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1、手持式分贝仪的设计与总结报告摘要：本装置的设计方案是基于TI 公司的更低功耗的launchpad单片机的，该系统 主要由拾音，信号调理电路，对数运算电路，差动放大电路，放大电路和显示电 路六部分组成，其中拾音部分由驻极体话筒实现，然后通过前级放大增益100 倍，然后通过带通滤波滤除通带外噪声，输入与基准电压分别转换成电流后输入 对数运算放大器， 然后将输出接入到差动放大电路，最后通过放大电路将输出信 号放大，通过 A/D 转换后单片机控制液晶显示。 本次使用的芯片主要有： OPA335 ， launchpad单片机，LOG112， INA133 方案比较与论证：1 拾音： 使用驻极体话筒收集语
2、音信息，收集到的语音信号为几十几百 mV，频率 为 20Hz20KHz。在驻极体话筒能收集到的语音信号的范围内，且驻极体传感器 较为便宜，电路简单。所以选用驻极体话筒制作语音采集模块。2 信号调理电路：2.1前级放大部分方案一： 采用 TI 公司提供的 OPA820ID 芯片，采用反相输入比例运算 放大电路，设计简单，但容易产生自激震荡，电路稳定性差，不选用此方 案。 方案二 ：采用多级放大器级联实现增益放大，通过模拟开关选择信号的 级联放大，每一级实现不同的增益放大，最终实现的增益等于各级增益之 和，此方案原理简单，但需较多的模拟开关和较多的运放级联，增加了系 统的成本和不稳定性，而且调试难
3、度大，增加了本身的不稳定性，故放弃 此方案。 方案三：采用 TI 公司提供的 OPA335AID 芯片，采用同相输入比例运算 放大电路，设计简单，且能有效避免自激，稳定性好，采取此方案。2.2带通滤波部分带通滤波器的设计由两级滤波电路组成，鉴于巴特沃斯有源滤波电路 的幅频响应在带通中具有最平幅度特性的特点，第一级选用巴特沃斯低通 电路，第二级选用巴特沃斯高通电路， 常用的电路有 VCVS 和 MFB 电路。 方案一 ：选择无限增益多路反馈电路（MFB） ，其中运放为反相输入， 输出端通过电容电阻形成两条反馈支路，优点是电路有倒相作用，使用 元器件较少，但增益调节对其性能参数会有影响，应用范围也
4、较小，故不 选择此方案。 方案二 ：选择电压控制电压源电路（VCVS） ，其中运放为同相输入， 输入阻抗很高，输出阻抗很低， 滤波器相当于一个电压源， 优点是电路性能稳定，增益容易调节，电路设计选择这种方案。3 对数运算电路方案一：采用基本对数电路， 用二极管和电阻组成反相电路，电路结构简 单，所需元器件较少，运算精度受温度影响大；小信号时exp(VD/VT) 与 1 差不多大，所以误差很大；二极管在电流较大时伏安特性与PN 结伏安特性差别较大，所以运算只在较小的电流范围内误差较小。故不采用此方案。 方案二：采用改进对数电路，用三极管代替二极管，采用参数相同的对管，抵消温度对其的影响，但工作电
5、流较小，所以必须对失调电压和输入偏置电流等引入误差电流，进行仔细的补偿，否则工作范围大大减小，故也不采用此方案。 方案三：采用 TI 公司提供的LOG112芯片，高性能，低功耗，外围电路简单，精 度也很高，故采用此方案。4 差动放大电路方案一：直接耦合放大电路， 要求电路两边的元器件完全对称，即两管型 号相同，特性相同，各对应电阻值相等，这在实际中是很难实现的，故不 采用此方案 方案二 ：采用 TI 公司提供的 INA133 芯片直接设计差动放大器，具有双 端输入单端输出，共模抑制比较高，内部网络电阻匹配度高，增益误差 非常小，故采用此方案。5 后级放大电路与前级放大电路原理相同，采用TI 公
6、司提供的 OPA335AID 芯片，采 用同相输入比例运算放大电路，设计简单，且能有效避免自激，稳定性 好，采取此方案6显示电路要将整流滤波后得到的直流信号送给单片机处理并保证结果准确，需 要一个较好的 A/D 转换器，在这里选用TI 公司的 ADS1255，它为极低 噪声的 24 位高速 ADC，完全能够达到题目的要求。然后通过launchpad 单片机送到液晶显示。具体系统电路设计1 硬件电路设计 1.1 前级放大电路 采用两级同相放大器串联，设定第一级电阻为R19=4.7K，R30 设置 为 50K 的电位器，第二级电阻为R21=4.7K，R32 设置为 50K 的电位器，同 相 放 大
7、 器 的 增 益 为RR1930V11，RRA2132 V21，AAAV2V1V.，从而实现增益可调，电路图如下图2 所示图 2 前级放大电路 1.2 带通滤波器电路 要求频率可以分为三个频段，一段为20HZ1KHZ ，一段为 1KHZ5KHZ ，一段为 5KHZ20KHZ ，采用两级滤波电路组成，第一级选 用巴特沃斯低通电路，第二级选用巴特沃斯高通电路，通过改变电阻电容 值来匹配不同的频率，为了防止理论与实际的参数不一致，将其中的一个电阻换为电位器，从而实现增益可调，其中 )(R2R3C3C11211f，同理可得其他频率， 20HZ1KHZ 的电路图如图 3 所示图 3 带通滤波器1.3 对
8、数运算电路 对数运算电路直接采用TI 芯片 LOG112，芯片要求输入是电流，输出电压需要经过电阻转换成电流后才可输入，)log(5 .021VIIO，具体电路图如图 4 所示图 4 对数运算电路 1.4 差动放大电路 差动放大电路采用TI 公司的仪用放大器INA133， 将待测信号 对数输出的电压和基准电压经过对数输出后输入仪用放大器，具体电路图 如图 5 所示图 5 差动放大电路 1.5 后级放大电路 与前级放大电路相同，这里不再赘述。 2 软件电路设计 软件设计方框图如图6 所示图 6 系统软件方框图系统调试与调试结果调试方法 将硬件按要求接线， 注意电源的大小的正负极接法，硬件部分， 输入电压 与输出电压的关系如下表所示输入电压输出电压10mv 1.92v 20mv 2.08v 30mv 2.16v 40mv 2.8v 50mv 2.84v 60mv 2.88v 70mv 2.92v 80mv 2.96v 90mv 3v
