用于較高電壓系統(tǒng)。但工作溫度低(僅為70左右)，耐電暈性能差。若采用適當配方可使工作溫度提高至80，并抑制樹枝化擊穿。目前已制成的聚乙烯帶電電纜其工作電壓達285千伏。交聯(lián)聚乙烯帶電電纜是將擠壓聚乙烯絕緣層經(jīng)過交聯(lián)工藝過程，聚乙烯分子從

15、線型分子變?yōu)榫W(wǎng)狀結(jié)構(gòu)分子。交聯(lián)聚乙烯電纜工作溫度可提高到90130，電壓已達400千伏，機械強度也相應(yīng)提高。中國已能生產(chǎn)110千伏交聯(lián)聚乙烯電纜。110千伏以下等級交聯(lián)聚乙烯帶電電纜已有取代油浸紙絕緣帶電電纜的趨勢。 橡皮絕緣帶電電纜 絕緣層為橡膠加上各種配合劑，經(jīng)過充分混煉后擠包在導(dǎo)電線心上，經(jīng)過加溫硫化而成。它柔軟，富有彈性，適合于移動頻繁、敷設(shè)彎曲半徑小的場合。因此經(jīng)常作為礦用電纜、船用電纜以及采掘機械、x光機上用電纜。其結(jié)構(gòu)特點是線心用多根較細單絲絞合,絞合節(jié)距較小。常用作絕緣的膠料有天然膠-丁苯膠混合物，乙丙膠、丁基膠等。 按電壓等級可分為 低壓電纜：適用于固定敷設(shè)在交流50hz，額

16、定電壓3kv及以下的輸配電線路上作輸送電能用。 使用特性：電纜導(dǎo)體的最高額定溫度為90。 短路時（最長持續(xù)時間不超過5秒）電纜導(dǎo)體的最高溫度不超過250。 中低壓電纜：（一般指及以下）：聚氯乙烯絕緣電纜，聚乙烯絕緣電纜，交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜等。 高壓電纜：（一般為及以上）：聚乙烯電纜和交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜等。 超高壓電纜：（275800千伏）。 特高壓電纜：（1000千伏及以上）。 代表型vv22 vv32系列；yjv32 yjv22系列 其中包括阻燃，耐火型電力電纜執(zhí)行標準:gb/t 12706-2002(等效采用iec502),阻燃 電纜、耐火電纜還符合ie332-3,iec331,亦可按用戶

17、所需的技術(shù)需求生產(chǎn)。1.4 帶電電纜識別的理論基礎(chǔ)為了可靠準確地識別電纜，需要給被識別電纜加一特殊的信號，該信號要被專用接收機接收，利用這一特性便能識別出要找的電纜。 該儀器按下述原理工作： 接收機的任務(wù)是探測流過電纜電流方向以及它的大小。為達到這一目的，電流傳感器被用作傳感器，它帶有一放大器并串聯(lián)在電路中，傳感器鉗住被測電纜，電流流過電纜產(chǎn)生的磁場在傳感器的線圈中感應(yīng)出電壓，該電壓極性由電流方向和傳感器線圈的方向決定。為了得到明顯有電流方向的電壓極性，對一束電纜中所有電纜進行測試都采取相同正確的方向。傳感器線圈中感應(yīng)的電壓在表頭中顯示出來，如果傳感器按上述方式連接，指針擺動方向可顯示電流方向

18、，即只有電流流出的這根電纜指針向一邊偏，這根就是要找的電纜。所有其它電纜只流過返回電流，指針向另一邊偏、或無脈動電流，指針不偏轉(zhuǎn)。接收機上的放大調(diào)節(jié)器可調(diào)整信號強度。1.5帶電電纜識別方式電纜識別在電纜施工及維護工作中有重要意義。本節(jié)將簡單介紹一下帶電電纜識別的控制策略。整體方案：根據(jù)微弱信號檢測理論中的同步檢波技術(shù)，同步檢波不但具有從強干擾中提取弱信號的功能，還可以識別交流電流的方向。在微弱信號檢測的同步檢波的幅頻特性知，同步檢波對偶數(shù)倍頻率有極好的抗干擾特性，電纜識別信號頻率選擇25hz，用來抵抗強大的50hz干擾。同步檢波需要一個和電纜識別信號同步的方波實現(xiàn)同步檢波。由于電纜識別是在相隔

19、數(shù)百米甚至數(shù)千米的發(fā)射源和接收的之間的異地進行，如何在相距數(shù)千米的異地之間獲得同步信號，是同步檢波的一個大困難，由于電纜識別信號頻率選擇25hz，對同步的要求在毫秒級就可以了，但是要在測試的幾個小時內(nèi)實現(xiàn)毫秒級的“同時”，經(jīng)分析和調(diào)研，方案有這么幾種：1 同步時鐘方案：采用兩個準確度高的晶體振蕩，在測試前 “對準”兩個時鐘，然后開始測量，要保證在測試的幾個小時內(nèi)保持兩個時鐘“同步”。這個方案成本太高。2 用無線發(fā)射、接收傳遞同步信號方案：在發(fā)射端產(chǎn)生25hz電纜識別信號的同時用無線信道發(fā)射同步信號，異地的識別接收機，在用卡鉗接收電纜的25hz識別信號的同時，用無線信道接收來自空中的同步信號。3

20、 兩個gps 秒脈沖同步方案：在發(fā)射端和接收端各設(shè)一個全球衛(wèi)星定位接收機gps，利用gps中的秒脈沖信號實現(xiàn)同步。發(fā)射方在gps的秒脈沖到來時發(fā)射25hz電纜識別信號，接收方在秒脈沖到來時同步接收。這個方案國外一種電纜識別儀采用，其缺點在于有些地方?jīng)]有g(shù)ps信號，比如在隧道中要識別的電纜。4 識別信號疊加同步信號方案發(fā)射機發(fā)射25hz識別信號的每個周期的過0點，發(fā)射2毫秒的20khz高頻同步信號。接收機分設(shè)兩個通道，低頻通道接收25hz識別信號，高頻通道接收20khz同步信號，用鎖相環(huán)lm567對高頻信號解碼，解出同步信號，經(jīng)單片機處理后產(chǎn)生同步檢波用的同步方波。這個方案成本低，應(yīng)用方便。1.

21、6本章小結(jié)本章是該課題的理論基礎(chǔ)。在本章中，首先介紹了帶電電纜識別的背景、基本結(jié)構(gòu)、分類以及它的理論依據(jù)。其次，介紹了實現(xiàn)的方法和電路中用到的各部分模塊，從而達到用接收電路對帶電電纜識別進行識別的目的。第二章 微弱信號檢測2.1微弱信號檢測的發(fā)展與現(xiàn)狀信號處理是一門起源于十七和十八世紀的數(shù)學(xué)學(xué)科。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，尤其是計算機技術(shù)的發(fā)展，促進了信號處理的飛速發(fā)展，在科學(xué)技術(shù)的各個領(lǐng)域發(fā)揮出重要的作用.在雷達，語音處理，數(shù)學(xué)通信，醫(yī)學(xué)，地震學(xué)等眾多領(lǐng)域中顯示出不可或缺的地位。最近幾十年來，信號處理綜合了系統(tǒng)理論，統(tǒng)計學(xué)，數(shù)值分析，計算機科學(xué)和大規(guī)模集成電路等眾多領(lǐng)域的科學(xué)成果，獨立的形成一門具

22、有普遍意義的學(xué)科。微弱信號檢測是信號處理的重要組成部分。它運用電子學(xué)、信息論和物理學(xué)的方法，分析噪聲產(chǎn)生的原因和規(guī)律，研究被測信號的特點和相關(guān)性，檢測被噪聲淹沒的微弱信號。在檢測系統(tǒng)、圖像傳輸和通信設(shè)備中出現(xiàn)噪聲時，儀器的精度、穩(wěn)定性及重復(fù)性就明顯降低，由于噪聲電報誤碼率增高，使通信無法正常進行，雷達無法跟蹤目標，在電視熒光屏上呈現(xiàn)一片“雪花”，圖像模糊不清。2.2 微弱信號檢測的不同方法微弱信號檢測方法：(1)生物芯片掃描微弱信號檢測方法微弱信號檢測是生物芯片掃描儀的重要組成部分，也是生物芯片技術(shù)前進過程中面臨的主要困難之一，特別是在高精度快速掃描中，其檢測靈敏度及響應(yīng)速度對整個掃描儀的性能

23、將產(chǎn)生重大影響。 隨著生物芯片制造技術(shù)的蓬勃發(fā)展，與之相應(yīng)的信號檢測方法大也迅速發(fā)展起來。根據(jù)生物芯片相對激光器及探測器是否移動來對生物芯片進行掃讀，有掃描檢測和固定監(jiān)測之分。掃描檢測法是將激光器及共聚焦顯微鏡固定，生物芯片置于承片臺上并隨著承片臺在x方向正反線掃描和r方向進向前運動，通過光電倍增檢測激發(fā)熒光并收集數(shù)據(jù)對芯片進行分析。激光共聚焦生物芯片掃描儀就是這種檢測方法的典型應(yīng)用，這種檢測方法靈敏度高，缺點是掃描時間較長。(2)鎖相放大器微弱信號檢測常規(guī)的微弱信號檢測方法根據(jù)信號本身的特點不同，一般有三條途徑：一是降低傳感器與放大器的固有噪聲，盡量提高其信噪比；二是研制適合微弱檢測原理并能

24、滿足特殊需要的器件（如鎖相放大器）；三是利用微弱信號檢測技術(shù)，通過各種手段提取信號，鎖相放大器由于具有中頻率穩(wěn)定，通頻帶窄，品質(zhì)因數(shù)高等優(yōu)點得到廣泛應(yīng)用。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，而且在于微處理器通信時需要轉(zhuǎn)換電路；傳統(tǒng)數(shù)字鎖相放大器一般使用高速apdc對信號進行高速采樣，然后使用比較復(fù)雜的算法進行所想運算，這對微處理器的速度要求很高。現(xiàn)在提出的新型鎖相檢測電路是模擬和數(shù)字處理方法的有機結(jié)合，這種電路將待測信號和參考信號相乘的結(jié)果通過高精度型apdc采用，采用率不高，因此對處理器的運算能力和速度要求不高，算法和電路更加簡單。（3）微弱振動信號的諧波小波頻域提取對

25、于振動信號的檢測與識別，已經(jīng)對基于傅里葉變換的方法進行了若干研究，在穩(wěn)態(tài)信號的檢測方面取得了滿足的結(jié)果，但對瞬態(tài)突變信號、伴有強噪聲的信號的檢測與識別并不理想。研究表明，小波分析可以成功地進行非平穩(wěn)信號、帶有強噪聲的信號等的分析與檢測。但是，常用的基于二進的小波具有明顯的局限性，而且在頻域具有明顯的移相特性。常用的某些二進小波不具有明顯的表達式，只能給出濾波器系數(shù)的數(shù)值，對于信號的細節(jié)分析和頻域分析不方便。（4）基于噪聲和混沌振子的微弱信號檢測傳統(tǒng)的信號檢測方法是采用線性濾波的方法來提取信號，在背景噪聲較強的情況下，此方法一般會失效。而在機械工程、自動化、通訊、電子對抗等領(lǐng)域，常常需要判斷特定

26、規(guī)律的微弱信號是否存在。因此，一項迫切的任務(wù)是尋找新的檢測方法。有混沌理論知道：一類混沌系統(tǒng)在一定條件下對小信號具有敏感性的同時對噪聲具有免疫力，因此使得它在信號檢測中非常具有潛力。由非線性理論知道：對于一個非線性系統(tǒng)，當其敏感參數(shù)在一定范圍存在攝動時，將引起其周期解發(fā)生本質(zhì)變化。由此可以設(shè)想：利用非線性系統(tǒng)的周期解所發(fā)生的本質(zhì)變化來檢測微弱信號。（5）取樣積分器取樣積分器是一種微弱信號檢測系統(tǒng)。它在原理上很古老的，它利用周期性信號的重復(fù)特性，在每個周期內(nèi)對信號的一部分取樣一次，然后經(jīng)過積分器算出平均值，于是各個周期內(nèi)取樣平均信號的總體便展現(xiàn)了待測信號的真是波形。因為信號提取（取樣）是經(jīng)過多次

27、重復(fù)的，而噪聲多次重復(fù)的統(tǒng)計平均值為零，所以可大大提高洗澡比，再現(xiàn)被噪聲淹沒的信號波形。2.3 鎖相放大器2.3.1鎖相放大器概況鎖相放大器是一種對交變信號進行相敏檢波的放大器。它利用和被測信號有相同頻率和相位關(guān)系的參考信號作為比較基準，只對被測信號本身和那些與參考信號同頻（或者倍頻）、同相的噪聲分量有響應(yīng)。因此，能大幅度抑制無用噪聲，改善檢測信噪比。此外，鎖相放大器有很高的檢測靈敏度，信號處理比較簡單，是弱光信號檢測的一種有效方法。2.3.2鎖相放大器的基本結(jié)構(gòu)輸入待測信號，經(jīng)放大和帶通濾波后與參考信號共同輸入乘法器得到的結(jié)果再通過低通 濾波器濾波后輸出。2.3.3鎖相放大器的特點用調(diào)制器將

28、直流或漸變信號調(diào)制，進行交流放大，可以避免噪聲的不利影響；利用相敏檢測器實現(xiàn)對調(diào)制信號的解調(diào)，同時檢測頻率和相位，噪聲與信號同頻又同相的概率很??；利用低通濾波器來抑制噪聲，低通濾波器的頻帶可以做的較窄，而且其頻帶寬度不受調(diào)制頻率的影響，穩(wěn)定性也大大地提高。2.3.4鎖相放大器的工作原理 lpf 低通濾波器 乘法運算 sin( c cos（ sin cos（-coslpf x(t) up(t) uo (t)psd信號通道輸入信號 參考通道 參考輸入 鎖相放大器實際上是一個模擬的傅立葉變換器，鎖相放大器的輸出是一個直流電壓，正比于是輸入信號中某一特定頻率（參數(shù)輸入頻率）的信號幅值。而輸入信號中的其

29、他頻率成分將不能對輸出電壓構(gòu)成任何貢獻。 兩個正弦信號，頻率都為1hz，有90度相位差，用乘法器相乘得到的結(jié)果是一個有直流偏量的正弦信號。 如果是一個1hz和一個1.1hz的信號相乘，用乘法器相乘得到的結(jié)果是輪廓為正弦的調(diào)制信號，直流偏量為0。 只有與參考信號頻率完全一致的信號才能在乘法器輸出端得到直流偏量，其他信號在輸出端都是交流信號。如果在乘法器的輸出端加一個低通濾波器，那么所有的交流信號分量全部被濾掉，剩下的直流分量就只是正比于輸入信號中的特定頻率的信號分量的幅值。2.3.5鎖相放大器的各點波形圖us us t tul ul t t uc uc t tud ud t t鎖相放大器的輸出v

30、o=vi cos是檢測信號與參考信號的相位角偶次分量的測量 利用鎖相環(huán)產(chǎn)生兩倍頻的參考信號方波只有奇次諧波，但如燈泡的光的頻率是驅(qū)動信號頻率的兩倍。用鎖相環(huán)產(chǎn)生倍頻是載波恢復(fù)電路的一個重要組成單元。利用鎖相環(huán)可以解決50hz信號的干擾。鎖相放大器在該課題的實際電路波形圖v 測量信號 t v 參考信號 + + + t- - - v 經(jīng)低通后的輸出 (平均電壓) t v 0 t v 0 t v 平均電壓 0 t 2.3.6鎖相放大器的用途主要用于檢測信噪比很低的微弱信號。即使有用的信號被淹沒在噪聲信號里面，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，就能準確地測量出這個信號的幅值。

31、第三章50hz陷波器和25hz帶通放大器3.1 雙t帶阻濾波電路雙t帶阻濾波電路，它是由無源低通電路（兩個r和2c）和高通電路（兩個c和r/2）并聯(lián)組成。所以，從組成上看，是一個二階壓控電壓源型有源帶阻濾波電路。其次，定性分析電路的工作情況。當很小時，2c接近于開路，電壓直接通過兩個r加入運放，此時電壓增益最大。rc雙t選頻電路選頻性能比較好，在實際中得到廣泛應(yīng)用下圖為rc雙t電路的構(gòu)成。該電路如圖所示。雙t型選頻網(wǎng)絡(luò)由兩個t型網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)組成，在實際使用時，為了便于調(diào)整及對元件進行選擇，常采用對稱的雙t型網(wǎng)絡(luò)。即為，。3.2 50hz陷波器3.2.1設(shè)計的目的及意義由于我國采用的是50hz頻率的

32、交流電，所以在平時需要對信號進行采集處理和分析時，常會存在50hz的工頻干擾，對我們的信號處理造成很大干擾，于是我本次已濾除50hz工頻產(chǎn)生的干擾為例，對陷波器進行電路設(shè)計，原理分析及multisim仿真。3.2.2 設(shè)計原理陷波器主體包括三部分內(nèi)容：選頻部分、放大器部分、反饋部分。設(shè)計時采用雙t型帶阻濾波器為基礎(chǔ)并加入壓控反饋得到.此陷波器具有良好的選頻特性和比較高的q值，下圖為陷波器的原理圖根據(jù)圖1所示，對于a點求節(jié)點電流方程（1）有： （1）同樣，對于b點求節(jié)點電流方程（2）有： （2）同樣，對于c點有節(jié)點電流方程（3）： (3)式中，。由上述的（1）、（2）、（3）式可以得到此電路的傳

33、輸函數(shù)為此時令得其中。當時=0，此時能濾除的頻率，而對于其他頻率，約為1，能很好的使其他頻率的信號通過。令=0.707得到兩個截止頻率為：此時可以得到陷波器的帶寬bw和其q值則只要我們?nèi)值接近1時，就能得到窄帶濾波效果和高q值，使陷波器的性能達到最佳。3.2.3 50hz陷波器的設(shè)計電路3.2.4陷波器的工作仿真用ewb仿真軟件得到的的雙t仿真圖得到的幅頻特性圖示波器顯示此時的陷波器電路能很好的抑制50hz的工頻信號，波特圖示儀顯示陷波器中心頻率為49.77hz，并以-71.35db衰減，由此說明本次設(shè)計的濾波器為窄帶濾波器，有很高的q值，能準確的對50hz的干擾信號進行濾除。3.3模擬電感

34、所謂模擬電感器，就是將電路中每個電感用一個綜合電路來代替，這個理論使電感元件在電路中實現(xiàn)微型化、片型化和集成化。電子學(xué)的近代趨勢是減小電路的尺寸，而在集成電路中要減小電阻和電容器 的尺寸是比較簡單的，至于無源電感器，體積龐大，不利于集成。這是因為半導(dǎo)體內(nèi)得不到電磁效應(yīng)，而半導(dǎo)體又是集成電路的主要材料，因此組成鐵芯的磁物質(zhì)和組成電感繞組的導(dǎo)線必須沉積在半導(dǎo)體的表面上，這種結(jié)構(gòu)只能得到很低的電感量；再者電感器的尺寸與品質(zhì)因數(shù)也有很大的關(guān)系，尺寸越小其品質(zhì)因數(shù)也越小，因而微小的電感通常是不能應(yīng)用的?；谏鲜鲈?，為了在電路中消除電感，可以用有源器件來模擬電感。圖1為設(shè)計電路中的模擬電感電路，它是由三

35、個電阻、一個電容、一個集成運算放大器組成。圖1從圖1可以列出以下方程式rs=200,r=200k,c=1i=u因為1，故=rs（1+） =rs+ =r+r=rs,l=crrs例rs=200，rs=200k，c=1則l=200200k=40h為了讓25hz信號得到增益，所以設(shè)計雙t電路和模擬電感電路結(jié)合的方法達到目的。下圖為用ewb仿真軟件得到的幅頻特性圖為根據(jù)仿真得到的幅頻特性圖，可以清晰看到25hz的信號有個向上的增益。根據(jù)模擬電感得到的等效lc并聯(lián)諧振圖仿真得到的幅頻特性圖通過ewb仿真軟件的研究發(fā)現(xiàn)，模擬電感可以代替實際中的電感，基于模擬電感的設(shè)計電路不僅不影響設(shè)計電路的本身特性，而且具

36、有體積小、便于集成的特點。因此，他具有非常廣泛的應(yīng)用前景。 第四章lm5674.1 lm567簡介567為通用音調(diào)譯碼器，當輸入信號于通帶內(nèi)時提供飽和晶體管對地開關(guān)，電路由i與q檢波器構(gòu)成，由電壓控制振蕩器驅(qū)動振蕩器確定譯碼器中心頻率。用外接元件獨立設(shè)定中心頻率帶寬和輸出延遲。此音調(diào)解碼塊包含一個穩(wěn)定的鎖相環(huán)路和一個晶體管開關(guān)，當在此集成塊的輸入端加上所先定的音頻時，即可產(chǎn)生一個接地方波。此音頻解碼器可以解碼各種頻率的音調(diào)。例如檢測電話的按鍵音等。此音頻解碼器還可以用在bb機、頻率監(jiān)視器和控制器、精密振蕩器和遙測解碼器中。下圖為lm567的引腳圖lm567的基本工作狀況有如一個低壓電源開關(guān)，當

37、其接收到一個位于所選定的窄頻帶內(nèi)的輸入音調(diào)時，開關(guān)就接通。換句話說lm567可做精密的音調(diào)控制開關(guān)。4.2 lm567管腳功能描述、腳通常分別通過一電容器接地，形成輸出濾波網(wǎng)絡(luò)和環(huán)路單級低通濾波網(wǎng)絡(luò)。腳所接電容決定鎖相環(huán)路的捕捉帶寬：電容值越大，環(huán)路帶寬越窄。腳所接電容的容量應(yīng)至少是腳電容的2倍。腳是輸入端，要求輸入信號25mv。、腳外接的電阻和電容決定了內(nèi)部壓控振蕩器的中心頻率f2，f21/1.1rc。腳是邏輯輸出端，其內(nèi)部是一個集電極開路的三極管，允許最大灌電流為100ma。4.3 lm567電氣參數(shù) lm567的工作電壓為4.759v，工作頻率從直流到500khz，靜態(tài)工作電流約8ma。

38、4.4 lm567在帶電電纜設(shè)計當中的實際電路4.5 lm567的工作原理及波形圖用于500khz以下的選頻。適當選用r、c，確定所需的中心頻率。當輸入信號頻率等于該中心頻率時，輸出有效低電平。 25hz 20khz 25hz 40ms 第五章89c2051單片機5.1 89c2051單片機簡介89c2051是由atmel公司推出的一種小型單片機。95年出現(xiàn)在中國市場。其主要特點為采用flash存貯器技術(shù)，降低了制造成本，其軟件、硬件與mcs-51完全兼容，可以很快被中國廣大用戶接受，其程序的電可擦寫特性，使得開發(fā)與試驗比較容易。5.1.1引腳 89c2051共有20條引腳，詳見圖1.從圖中可

39、見，2051繼承了8031最重要腳：p1口共8腳，準雙向端口。p3.0p3.6共7腳，準雙向端口，并且保留了全部的p3的第二功能，如p3.0、p3.1的串行通訊功能，p3.2、p3.3的中斷輸入功能，p3.4、p3.5的定時器輸入功能。在引腳的驅(qū)動能力上面，89c2051具有很強的下拉能力，p1,p3口的下拉能力均可達到20ma.相比之下，89c51/87c51的端口下拉能力每腳最大為15ma。但是限定9腳電流之和小于71ma.這樣，引腳的平均電流只9ma。89c2051驅(qū)動能力的增強，使得它可以直接驅(qū)動led數(shù)碼管。為了增加對模擬量的輸入功能，2051在內(nèi)部構(gòu)造了一個模擬信號比較器，其輸入端

40、連到p1.0和p1.1口，比較結(jié)果存入p3.6對應(yīng)寄存器，（p3.6在2051外部無引腳），原理見圖2。對于一些不大復(fù)雜的控制電路我們就可以增加少量元件來實現(xiàn)，例如，對溫度的控制，過壓的控制等。圖3為測量示意圖。其中，r用于測量門限的調(diào)節(jié)，in端接輸入模擬信號5.1.2電源89c2051有很寬的工作電源電壓，可為2.76v,當工作在3v時，電流相當于6v工作時的1/4。89c2051工作于12hz時，動態(tài)電流為5.5ma，空閑態(tài)為1ma,掉電態(tài)僅為20na。這樣小的功耗很適合于電池供電的小型控制系統(tǒng)。 5.1.3存儲器89c2051片內(nèi)含有2k字節(jié)的flash程序存儲器，128字節(jié)的片內(nèi)ram

41、,與80c31內(nèi)部完全類似。由于2051內(nèi)部設(shè)計全靜態(tài)工作，所以允許工作的時鐘為020mhz,也就是說，允許在低速工作時，不破壞ram內(nèi)容。相比之下，一般8031對最低工作時鐘限制為3.5mhz，因為其內(nèi)部的ram是動態(tài)刷新的。89c2051不允許構(gòu)造外部總線來擴充程序/數(shù)據(jù)存儲器，所以它也不需要alepsen、rd、wr一類的引腳。5.1.4內(nèi)部i/o控制89c2051在內(nèi)部i/o控制上繼承了mcs51的特性：5路2級優(yōu)待中斷，串等口，2路定時器/計數(shù)器，內(nèi)部組成參見圖4。89c2051內(nèi)部組成圖5.1.5程序保密89c2051設(shè)計有2個程序保密位，保密位1被編程之后，程序存儲器不能再被編程

42、除非做一次擦除，保密位2被編程之后，程序不能被讀出。5.2軟硬件的開發(fā)89c2051可以采用下面2種方法開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)。（1）由于89c2051內(nèi)部程序存貯器為flash，所以修改它內(nèi)部的程序十分方便快捷，只要配備一個可以編程89c2051的編程器即可。調(diào)試人員可以采用程序編輯-編譯-固化-插到電路板中試驗這樣反復(fù)循環(huán)的方法，對于熟練的mcs-51程序員來說，這種調(diào)試方法并不十分困難。當做這種調(diào)試不能夠了解片內(nèi)ram的內(nèi)容和程序的走向等有關(guān)信息。（2）將普通8031/80c31仿真器的仿真插頭中p1.0p1.7和p3.0p3.6引出來仿真205t,這種方法可以運用單步、斷點的調(diào)試方法，但是仿真不

43、夠真實，比如，2051的內(nèi)部模擬比較器功能，p1口、p3口的增強下拉能力等等。5.3性能價格比下面就目前國內(nèi)全勝較多的兩種單片機，討論一下2051的性能價格比。5.3.1 與80c31系統(tǒng)相比較 如果需要構(gòu)成一個80c31的最小系統(tǒng)的話，除了cpu之外，至少需要一片27c64,而系統(tǒng)的有效引腳和89c2051基本相同。從元器件的成本，電路板的面積和加密性來看，使用89c2051都是合算的。5.3.2 與pic單片機比較目前，國內(nèi)小型的單片機全勝較多的有pic系列，89c2051與pic相對應(yīng)芯片比較有如下特點：89c2051的價格高于pic的otp型號，但大大低于pic的eprom型，89c2

44、051片內(nèi)不含watch dog，這是89c2051的不足之處，中斷系統(tǒng)堆棧結(jié)構(gòu)、串等通訊筆定時器系統(tǒng)都大大強于pic系統(tǒng)。由于pic芯片中無標準串等口，所以在單片機的聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用上面，pic不太適合。與pic相比2051更適合于較復(fù)雜的應(yīng)用場合，適合一些軟件需要多次修改的應(yīng)用。5.4應(yīng)用及特點就目前中國市場的情況來看，89c2051有很大的市場。其原因有下列4點：(1)2051采用的是mcs51的核心，十分容易為廣大用戶所接受；(2)2051內(nèi)部基本保持了80c31的硬件i/o功能；(3)2051的flash存貯器技術(shù)，可重復(fù)擦/寫1000次以上，容易解悶調(diào)試手段；(4)更適合小批量系統(tǒng)的應(yīng)用，

45、容易實現(xiàn)軟件的升級。89c2051適合于家用電器控制，分布式測控網(wǎng)絡(luò)，i/o量不足不是很大的應(yīng)用系統(tǒng)。5.5單片機在設(shè)計電路中的作用經(jīng)鎖相環(huán)lm567對高頻信號解碼出的同步信號，再由單片機處理后產(chǎn)生同步檢波用的同步方波。lm567對高頻信號解碼出的同步信號波形圖為由單片機處理后產(chǎn)生同步方波的波形圖第六章cd4053b6.1 cd4053b概況cd4053b是三二選一模擬開關(guān)，相當于三組單刀雙擲開關(guān)。三個數(shù)字控制輸入a、b、c和lnh輸入，具有低導(dǎo)通阻抗和低的截止漏電流。幅值為4.5v-20v的數(shù)字信號（如果vdd-vss=3v，vdd-vee高達13v是可控制的，為了上vdd-vee13v的差異，vdd-vss至少要4.5v）例如，vdd=4.5v，vss=0v，vee=-13.5v，模擬信號由-13.5v到4.5v可由輸入為0-5v的數(shù)字信號控制。這些復(fù)用器電路在所有vdd-vss和vdd-vee的供應(yīng)電壓范圍內(nèi)有極低的靜態(tài)功耗