一种简易锁相放大器设计
摘要：锁相放大器是一种能从大量的噪声背景中提取微弱信号的仪器，是一种全新 的适用于科研、教育及工业控制的精密仪器，可广泛应用于物理，化学，生物等 多方面领域，但通常锁相放大器的操作比较复杂，从而使其应用受到了限制。基 于此，本文设计了一种自动扫频DDS的锁相放大器。该设计以单片机和CPLD 为参考信号产生的核心，信号输入级则是通过模拟电路搭接而成，能够对掩埋在 噪声的微弱信号放大，具有很高的信噪比，信号输出级由模数转换器实时检测。 利用4*4键盘和液晶作为人机交互界面，用单片机ATmega128构成系统的控制 模块，利用复杂可编程逻辑器件EPM570基于DDS技术产生调制信号所用的载 波信号和相敏检波所用的参考信号。单片机控制模块用C语言编程，DDS模块 用VHDL语言实现。整个系统结构紧凑、体积小，人机界面友好。
关键词：锁相；放大；单片机；DDS； CPLD/FPGA；调制/解调；微弱信号检测
A simple lock in amplifier design
Abstract:Lock-in amplifier is an apparatus, which can extract weak signal from the background of a lot of noise, is a new application in scientific research, education and industrial control of precision instruments, can be widely used in physics, chemistry, biology and other fields. However, the operation of lock-in amplifier is usually more complicated, making the application has been limited. Based on this, this paper designed an automatic swept lock-in amplifier. The design consider single-chip microcomputer and CPLD as the generated core of a reference signal; the signal input stage is formed through the overlap of analog circuits can amplify the weak signal buried in the noise, with a high signal to noise ratio; signal output level can be real-timely detected by DAC. 4*4 keyboard and liquid crystal module are used as a human-computer interaction interface, with single-chip system ATmega128 constitute control module, CPLD EPM 570 is acted as the signal generated module of the carrier signal used in phase-sensitive detector and the reference signal based on DDS technology. Single-chip control module uses C language programming, while DDS module uses VHDL language. The whole system has compact, small size, friendly man-machine interface.
Keywords: Phase-locked; enlarge; single-chip microcomputer; modulation/demodulation; DDS; CPLD / FPGA; weak signal detection
目 录
第一章绪论……………………………………………………………………… 4
1.1历史发展……………………………………………………………………… 4
1.2选题依据……………………………………………………………………… 4
1.3 本文主要工作……………………………………………………………………6
第二章 锁相放大器的原理………………………………………………………… 7
第三章 总体方案设计……………………………………………………………… 9
3.1 总体方案概述………………………………………………………………… 9
3.1.1 参考信号的设计………………………………………………………… 10
3.1.2 信号发生部分的设计…………………………………………………… 10
3.1.3 信号处理部分的设计…………………………………………………… 10
3.2 EPM570芯片介绍…………………………………………………………… 11
3.3 ATmega128 芯片简介…………………………………………………………12
第四章 硬件的设计…………………………………………………………………15
4.1 键盘与液晶显示设计………………………………………………………… 16
4.2 信号发生部分的设计…………………………………………………………17
4.2.1 CPLD 模块………………………………………………………………… 18
4.2.2 D/A转换模块……………………………………………………………… 19
4.2.3 滤波电路………………………………………………………………… 19
4.3 信号处理部分的设计………………………………………………………… 21
4.3.1调制器 ………………………………………………………………… 21
4.3.2 放大器 ………………………………………………………………… 22
4.3.3 相敏检波器………………………………………………………………… 23
4.3.4 低通滤波器………………………………………………………………… 24
第五章 软件的设计………………………………………………………………… 24
第六章 系统调试………………………………………………………………… 26
6.1 参考信号的调试………………………………………………………………26
6.2 信号发生部分的调试…………………………………………………………26
6.3 信号处理部分的调试…………………………………………………………27
6.4 整个系统的联调………………………………………………………………27
第七章 附录……………………………………………………………………… 29
第八章 总结……………………………………………………………………… 30
致谢……………………………………………………………………………… 30
参考文献 ………………………………………………………………………… 31
参考文献
【1】曾庆勇．微弱信号检测．浙江大学出版社，2003．
【2】戴逸松．微弱信号检测方法及仪器，北京国防工业出版社，1994．
【3】高晋占．微弱信号检测．清华大学出版社．2004．
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http://www.bysj360.com/ http://www.bysj360.com/html/3068.html
http://www.bysj360.com/html/4268.html
