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。
