高精度多功能电荷发生器的设计

发布时间：2017-10-09 04:04

  本文关键词：高精度多功能电荷发生器的设计

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【摘要】：压电传感器广泛应用于振动、加速度、压力等动态参数的测量。电荷放大器作为压电传感器的信号适调器的应用也日趋广泛,对其性能指标要求也越来越高。但是,电荷放大器经长期使用后,其各项主要技术指标需要重新检验。电荷发生器能够产生标准电荷量,用来对电荷放大器或压电测试系统进行校准。针对现有产品存在体积大、精度低、不便携等问题,本文采用直接数字式频率合成技术(Direct Digital Frequency Synthesis,DDS),设计了一种高精度多功能电荷发生器。该仪器以MSP430单片机为控制器,能输出6种频率能够精准快速控制的波形。电荷发生器可以选择输出电压或电荷信号,以满足高精度电荷放大器或压电测试系统的校准需求。设计的整个系统由电池供电,能实现随身携带,为科研工作提供了便利。论文的主要内容如下:1.通过对直接频率合成技术、间接频率合成技术和直接数字式频率合成技术的原理分析,得出了直接数字式频率合成技术的优点。采用基于地址计数器的数字式频率合成技术作为设计方案。2.进行系统总体设计,详细分析了系统主控电路、电源电路、波形生成与控制电路、人机交互电路、信号处理电路和供电电路的设计原理。用C语言开发设计了各个模块的程序,实现了按键与液晶显示器控制的人机交互模式。3.对高精度多功能电荷发生器的误差来源进行了分析,并对输出频率、幅值、基线和系统的综合误差进行了理论计算。结果显示,误差均在理论误差范围内,表明设计的系统达到了预期要求。
【关键词】：电荷发生器 DDS MSP430 多功能 高精度
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 1 绪论10-15
• 1.1 课题的研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状和发展11-12
• 1.2.1 国外信号发生器的研究状况11-12
• 1.2.2 国内信号发生器的研究状况12
• 1.3 频率合成技术的发展12-13
• 1.4 本文主要研究内容13-15
• 2 频率合成原理与分析15-23
• 2.1 判断系统性能的主要技术指标15-16
• 2.2 频率合成方法的比较16-21
• 2.2.1 直接频率合成技术(DS)16-17
• 2.2.2 间接频率合成技术(IS)17-18
• 2.2.3 直接数字频率合成技术(DDS)18-21
• 2.2.4 频率合成技术方案的选择21
• 2.3 电荷信号的产生原理21-23
• 3 系统硬件设计23-40
• 3.1 系统的设计指标23
• 3.2 系统整体设计23-24
• 3.3 控制器的选择24-26
• 3.4 波形的生成与控制模块的设计26-30
• 3.4.1 波形种类的设计26-27
• 3.4.2 数模转换芯片的选择27-28
• 3.4.3 波形生成电路的设计28-29
• 3.4.4 波形频率的控制设计29-30
• 3.5 人机交互模块的设计30-33
• 3.5.1 按键输入电路的设计30-31
• 3.5.2 液晶显示电路的设计31-33
• 3.6 信号处理模块的设计33-36
• 3.6.1 电源的滤波电路33
• 3.6.2 低通滤波器的设计33-35
• 3.6.3 电压/电荷选择电路35-36
• 3.7 供电模块的设计36-40
• 3.7.1 电源管理电路的设计37-38
• 3.7.2 电源监视电路38-40
• 4 系统软件设计与实现40-49
• 4.1 MSP430集成开发调试环境40-41
• 4.2 软件总体设计41-42
• 4.3 人机交互模块的设计42-44
• 4.3.1 按键的控制设计42-43
• 4.3.2 液晶显示的程序设计43-44
• 4.4 信号发生模块的设计44-46
• 4.4.1 波形生成的设计44-45
• 4.4.2 信号的控制设计45-46
• 4.5 电源监视模块的设计46-47
• 4.6 软件的抗干扰设计47-49
• 5. 系统测试结果与分析49-60
• 5.1 系统的测试49-50
• 5.2 频率、幅值及基线的测试结果50-53
• 5.3 误差分析53-60
• 5.3.1 波形误差分析54
• 5.3.2 频率误差的分析54-55
• 5.3.3 幅值误差的分析55-58
• 5.3.4 其他器件导致的误差58
• 5.3.5 综合误差分析58-60
• 6 总结与展望60-62
• 6.1 全文总结60
• 6.2 本文的主要创新点及进一步工作60-61
• 6.2.1 本文的主要创新点60-61
• 6.2.2 进一步工作61
• 6.3 课题的展望61-62
• 参考文献62-66
• 攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果66-67
• 致谢67-68

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本文编号：998026