经典案例分享：弱信号的测试

　   本次设计硬件部分主要由信号放大、交直流转换、AD转换、量程转换、用于数据采集和数据传输的单片机、接口芯片、串口以及PC机等部分构成。首先，在PC机生成一个用于控制量程转换和数据显示的窗口；先根据输入的周期性交流信号电压幅度的大致范围选定量程，根据所选择的量程发送信息到单片机，然后通过单片机选通主要由CD4051所组成的量程调节部分中三个档位中的一个（CD4051其实是一个8通道模拟开关，这次设计实际上只用到了其中3个通道，依据每个通道所连接的电阻大小而构成了3个测量档位），被选通的档位所连接的不同大小的反馈电阻与运放OP07构成了一个正向负反馈放大电路，从而使得放大电路对输入信号进行不同倍数的放大；被放大的信号经过交直流转换电路，交流信号转换成直流信号，其电压等于交流信号的有效值，直流信号再通过AD芯片转换成数字信号，单片机读AD芯片进行数据采集然后通过串口传送到PC机进行显示。

　　硬件设计框图：

　　

　　由示意图可以看出，被测量的周期性交流信号首先经过运放OP07进行放大，被放大的信号经过交直流转换器AD637转换为直流信号，然后由ADC0831进行AD转换，单片机对转换后的数字信号进行采集，最后被采样的数据通过串口输出到PC机上进行显示。其中根据输入信号的电压范围需分别进行放大，该部分主要依靠对单片机编程控制多路开关CD4051来实现。

　　各主要电路部分说明

　　信号放大部分：（信号放大部分由运放OP07和多路模拟开关CD4051组成）

　　

　　

 

　　调试结果以及误差分析

　　根据上述方案对检测电路进行调试，要求输入微弱信号可以是正弦波、三角波或方波，其电压范围为10μV～5V，频率范围为10Hz～1MHz，调试数据见下表5.1：

　　

　　调试结果分析：首先，造成误差的主要原因是输入信号源会产生少量的纹波，运放OP07本身的精度也会对测试结果产生影响；其次，输入信号的电压范围不能超过4.16V，这是由所选用的AD转换芯片本身决定的。