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　　作品简介

　　该作品名称叫做模拟前端调理系统，如右图所示。在传统的电子系统中，信号调理模块的电压放大倍数及滤波截止频率都相对固定，一旦确定后便难以调节，适应性较差，为了改善这一缺点，我们设计了此系统。该系统可通过键盘选择滤波器类型、输入放大倍数和滤波截止频率，操作方便，界面友好，误差较小。
　　整个系统可分为4个模块：电源模块、放大模块、滤波模块及单片机最小系统。电源模块产生±5V和±9V的直流电压为后续电路供电;放大模块采用程控放大器VCA810实现放大倍数可调;滤波模块采用开关电容滤波器LMF100，通过调节其输入时钟信号的频率以改变其滤波截止频率;单片机最小系统采用宏晶公司15系列单片机，主要用来控制DA、DDS及实现一些算法。　　

 　　该系统放大倍数可通过键盘输入或手动调节，通过一个开关来完成切换;滤波器类型包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器，截止频率可通过键盘输入。此外，利用LCD屏实时显示各项参数，界面简单友好。

　　平台选型说明

　　采用组委会指定的单片机开发板，以STC15F2K61S2芯片为控制核心。

　　设计说明

　　整个系统由4个模块组成：电源模块、放大模块、滤波模块及单片机最小系统。系统结构框图如图1所示。　　

 　　电源模块是220V的交流电经过整流滤波之后，利用三端稳压器7805、7905、7809、7909生成±5V和±9V的直流电压为后续电路供电。

　　放大模块采用三级放大。第1级和第3级采用精密宽带运放OPA2227构成同相比例放大电路，放大倍数均为10倍。第2级采用程控放大器VCA810，通过改变该芯片VC引脚上的电压值可实现增益可调，增益调节公式为：G_(dB)=-40×(Vc+1)dB，增益调节范围为-40dB～40dB。由于该芯片增益超过20 dB时易产生波形失真，故我们采用的增益调节范围控制在-40dB～20dB，加上第1级和第3级，整个系统的增益范围为：0～60dB(1～1000倍)。VC引脚上电压的改变可通过单片机控制DA来完成。此外，我们还添加了一路手动调节(通过精密电位器调VC引脚电压)。手动调节与DA控制通过一个开关切换。放大模块的电路原理图如图2所示。

 　　滤波模块采用开关电容滤波器LMF100，通过设置，该芯片可搭建成4阶低通滤波器和4阶高通滤波器。该滤波器的截止频率与输入时钟信号CLK的频率具有一定的比例关系(本系统是1：100)，通过改变输入时钟信号CLK的频率便可实现截止频率的调节。时钟输入信号CLK由DDS(AD9850)产生。利用单片机给DDS输入不同的频率控制字可改变DDS输出方波信号的频率，进而改变滤波器的截止频率。本系统低通、高通各为一路，采用两片LMF100和两个DDS模块，带通滤波是通过将高通和低通级联而成。滤波模块电路原理图如图3所示。　　

　　单片机最小系统采用宏晶公司的STC15系列单片机。该单片机主要用来控制DA和DDS。在算法方面，系统根据用户输入的放大倍数值，根据公式 将其转变成分贝值，再由增益公式G_(dB)=-40×(Vc+1)dB计算出Vc值，然后再控制DA输出。此外，系统根据用户输入的截止频率值，根据比例关系(时钟信号频率/截止频率=100：1)计算出时钟信号的频率，然后根据此频率得到DDS的频率控制字，进而控制DDS输出频率精准的时钟信号。为了实现人机交互，本系统配有矩阵键盘以实现放大倍数和截止频率的输入，利用LCD(12864)制作界面，实时显示各项参数值。

　　作品特色

　　创新性：在传统的电子系统中，信号调理模块的放大倍数及滤波截止频率都相对固定，一旦确定便难以调节，适应性较差。本作品电压放大倍数可通过键盘和手动两种方式调节，滤波截止频率也可通过键盘设置，操作灵活，功能强大。

　　先进性： 
        1、放大倍数可通过键盘输入(或手动调节)，增益范围：1～1000倍，误差小于10%;
　　2、截止频率可通过键盘输入，截止频率范围：1KHz～20KHz，误差小于10%;
　　3、滤波类型有3种：低通、高通、带通，可通过键盘选择;
　　4、LCD界面显示，界面简单友好。
　　实用性：
        本作品可用于科研前期，适用于大多数信号调理模块。利用本作品，对于小信号的处理，可以快速找到合适的放大倍数和滤波截止频率，为调理电路的设计提供便利。

系统演示视频：http://v.eepw.com.cn/video/play/id/2287