原创 [晒一波电源]+基于可编程逻辑器件的信号检测装置

一、设计思想

设计一个交流信号的检测装置，对输入进行前期处理，经过A/D采样后数模转换，将测量结果显示出来，并具有一定的测量辅助及扩展功能。设计分别采用了LM324运算放大器进行信号放大，把被测输入正弦波信号最小幅度为有效值10毫伏，频率为100HZ~10KHZ的正弦信号通过两级放大，放大成接近2伏但不超过2伏的正弦信号。然后，分为两支。一支接LM2903比较器以地为零点进行过零比较，输出数字信号接相应的FPGA用以测量频率。另一支接峰值保持电路用来保证采样到波形的最大值，再接数模转换器转换成模拟量通过门电路转换输入到相应的FPGA用以测量峰值，再配合用VHDL语言编的采用可编程逻辑器件电源完成数字电路的功能的程序。基本就可以较完整的实现题目要求了。

二、工作原理与功能

1.增益带宽积

运放的增益是随信号的频率变化而变化的。即输入信号的频率增大，其增益将逐渐减小，然而，其增益与其带宽的乘积是一个常数。所谓运放的带宽是指其输出电压随信号源频率的增大而使其下降到最大值的0.707倍时的频率范围。增益带宽积这个参数表述了某一型号运放在高增益下必然降低带宽，高带宽必然降低增益的特性。

这种情况下运放的带宽增益积也只是个理论值。由于运放输入端参数、反馈电阻、输入电阻、PCB分布参数，运放对频率响应的变化，使运放电路在输入信号频率没有达到数据手册中标识的增益带宽积时，提前衰减到输入信号的0.707倍。再者，由多次谐波造成的输出电压幅度大于正常的输出电压幅度。还要考虑到压摆率对输出信号造成的失真。所以，实际应用中带宽增益积不能达到资料手册中的给出参数。这是在设计中应该注意的。所以选择运放的带宽增益积参数要高于运放实际带宽增益积的十倍比较合适。

2.比较器的作用

    比较器是将一个模拟电压信号与一个基准电压相比较的电路。常用的幅度比较电路有电压幅度比较器，具有迟滞特性的比较器。这些比较器的阈值是固定的，有的只有一个阈值，有的具有两个阈值。我们选择如下图的电路，过零比较，把正弦信号转化成方波信号，以便FPGA可以通过计数器测量频率。

3.数模转换器

   A/D我们按照手册中的基本电路图编写，并为了测得稳定的峰值，在A/D的输入端我们加入了峰值保持电路（如下图），目的是能够使采样采到峰值并继续保持下去。在A/D输出端，我们考虑到由于FPGA输入端只有3.3V，所以在A/D的输入端我们加入八进八出的74HC244N，目的是使A/D输出的5V可以转换到FPGA的3.3V。防止FPGA烧坏。

三、硬件电路图

                      两级LM324运算放大器电路图

LM2903比较器电路图