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硬件调试电路要点.doc

1、1.1 硬件电路调试1.1.1 调试要点在印制板元器件的焊接过程中,对于精密器件 OPA129 的焊接要特别注意,需要一定的技巧。在焊接时,用棉花蘸酒精,通过镊子环绕紧贴在 OPA129 管脚上,使用恒温烙铁,并且调节降低电烙铁的温度,这样可以降低器件的焊接温度,避免因温度过高而损坏芯片。电路板焊接完毕,接下来就对电路进行调试。调试过程主要步骤如下:首先,在装上芯片之前,先用万用表测试各个芯片供电以及接地引脚的电压是否正常。当全部正常时,才能装上芯片。对于单片机板上带有 DC-DC 电压转换电路,应先检查电压转换输出是否正常。其次,调节各个运算放大器的失调电压,以减小系统的误差。调节失调电压的

2、具体方法是:使输入信号为零,调节调零电位计的电阻,尽可能使芯片的输出为零。当调节到各个芯片的输出为零时,也就达到了调节失调电压的目的。再次,调试电路各级电路工作是否正常,是否达到预计要求的波形。在调试前级电路时,后级电路的芯片暂时不安上,防止由于前级电路工作不正常,导致后级电路芯片的损坏。最后,整个电路工作,直接通过示波器观察输出信号波形,长时间运行,以检验系统的稳定性。50Hz 的陷波器应设计成 Q 值可调的,便于调试。电路通过调节 POT01 电位计来调节陷波器的 Q 值,使陷波器对 50Hz 工频干扰的衰减达到最好的效果,即尽可能使 50Hz 的峰峰值趋向于零。在试验中可以发现当 POT

3、01 的上下两端电阻(见图 3.14)RARB23.2K1.8K 时,陷波器的陷波效果是最好的。然后调试低通、高通滤波、PGA 的放大电路以及 OP07 射级输出,不断调节 PGA 放大电路的增益倍数,然后用示波器观察 OP07 射级输出,看是否符合设计要求。电路连接完毕之后,观察输入级没有信号输入(即空管)时 OP07 的输出情况,结果如图 5.9 所示。当有信号输入时,波形开始围绕着零点上下波动,与零输入信号时相比较,50Hz 的工频干扰信号的峰峰值没有发生什么变化,即使长时间工作或者输入信号强的时候,都不会发生阻塞现象,这说明输入级的抗阻塞电路是很有效的。由调试出来的波形可以看出,电路工

4、作正常,但是当增益调到 8000 倍时,在粉尘流速较大或通过粉尘浓度较大时就容易出现饱和现象。另一方面,50Hz工频干扰及其奇次谐波(主要为 150Hz)的干扰能够串入系统,由于 PGA 的放大电路的增益较大,使这些干扰的峰峰值在电路的输出端过大而出现饱和。这种情况应该从根本上解决,加强屏蔽措施,设计好滤波电路。否则 PGA 放大倍数不可过大(50Hz 干扰易出现饱和) ,对微弱的有效信号测量将无能为力,也就是降低测量系统的灵敏度。图 5.9 无输入信号时的输出波形Fig.5.9 Empty-duct output1.1.2 出现问题及解决方法1.1.2.1 工频干扰在调试中出现 50Hz 及

5、其谐波 150Hz 的工频干扰信号。断开后级电路,观察本级电路的输入和输出信号,整个电路检查下来往往每级电路输出都有 50Hz的干扰信号。分析干扰进入的途径,最后得出结论是由于系统没有接大地,或者接上了但是接触不好。因此保证系统接上大地是整个系统正常工作,不出现50Hz 的工频干扰的关键。通过检查各级电路,没有发现 150Hz 干扰信号的起始路径。最后把电路与电源断开,单独检查电源的输出,发现电源有 150Hz 的信号输出。由于 150Hz 的干扰信号在有效信号的频带之内,而且其产生的只和电源有关系而和电路没有关系,因此需要把电源的输出含有的 150Hz 消除。先考虑在电源给电路供电的前,加一

6、个滤波电路,滤除 150Hz 的干扰信号,但是这个陷波电路不好调试而且设计比较复杂。因此考虑换电源,把电源换成其输出没有150Hz 的干扰信号。1.1.2.2 阻塞问题在整个调试过程中,PGA 电路和前置输入级(OPA129)这两级经常出现饱和阻塞现象。通过实验分析其原因有:(1)在粉尘流速过大、通过管道的粉尘浓度过大、有较大的直流信号、较大干扰串入系统,而 PGA 的放大电路的增益比较大,能达到 8000 倍,故很容易出现饱和现象。(2)前级 OPA129 为同相电压跟随方式,当输入过大时,极易产生阻塞现象,因此也就造成了后级电路的饱和,无法正常工作。针对第一条原因,加强系统的屏蔽接地措施,

7、通过单片机自动调整 PGA 的增益就基本可以解决。对于信号中的直流分量,需要使用高通滤波器如图 5.10所示。图 5.10 高通滤波电路Fig.5.10 Circuit diagram of high-pass filter对于第二条原因,则通过限制 OPA129 的输入就可以达到消除阻塞想象如图 3.9 所示,在 OPA129 的输入端引入限幅保护电路。1.1.2.3 单片机 A/D 输入保护由 LPC2214 的参数指标可知:A/D 转换的电压范围为 03.3V,A/D 输入端口所能承受的最大电压为 5V,因此为了单片机能够测量模拟板输出电压,需要先将 的电压信号转换为 03.3V 的范围内,为此作者设计了一个量程转换10V电路,为了防止由于外界干扰产生的高压损坏单片机,这里也引入了保护电路如图 5.11 所示。图 5.11 A/D 输入保护电路Fig.5.11 Guard circuit of A/D input其中 R13 为限流电阻为二极管 D11 提供偏置电流, C12 为滤波电容可以滤除电压信号中的高频干扰,此电路可以将电压限制于 0AVDD 范围内,与单片机的 A/D 端口输入电压范围相匹配,从而保护单片机的 A/D 输入端口。

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