2012年TI杯省赛微弱信号检测装置设计报告

本设计是在强噪声背景下已知频率的微弱正弦波信号的幅度值，采用TI公司提供的LaunchPad MSP430G2553作为系统的数据采集芯片，实现微弱信号的检测并显示正弦信号的幅度值的功能。当所要检测到的微弱信号在强噪音环境下，系统同时接收到函数信号发生器产生的正弦信号模拟微弱信号和PC机音频播放器模拟的强噪声，送到音频放大器OPA2227，让两个信号相加。再通过由电位器与固定电阻构成的纯电阻分压网络使其衰减系数可调（100倍以上），将衰减后的微弱信号通过微弱信号检测电路，检测电路能实现高输入阻抗、放大、双T带通滤波、锁相放大、相关器检测，检测到的电压峰值模拟信号送到MSP430G2553外接16位AD转换处理后在液晶上显示出来。本设计的优点在于超低功耗,幅值检测准确度较高，有很好的运用前景。 本文是关于2012年TI杯四川省大学生电子设计大赛微弱信号检测装置的设计报告，主要探讨了在强噪声环境中检测已知频率微弱正弦波信号幅度的技术。设计采用了TI公司的MSP430G2553 LaunchPad作为核心数据采集芯片，通过一系列电路模块实现了信号检测和幅度值显示。 设计中引入了函数信号发生器来模拟微弱信号，并通过PC机音频播放器模拟强噪声环境。这些信号经音频放大器OPA2227处理后，通过电位器与固定电阻构成的分压网络进行衰减，确保衰减系数超过100倍，以适应微弱信号的检测需求。 接下来，微弱信号经过微弱信号检测电路。这个电路包括高输入阻抗放大、双T带通滤波、锁相放大和相关器检测等关键环节。高输入阻抗确保信号在传输过程中的失真最小；双T带通滤波器则用于选择性地允许特定频率范围内的信号通过，减少噪声干扰；锁相放大技术利用相位同步来提升信号的信噪比；而相关器检测则能进一步提高信号检测的精度。 之后，检测到的电压峰值模拟信号被送入MSP430G2553的16位AD转换器，将模拟信号转化为数字信号，以便微控制器处理。通过液晶显示器将正弦信号的幅度值呈现出来。整个设计的特点是超低功耗和高幅度检测精度，具有良好的应用前景。 在硬件系统的设计过程中，各模块的论证与选择是关键。加法器模块负责合并微弱信号与噪声；小信号放大模块用于提升信号强度；带通滤波模块选择合适的带宽以滤除噪声；移相电路模块调整信号相位，以配合锁相环工作；锁相环模块用于同步信号和参考信号，提高检测精度；乘法器模块在锁相环中实现相位差到频率差的转换；积分器模块则对信号进行积分处理，对锁相环的输出进行平滑。 系统理论分析计算与电路设计部分深入探讨了各个模块的电路结构、参数选择和性能评估。例如，加法、射随、纯电阻分压电路的分析涉及到信号的组合与衰减；带通滤波模块的选型和仿真则保证了信号滤波的有效性。 该设计展示了在复杂环境中微弱信号检测的完整流程，涵盖了信号的产生、处理、放大、滤波、检测和显示等多个环节。通过精心设计的电路和利用高效的微控制器，成功实现了高精度的微弱信号检测，为类似应用提供了有益的参考。