正弦信号的检测和调理设计

方案，目的是将电路设计成简便易行、高效率、低成本的综合型装置。本系统采用TI公司的单片机STM32F103ZET6作为主控制器，配合以降压电路、分级放大电路、峰值检测电路和AD采样电路等，实现将100mV-20V的输入正弦信号调理为1V-10V等功能。预期效果为，所设计的系统能够正常、稳定的运行，可以准确的完成输入正弦信号关键工作参数的检测，及单片机进行实时调控和显示等功能。经测试，可以满足正弦信号的检测和调理课题的全部基本部分和发挥部分的要求。

【关键词】STM32F103ZET6 正弦信号检测和调理 显示 AD采样 峰值检测

1 设计原理及分析

根据设计要求，由单片机STM32F103ZET6作为整个系统的核心，由集成运放TL072、比较器LM339、AD转换芯片ADS1115为主构成的硬件电路部分为辅，完成实况采样、按键控制、峰值检测、报警等功能，实现正弦波幅值与频率的准确检测、显示及调理、拓宽通频带等全部功能。

本系统由降压模块、峰值检测模块、分级放大模块和AD采样模块等组成。采用STM32F103ZET6单片机作为本课题的总控制器，经分段调节电压的方法实现了对正弦信号的幅值的调理。为了能完成按预定要求对正弦信号幅值和频率检测和调理的实时显示功能，采用了由待测值经峰值检测和降压后入单片机，由AD采样后使用LCD屏显示输出的方法实现。同时当输入信号超过限定幅值时报警功能由单片机上的LED灯控制实现。

2 系统硬件设计

经过仔细的分析和论证，本设计硬件部分可由降压模块、峰值检测模块和分级放大模块等模块组成。

2.1 降压模块

采用电阻分压，即改变电位器阻值实现对地电压调整的方法实现。较方案一性价比较高、电路更为简单易行。

2.2 峰值检测模块

采用运算放大器TL072构成的峰值检测电路。该峰值检测装置电路结构简单易行，带宽适中，调试简便，电路输出的精确性虽不及方案一中的运放OPA128，但是胜在性价比更加优秀。

2.3 分级放大模块

采用运算放大器TL072构成分级放大电路。单片机通过采集放大电路的输入信号的峰值，确定此时输入信号所处于的分段段位，进而改变给两个三极管所提供的基极电压，控制其是否导通，实现对两个继电器的控制。继电器动作后，会改变反相放大器的反馈电阻阻值，最终改变放大器的增益，实现分级放大。优点是性价比高，电路较为稳定且容错率高，缺点是精度较方案一低。

2.4 AD采样模块

选用单片机STM32F103ZET6的AD口进行采样。优点在于简便运行，方便程序的撰写和调试。缺点在于精度只有12位而且噪声比较大。

2.5 比较器模块

采用LM393作为比较器模块的核心。LM393是双通道差分比较器，由两个偏移电压指标低达 2.0 的独立精密电压比较器构成，在原理与集成运放做比较器的相同的基础上，压摆率高，速度更快，输出更稳定。

2.6 直流稳压源的设计

当220V交流电经220V/18V变压器后，由整流电路将双极性电压整为单极性电压后进入滤波电路，滤波电路利用电容充电后按指数规律下降的原理，将单极性电压的波形进一步处理，最后采用三端集成稳压芯片7818、7918实现直流电压±18V的输出。

3 系统软件设计分析

主程序采用单片机STM32F103ZE初始化后实时获取峰值检测电路检测出的电压，上电后默认为自动模式。经单片机内部计算转化后在LCD屏上显示出峰值电压。为了实现要求在输入信号大于9V时报警，在流程图中加入了判断，若超过9V则将绿色的LED灯变为红色。当过零比较器输出的信号进入单片机后，经单片机判断上升沿下降沿后计算并显示频率。若需手动模式调节，则通过按键切换实现。

4 结论

本系统总体包括硬件部分和软件部分，采用以单片机STM32F103ZET6和三大模块硬件电路为主体的思路完成了全部设计。

硬件电路主要包括了制作降压模块、分级放大模块和峰值检测模块，软件部分包括了中断、AD采样、按键控制、LED灯显示和液晶屏显示等功能。如图1所示。

参考文献

[1]陈永真.通用集成电路应用、选型与代换[M].北京：中国电力出版社，2007.

[2]宁武，康晓宁，闫晓金.全国大型野生电子设计大赛基本技能指导[M].北京：电子工业出版社，2006.

[3]李清泉，黄昌宁.集成运算放大器原理及应用[M].北京：科学出版社，1998.

[4]康华光.电子技术基础模拟部分（第5版）[M].北京：高等教育出版社，2006.

作者单位

南京师范大学电气与自动化工程学院 江苏省南京市 210023

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