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  • 基于STM32F1的信号发生器+示波器 使用ADDA串口通信按键切换,可产生正弦波矩形波三角波,支持调节占空比...
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    2019-09-08 09:55:28

    基于STM32F1的DDS信号发生器+ADDA示波器

    刚接触STM32,完成的课程设计,把代码分享给大家,代码比较简单,适合新手。

    使用DDS的方法,把正弦波、三角波、矩形波的数值存在对应的数组中,不断调用数组输出,产生波形。使用DAC将输出的数字量转化为模拟量,在管脚输出0-3.3V模拟电压。再使用ADC将输出 的模拟量采样后,显示在下半屏幕上。同时增加串口通信功能,可以修改方波占空比和输出波形频率。

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    PCM系统中数字相敏检波器的设计与仿真

    刘美红;张述杰;王荣

    【期刊名称】《沈阳航空航天大学学报》

    【年(卷),期】2012(029)003

    【摘要】在PCM(埋地管道电流测绘)系统中,实际的信号采集需要解决在非常恶劣的环境中对ELF(甚低频)信号的精确测量的问题.传统的方法一般都采用APSD(模拟相敏检波器)来实现,然而在实际的电路中用模拟相敏检波器效果并不是很理想,结果存在严重的误差.针对目前模拟相敏检波器存在的问题,设计一种DPSD(数字相敏检波器)实现消除PCM系统中ELF信号中工频干扰的目的.该检波器能有效的克服模拟相敏检波器的缺点,更精确的进行微弱信号的检测,最后使用MATLAB仿真软件对模拟和数字相敏检波器进行了仿真比较.

    【总页数】4页(76-79)

    【关键词】数字相敏检波器;ELF信号;MATLAB;仿真

    【作者】刘美红;张述杰;王荣

    【作者单位】沈阳航空航天大学电子信息工程学院,沈阳110136;沈阳航空航天大学电子信息工程学院,沈阳110136;沈阳航空航天大学电子信息工程学院,沈阳110136

    【正文语种】中文

    【中图分类】TM930.9

    【相关文献】

    1.PCM系统中数字相敏检波器的设计与仿真 [J], 刘美红; 张述杰; 王荣

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    AD630锁相放大器 相敏检波器 微弱信号提取 原理图和PCB

    基本原理

    锁相放大器是一种用于测量动态信号的电子仪器。它的主要组成部分前置放大器、相敏检波器、移相器和低通滤波器组成。系统最常用的功能是从被噪声淹没的信号中测出某一频率的信号的相位和幅值。将非选定频率的信号(即噪声)去除而选定频率的信息得以保留。因为具有很强的抗噪声能力,锁相放大器被广泛应用于各种高精测量系统中。
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    芯片选型

    AD630用作采用锁定放大器配置的同步解调器时,可从100 dB干扰噪声中恢复小信号(参见锁定放大器应用部分)。芯片频道带宽:2 MHz,实际使用是时可用在100K以内的锁相放大。AD630可被视作集成两个独立差分输入级的精密运算放大器以及可用于选择活动前端的精密比较器。该比较器的快速响应时间以及线性放大器的高压摆率和快速建立时间可最大限度地降低开关失真。了解了锁相原理后,在精度不高的情况也可以用CD4052这样的模拟开关替代。

    原理图&3D-PCB

    在当前设计下保留了芯片的平衡调制功能,这里主要介绍锁相放大系统,平衡调制功能不做详解。
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    具体讲解

    1、前置放大器我们选用低失调、低偏置、精密运算放大器OPA627,为了方便测试,只将OPA627的放大倍率设置为11倍(同相比例放大)。在实际运用中可以根据需要检测的信号幅度调节电阻达到较大的放大倍率,G=1+R2/R1。
    在这里插入图片描述
    2、P6为同步信号输入口,要求同步信号为带检测信号的同频率同相位的信号。由于模块是正负供电,所以这里输入的信号也要是正负的,这里可以输入正弦波三角波或者方波,由于内部有比较器最终都会转换为方波。但是要求输入的幅度需要达到200mvpp以上。
    3、D1是同步信号指示灯,在同步信号输入时会亮起,同步信号频率低的时候可以看到LED会随着同步信号频率频闪。
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    4、P2是平衡调制的信号输入口,这里我们不做介绍。P3是锁相放大和平衡调制的功能选择端,连接1、3为锁相放大模式。连接2、3为平衡调制功能。
    在这里插入图片描述
    5、选择焊接R9,不焊R99则为不使用板载滤波器直接输出。焊接R99,不焊R9则使用板载滤波器输出,用户可根据自己的需配置滤波器参数,板载上默认的是电阻是10K电容是1uF,低通截止频率大概是30Hz左右。
    在这里插入图片描述

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    仅供参考:AD630资料

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    原标题:侧向仪器中数字相敏检波算法的改进与实现

    作者简介,张森峰(1980-),男,山西,硕士,中国石油测井技术研究院,工程师,从事测井仪器研发工作。

    本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/202011/420414.htm

    0  引言

    在侧向测井中,侧向仪器通过发射电极向地层发射不同频率的正弦信号,通过其变化情况来反映地层电阻率。但是接收到的信号是多种频率的混合信号,而且还会夹杂着各种噪声。因此,如何精准地从其中提取出某一特定频率的正弦信号,进而计算它的幅值与相位变化,就成为了真实客观地反映地层电阻率情况的决定性因素。

    相敏检波技术被用来解决上述问题,但是不同的实现方案使得最终的实际效果与精度亦有不同。早期采用模拟电路来实现相敏检波,但因为三极管的压降导致精度不高[1]。随着数字信号处理理论与技术的发展,基于DSP的数字相敏检波得到了广泛应用,使精度得到了极大的提升。这里对当前数字相敏检波进行改进,以得到更高的精度。

    9314cb3befed5eedd0dda2765b3eda5f.png图1 数字相敏检波的功能示意图

    1  数字相敏检波原理

    数字相敏检波的功能示意如图1。

    假设测量信号d(t)为

    3ffe301f85f5622059269f1c6ce49136.png

    此式中,D为被测信号幅度;ω为被测信号和参考信号的频率;φ为被测信号与参考信号之间的相位差。

    我们将Dcosφ记为DR,Dsinφ记为DX。它们分别为被测信号幅值的实部与虚部。

    再设

    3f1310e4f776093732e0abab2c5594ae.png

    所以有

    1c900ec3443edc836697ec4a5793db2d.png

    同理

    29bd3962296eb354ce65c072ec3ae1f6.png被测信号幅值与相位为

    [3]

    3d4427b950db6c30321bf512b2aea42a.png这些数学的推导为我们揭示了实现数字相敏算法的具体计算方法[2],如图2。

    f919aed14bbe64de290a02caa65299f1.png图2 数字相敏检波算法的实现过程

    2  数字相敏检波改进

    上述实现方法,其实质是积分后再取平均,可以认为是一个均值滤波的过程。既然如此,我们可以向其中引入更有效的滤波算法,以使最终的计算结果精度更高。通过对上面的数学推倒进行改进,可以得到。

    0920c46fab9b50844f6389ae2011d3ab.png

    同理

    f31c1e3be7e7064cd869b55a68c4f820.png

    上式中,通过推导分离出直流与交流两个部分,可以使用低通滤波将其交流部分去掉,最终可得到直流部分,即被测信号幅值的实部与虚部。

    具体实现过程如图3。

    d13dff78b2325229b96c1746938c7f4b.png图3 使用低通滤波对数字相敏检波的改进

    3  数字相敏检波的MATLAB仿真与对比

    使用MATLAB软件对数字相敏检波算法改进前后进行仿真与对比,进而对其具体表现进行评价。

    MATLAB仿真如图4所示。

    图4 使用MATLAB对改进前后数字相敏检波进行仿真与对比

    图4中的低通滤波器由MATLAB的滤波器设计工具FDATool生成[4]。采用四阶巴特沃兹低通滤波器,截止频率为5Hz。

    对它们计算精度的对比如表1。

    表1 改进前后数字相敏检波计算结果对比表

    参考信号频率

    (Hz)

    相位差

    (设置值)

    相位差计算值

    (改进前)

    相位差计算值

    (改进后)

    幅值

    (改进前)

    幅值

    (改进后)

    35

    0.1000

    0.1007

    0.1001

    1.2510

    1.2500

    35

    0.2300

    0.2306

    0.2301

    1.2510

    1.2500

    35

    0.3500

    0.3504

    0.3501

    1.2510

    1.2500

    35

    0.6700

    0.6701

    0.6700

    1.2510

    1.2500

    35

    1.2300

    1.2300

    1.2300

    1.2500

    1.2500

    35

    2.8900

    2.8900

    2.8900

    1.2510

    1.2500

    162

    0.1000

    0.1007

    0.1000

    0.7504

    0.7500

    162

    0.2300

    0.2307

    0.2300

    0.7506

    0.7500

    162

    0.3500

    0.3506

    0.3500

    0.7507

    0.7500

    162

    0.6700

    0.6701

    0.6700

    0.7509

    0.7500

    162

    1.2300

    1.2290

    1.2300

    0.7508

    0.7501

    162

    2.8900

    2.8900

    2.8900

    0.7489

    0.7501

    288

    0.1000

    0.09827

    0.1001

    0.5000

    0.5001

    288

    0.2300

    0.2289

    0.2300

    0.4998

    0.5001

    288

    0.3500

    0.3495

    0.3500

    0.4998

    0.5001

    288

    0.6700

    0.6711

    0.6698

    0.5001

    0.5001

    288

    1.2300

    1.231

    1.230

    0.5017

    0.5000

    288

    2.8900

    2.884

    2.890

    0.4970

    0.5001

    注:35Hz、162Hz与288Hz为三路正弦信号,其幅值分别为2.5V、1.5V与1.0V。

    表1很明显地体现了加入低通滤波之后的数字相敏检波在计算精度上普遍高于改进前。这表明了它具有显著的精度优势与实用价值。

    fbdb125632f25eb4e0da4abb1605df07.png

    图5 改进后数字相敏检波的实现过程

    4  改进后数字相敏检波的实现

    改进后的数字相敏检波加入了数字低通滤波器。为了便于此算法在实际侧向仪器中得以应用,需要使用C语言来对其进行实现。因为C语言本身较好的可移植性,故此选取VC++6.0作为开发工具。数字低通滤波器的代码实现得益于MATLAB的FDATool所生成的参数。最终整体实现过程如下。

    上图中2阶巴特沃兹滤波根据Direct Form I型 IIR滤波差分方程[5]进行实现。

    a0*y[n]=b0*x[n]+b1*x[n-1]+b2*x[n-2]-a1*y[n-1]-a2*y[n-2]

    经过5次迭代实现四阶低通滤波。

    在VC++6.0中的运行效果如图6所示。

    c791155caa3f08d81c9dfa07c0243b6a.png图6 数字相敏检波在VC++6.0上的测试结果

    5  结论

    本文所提出的基于低通滤波的数字相敏检波算法达到了更好的检波效果。通过理论分析与试验结果表明,改进后的算法在不同频率、相位、幅值等条件下,精度均比改进前有明显提高。

    加入低通滤波后,会增加计算量。但是现在DSP处理器的计算能力已经比较强,加之ADC芯片信号采集速度也已经很快,因此改进后的算法在实际实现上将不是问题。这里所提出的算法将使得侧向仪器能够更加准确地获取数据,更加客观地反映地层电阻率情况。

    参考文献:

    [1]   张家田,梁亚萍,严正国. 基于数字相敏检波的三维感应测井信号处理方法研究[J]. 石油仪器,2009,23(6):1.

    [2]   黄家亮. 基于DSP的数字相敏检波器的实现[J]. 石油仪器,2009,12:2.

    [3]   徐方友,肖宏,曹启刚,马雪青. 微电成像测井仪中数字相敏检波开方算法的改进及  DSP实现[J],2011,4:2.

    [4]   查普曼(Stephen J.Chapman). MATLAB编程[M]. 北京:科学出版社,2007:112-120.

    [5]   余志强,刘建华,何朝峰,刘宁宁. 巴特沃兹数字滤波及其在智能测控系统中的应[J],

    2007,5:3.

    [6]   杨汉生,李明,杨成梧. 设计数字式巴特沃兹滤波器的新方法[J],2006,4:2.

    [7]   黄家亮. 基于DSP的数字相敏检波器的实现[J],2009,12:6.

    [8]   洪小丽,黄登红. 精密电感测微仪中的数字相敏检波技术研究[J],2007,5:4.

    [9]   刘升虎,邢亚敏. 精密电感测微仪中的数字相敏检波技术研究[J],2008:5.

    [10]  张家田,梁亚萍,严正国. 基于数字相敏检波的三维感应测井信号处理方法研究[J],2009,6:3.

    (注:本文来自于《电子产品世界》2020年11月刊)

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