一种宽动态范围的智能测量系统设计
智能宽带信号检测系统的设计
智能宽带信号检测系统的设计为在真正意义上实现对测量信号参数准确性的保证，需要对宽带交直流信号检测系统进行科学的设计与使用，该系统的控制芯片是一种单片机。
在处理直流测量电路的过程中，我们需要对利用信号采集到的电路信号进行使用，在处理分压以及自动在增益放大处理器的基础上可实现对信号频率以及相位的准确界定。
待测信号的幅度、相位和频率等信息都需要借助液晶显示器使用。
本文主要针对智能宽带信号检查系统的设计工作进行深入探究。
标签：信号检测；智能宽带；设计在检查信号强度以及频率信息的过程中可对智能宽带信号检测系统进行使用，该系统起到的作用相当重要。
频率、相位以及幅值在电子技术中作为一种最为基本的参数存在。
上述参数测量工作与其他测量方法之间的方案以及结果直接的关系较为直接，因此在各个方面信号测量的准确性都相当重要。
现阶段的检测系统在测量信号强度以及频率信息的过程中带有一定的单一性，这要求我们在结合实际的同时必须对其进行科学的创新。
一、系统设计方案智能宽带信号检测系统结构主要由单片机、液晶显示器、键盘输入、信号采集电路、交直流测量电路、自动增益电路、相位频率检测电路和分压电路等构成，其系统结构如图1所示。
该系统的核心处理单元采用宏晶科技生产的单时钟/机器周期（1T）的微控制器STC12C5A32S2，该芯片是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍，其内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM等模块。
微控制器通过信号采集电路首先对被测信号初步判断，获得被测信号的幅值范围，其次，控制继电器选通相应的电路，完成自动分压功能，最后，经过自动增益电路将被测信号放大稳定到一定的幅值，放大稳定后的信号经过频率、相位检测电路后可以获得信号的频率值。
通过参考信号发生电路可以产生一个频率可调及幅值一定的交流电压信号，通过按键调节信号发生电路的频率值，使其与被测交流电压信号的频率值保持一致，因此，可以获得两路信号的相位差。
基于FPGA的大动态范围数据采集系统设计
基于FPGA的大动态范围数据采集系统设计
郭威;彭卫东;漆军;张一帆
【期刊名称】《仪表技术与传感器》
【年(卷),期】2024()2
【摘要】针对传统数据采集系统受动态范围限制,进行测量时对大信号易过载、小信号易丢失等问题,设计了一种基于FPGA的大动态范围多通道数据采集系统,讨论了噪声相关性与放大器增益对动态范围的影响。
该系统采用一种分立式架构的双ADC同步采集单元,结合FPGA高速并行处理的特点进行数据融合,对前端可变增益放大电路实时控制,实现多通道数据采集系统对微小信号采集时的高分辨率以及对大信号采集时的高容差。
对采用动态范围最大为108 dB的AD7768芯片研制的实验样机进行测试,结果表明其在64 kHz的采样频率下可达到160 dB以上的动态范围,系统采样精度达到0.1%,线性度优于0.005%,通道间相位精度达到±0.05°。
【总页数】9页(P56-64)
【作者】郭威;彭卫东;漆军;张一帆
【作者单位】中国民用航空飞行学院航空电子电气学院;成都信息工程大学自动化学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP274
【相关文献】
1.基于CPLD技术的大动态范围高速数据采集系统设计与实现
2.基于AD9650的高速大动态范围数据采集系统设计
3.宽动态范围自适应变采样率数据采集系统设计
4.高精度大动态范围数据采集系统设计
5.基于FPGA的高速大容量数据采集系统设计
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基于单片机的超声波测距系统的设计
基于单片机的超声波测距系统的设计
超声波测距系统是一种常见的测距技术，它利用超声波的特性来测量物体与传感器之间的距离。
基于单片机的超声波测距系统是一种常见的应用，它可以广泛应用于工业自动化、智能家居、机器人等领域。
基于单片机的超声波测距系统主要由超声波传感器、单片机、LCD 显示屏和电源等组成。
超声波传感器是测距系统的核心部件，它可以发射超声波信号并接收反射回来的信号。
单片机是控制系统的核心部件，它可以对传感器发射的信号进行处理，并计算出物体与传感器之间的距离。
LCD显示屏可以显示测量结果，方便用户进行观察和操作。
在设计基于单片机的超声波测距系统时，需要注意以下几点：
1.选择合适的超声波传感器。
传感器的频率和探测距离是选择传感器时需要考虑的重要因素。
2.选择合适的单片机。
单片机的处理速度和存储容量是选择单片机时需要考虑的重要因素。
3.编写合适的程序。
程序需要能够对传感器发射的信号进行处理，并计算出物体与传感器之间的距离。
同时，程序还需要能够将测量结果显示在LCD显示屏上。
4.进行系统测试。
在完成系统设计后，需要进行系统测试，确保系统能够正常工作，并且测量结果准确可靠。
基于单片机的超声波测距系统具有测量精度高、响应速度快、体积小等优点，可以广泛应用于各种领域。
在未来，随着技术的不断发展，基于单片机的超声波测距系统将会得到更广泛的应用。
智能化水平仪的研究与设计
智能化水平仪的研究与设计第一章引言在高楼、桥梁等建筑行业，对建筑物自身在水平面倾斜度的测量和处理，需要一个能连续工作几个月甚至一年以上的采样进度很高的数字水平仪系统，这就要求该系统必须具有高精度微功耗的功能。
本文所介绍的就是能满足这一要求的数字水平仪系统，它在笔者的工作中已得到了充分的应用和试验。
该系统采用ADXL202芯片产生与水平面倾斜的两个角度量，它是一个具有高精度、宽动态特性的加速度测量芯片。
下面对该芯片的主要特点和用法进行简要介绍，随后介绍ADXL202与微功耗单片机C8051F020的接口电路与程序设计。
第二章 ADXL202简介2.1 特点及结构ADXL202特点如下：（1）ADXL202是集双轴加速度传感器于一体的单块集成电路；（2）它既可测量动态加速度，又可测量静态加速度；（3）具有脉宽占空比输出每轴的输出带宽可调；（4）低功耗(<0.6mA)；（5）比电解质、水银、热能斜度测量仪响应快；（6）每根轴的带宽均可通过电容调整；（7）60Hz带宽时的分辨率为5mg；（8）直流工作电压为＋3V～＋5.25V；（9）可承受1000g的剧烈冲击；（10）可应用于：斜度测量、惯性导航、地震监测装置、交通安全系统等。
图1和图2分别为ADXL202的功能结构框图和引脚排列图。
表1所列是其引脚功能。
2.2 工作原理ADXL202是基于单块集成电路的完善的双轴加速度测量系统。
它是一个以多晶硅为表面的微电机传感器和信号控制环路来执行操作的开环加速测量结构。
对每根轴而言，输出环路将模拟信号转换为脉宽占空比的数字信号。
这些数字信号直接与微处理器接口。
ADXL202可测量正负加速度，其最大测量范围为±2g。
ADXL202也可测量静态加速度，亦可用作斜度测量。
传感器采用在硅片上经表面微加工的多晶硅结构，用多晶硅的弹性元件支撑它并提供平衡加速度所需的阻力。
结构偏转是通过由独立的固定极板和附在移动物体上的中央极板组成的可变电容来测量的。
Pixim DPS技术宽动态技术
数字像素系统(DPS)技Pixim公司的数字像素系统(Digital Pixel System, DPS)技术是一个突破性成像系统，该技术极大地增强了众多应用中的视频和静止图像的捕捉能力。
DPS技术扩展的动态范围、快速读出速度、系统级芯片集成能力以及低工作功率是现有图像捕捉和处理技术的一个极大的进步。
固态图像传感器技术可以追溯到上世纪六十年代晚期第一个电荷耦合器件(CCD)的发明。
1990年出现了CMOS活动像素传感器(APS)，随后DPS平台开始发展。
DPS技术的发明源于斯坦福大学(Stanford University)长达八年以上的研究工作。
数字像素系统将Pixim公司新兴像素架构的固有优势与嵌入式处理器设计的新进展结合起来，可向制造商提供能够轻松整合到各种下一代产品的先进成像系统。
图像系统类型图像传感器一般分为三大类：CCD、CMOS APS以及Pixim的数字像素系统技术。
CCD传感器是原始的图像传感器技术，它需要复杂的实现系统和高制造成本的工艺，从而限制了其在许多市场中的发展。
上世纪九十年代早期，随着新兴CMOS制造技术的出现，CMOS APS (活动像素传感器)产品得到发展，并成为低端市场中CCD传感器的主要替代产品。
DPS(数字像素系统)产品则源于上世纪九十年代中期斯坦福大学(Stanford University)的技术突破。
相比现有技术，DPS技术可以提供增强的功能，包括：．单次日光过程中图像的多级采样，可获得高帧速率和宽动态范围；．数字地采样，可获得高分辨率和图像品质；．集成图像处理功能，可减少功耗和占板面积；．温度和空间过滤，可获得清晰图像；．超低功耗；．高信噪比。
相比CCD和CMOS APS，DPS平台可以大幅改进图像品质，并给相机设计工程师和制造商带来更多灵活性。
数字像素系统技术在多变的光照环境和宽动态范围场景中往往同时有暗区和亮区，而数字像素系统的独特架构和紧密结合的成像软件在这种环境下仍然可以提供出色的图像品质。
矢量网络分析仪的原理及测试方法
矢量网络分析仪在通信测试中的应用
1 2
S参数测量
矢量网络分析仪可以测量散射参数（S参数）， 用于描述线性微波网络的反射和传输特性。
阻抗测量
通过测量S参数，可以进一步计算得到设备的阻 抗特性，包括输入阻抗、输出阻抗和特性阻抗等。
3
相位测量
矢量网络分析仪可以测量信号的相位信息，用于 分析信号的传播延迟和相位失真等。
PART 04
矢量网络分析仪在通信领 域的应用
通信系统中的传输线效应
传输线的分布参数特性
传输线具有电阻、电感、电容和电导等分布参数，这些参数会影响 信号的传输性能。
传输线的反射和传输
当信号在传输线上传播时，会遇到反射和传输两种现象，反射系数 和传输系数是描述这两种现象的重要参数。
传输线的阻抗匹配
连接测试设备
将矢量网络分析仪、测试电缆、连接器 等设备和配件按照测试要求连接好，确
保连接稳定可靠。
进行测试
启动矢量网络分析仪，按照设定的测 试参数进行测试，记录测试结果。
设置测试参数
根据测试目标和要求，设置矢量网络 分析仪的测试参数，如频率范围、扫 描点数、中频带宽等。
重复测试
根据需要，对同一测试对象进行多次 重复测试，以获得更准确的测试结果。
接收机对反射信号和传输信号进行幅 度和相位测量，并将测量结果送至处 理器。
DUT对入射信号进行反射和传输，反 射信号和传输信号分别被定向耦合器 接收并送至接收机。
处理器对测量结果进行数字信号处理， 提取幅度和相位信息，并根据需要进 行校准和误差修正，最终输出测试结 果。
关键性能指标解析
频率范围
矢量网络分析仪能够测量的频率范围， 通常覆盖多个频段，如微波、毫米波 等。
宽频测量装置原理
宽频测量装置原理
嘿，朋友们！今天咱来聊聊宽频测量装置原理，这玩意儿可神奇啦！
你想想看，宽频测量装置就像是一个超级敏锐的小侦探，能察觉到各种信号的细微变化。
它可以测量那些我们肉眼看不到、耳朵听不到的各种频率的信号呢！
它是怎么做到的呢？就好像我们在黑暗中摸索，突然有了一盏明灯，能照亮周围的一切。
宽频测量装置里有各种精密的部件，它们相互配合，就像一个默契十足的团队。
比如说传感器吧，它就像是小侦探的眼睛，能敏锐地捕捉到信号的存在。
然后还有放大器，把那些微弱的信号放大，让我们能清楚地看到它们。
这就好比是把一个小小的声音通过喇叭放大，让所有人都能听到。
还有滤波器呢，它就像是一个筛选器，把那些不需要的杂波给过滤掉，只留下我们真正想要的信号。
这多厉害呀，就好像在一堆沙子里准确地挑出金子一样！
而且哦，宽频测量装置的应用那可广泛了去了。
在通信领域，它能帮助我们确保信号的稳定传输，让我们能顺畅地打电话、上网。
在电子设备的研发中，它能检测出各种问题，让我们的设备更加可靠。
这不就像是一个忠诚的卫士，守护着一切的正常运行吗？
你说要是没有宽频测量装置，那得有多麻烦呀！我们的生活可能会变得一团糟呢。
信号不好，电话打不通，网络老是卡顿，那可真是让人抓狂啊！
所以呀，可别小看了这个小小的宽频测量装置，它可有着大本领呢！它就像是一个默默无闻的英雄，在背后为我们的生活保驾护航。
我们真应该好好感谢它，不是吗？
总之，宽频测量装置原理虽然有点复杂，但它真的超级重要！它让我们的生活变得更加便捷、更加美好。
希望大家以后看到它的时候，能想起我今天说的这些话，能对它多一些了解和敬意呢！。
电力系统宽频测量装置技术规范解读及应用展望
电力系统宽频测量装置技术规范解读及应用展望一、引言电力系统的安全运行对于国家的经济发展至关重要。
而对于电力系统来说，精确的测量是确保系统安全稳定运行的基础。
近年来，随着电力系统的规模不断扩大，各种干扰和故障也不断增加，传统的测量装置已经无法满足对宽频测量的需求。
因此，电力系统宽频测量装置应运而生。
电力系统宽频测量装置是一种能够在广泛频率范围内进行测量的设备。
它可以准确检测电力系统中各种参数的变化，并及时进行分析和处理，以确保电力系统的稳定性和可靠性。
然而，为了确保测量装置的准确性和一致性，在实际应用中需要遵守一系列严格的技术规范和标准。
本文将对电力系统宽频测量装置技术规范进行详细解读，并展望其在未来的应用前景。
二、电力系统宽频测量装置技术规范解读A. 设备标准与要求电力系统宽频测量装置技术规范中包含了一系列设备标准和要求。
其中包括对测量装置的精度、稳定性、灵敏度等方面的要求。
例如，对于测量装置的精度要求，规范中可以规定在不同频率范围内的测量误差要求。
此外，规范还对设备的防护等级、抗干扰能力等方面进行了规定。
解读这些标准和要求的过程中，需要深入理解每个要求的含义，并分析其对电力系统宽频测量装置的影响。
例如，对于精度要求，可以通过研究测量装置的传感器能力、信号处理方法等方面来保证测量数据的准确性和稳定性。
B. 测量方法与准确性电力系统宽频测量装置技术规范中还包含了测量方法和准确性要求。
不同的测量方法会对测量结果产生不同的影响。
因此，在解读这些规范时，需要对各种测量方法进行深入研究，并探讨其对测量结果的影响以及保证准确性的手段。
举个例子，对于电压测量，常见的方法有差分测量法、均压器测量法等。
不同的测量方法在不同的频率范围内可能会有不同的准确性要求。
因此，在选择测量方法时，需要充分考虑测量范围、准确性要求等因素，并进行合理的配置，以保证测量结果的准确性。
C. 数据处理与分析电力系统宽频测量装置技术规范对数据处理和分析也提出了一些要求。
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摘要：介绍一种宽动态范围的智能测量系统的设计及其中几项关键技术；自校零与自校准技
术、程控放大和程控滤波电路的原理和实现途径。
关键词：智能测量系统自校零自
校准程控放大程控滤波在电磁无损检测系统中，信号调理是一个重点和难点。
由于信号的
幅度小，只有μv/mv级，对于不同的材料、形状、缺陷类型，拾取的信号差别很大，动态范
围宽；而且由于信号的干扰源多，有时甚至掩盖掉缺陷信号，很难辨识是缺陷信号还是干扰
信号。
工作不同的材质、形状、尺寸，不同的缺陷类型，不同的测量速度，得到的信号频谱
不同，干扰信号的特点也不同。
根据测量信号的特点，为了提高测量精度，满足传感器输出的微小信号在各种状态下
的放大调节，同时能够有效地抑制干扰信号，可靠地检测出缺隐信号，常常需要高精度的测
量放大器和合适的滤波器。
因事先不知道被测信号的大小，用微控制器来检测，从而控制放
大器的放大倍数，能将信号调到最佳，获得最佳测量数据。
又因为不知控制系统中激励信号
的频率以及在不同的环境条件下的干扰情况，因此，为了实现大动态范围、多干扰因素的检
测系统的智能化，程控放大与程控滤波是必然的选择，以实现软件与硬件有机地结合。
这是
目前比较新颖、实用的电路设计。
1 系统组成智能测量系统的原理框图如图1所示。
它主要
由电压基准源max6062和乘法型d/a转换器max501实现可变电压标准；由多路开关max313
对信号进行切换，使零点标准值、参考标准值和待测信号分别送入前置放大电路，前置放大
电路设计成固定增益的形式。
放大后信号输入到程控滤波器max262和程控放大电路max501。
滤波放大后的待测信号分成两路，一路经有效值转换电路转换成有效值，经上下限比较电路
判断是否过量程，如果过量程，减小放大倍数，直到在量程范围内。
这时，切换到a/d转换
器，采样有效值。
根据采样值决定待测信号的放大倍数，并把待测信号切换到a/d转换器进
行采样。
2 关键技术设计整个测量系统主要由标准源产生电路、程控滤波电路、程控放大电路、a/d
转换电路和单片机组成。
下面介绍其关键的自校零与自校准技术、程控滤波电路和程控放大
电路的设计。
2.1 自校零与自校准技术本系统的自校零与自校准功能充分利用了微控制器的
功能，用软件和少量硬件，在软件程序的导引下进行三步测量法，自动校准零点以及自动消
除因零点、增益漂移而引入的系统误差，从而提高系统的精度和稳定度。
采用这种智能化技
术，可以使低精度、低稳定度的测量系统获得高精度的测量结果。
测量精度仅决定于测量标
准。
图2是消除系统中效大器增益和零漂变化对测量结果影响的自校准原理图。
其中，标准
发生器产生的标准值与输入信号vx同类型，假设都为电压值。
本系统所采用的是两标准实时
自校法。
它执行三步测量法。
第1步，校零。
输入信号为零点标准值，放大电路的输出值为
y0。
y0=g·ε（1）式中，g为放大器增益，ε为折算到输入端的由放大器增益
和零点漂移变化引起的变化的数值。
第2步，标定。
输入信号为标准值vr，放大电路的输出
值为yr。
yr=g·(vr+ε ) (2)第3步，测量。
输入信号为待测信号vx，放大电路的输
出值为yx。
yx=g·(vx+ε) （3）由式（1）、（2）和（3）可以得到vx=[(yx-y0)/(yr-y0)]vr (4)从式（4）可以看出，已消除季放大器漂移变化的影响。
因此，在测量过程中，把y0、yr、
vx和yx的值分别存储于系统的内存中，利用式（4）就可以实现自校准。
一般而言，对于一
个宽量程多增益系统，每档增益都应实时标定进行自校准，因此标准信号产生的标准值也有
多少。
2.2 程控滤波电路设计在智能测量系统中一般都要使用滤波器。
一般有源滤波器均由
运算放大器和rc元件组成，对元器件的参数精度要求比较高，设计和和调试都比较麻烦。
美
信公司（maxim）生产的可编程滤波器芯片max262可以通过编程对各种低频信号实现低通、
高通、带通、带限以及全通滤波处理，而且滤波的特性参数如中心频率、品质因数等也可以
通过编程进行设置。
2.2.1 max262芯片介绍max262主要由放大器、积分器、电容切换网络（scn）和工
作模式选择器组成。
积分器、电容切换网络（scn）和工作模式选择器分别由编程数据m0～
m1、f0～f5和q0～q6控制。
max262内部有2个二级滤波器。
滤波器a和b可以单独使用，
也可级联成四阶滤波器使用。
max262芯片的工作频率为1hz～140khz。
当时钟频率为4mhz，
工作模式选择为模式3时，芯片可以对140khz的输入信号进行滤波处理。
其它工作模式的最
高工作频率为100khz。
滤波器a和b可以采用内部时钟，也可以采用外部时钟。
外部时钟分
别从芯片的引脚clka、clkb引入。
对外部时钟无占空比要求。
max262芯片有3个编程参数；
中心频率f0、q值和工作模式。
中心频率由编程数据f0～f5控制，共64个不同的二进数据，
每个数据对应1个时钟频率fclk与中心频率f0的比值flk/f0。
q值由编程数据q0～q6控制，
共128个不同的二制数据，每个数据对应1个q值，最小的q值为0.5，最大的q值为64。
工作模式由编程数据m0～m1控制，分别对应工作模式1、2、3和4。
2.2.2 程控滤波器实现
由max262通用开关电容滤波器实现的程控滤波电路原理如图3所示。
每个滤波器的工作模式、
中心频率、q值所需的编程数据，均需要分8次写入max262的内部寄存器才能完成设置。
通
过文件[3]给出的fclk/f0与f0～f5的关系表格，得到本文根据fclk/f0计算编程数据f0～
f5的公式，即fclk/f0与f0～f5的关系为：fclk/f0=40.84+1.57n1 （5）式中，
n1为二进制数据f0～f5对应的十进制整数，范围为0～63，共64级。
同样，对应滤波器的
q值也是通过计算来获得q值的编程数据q0～q6。
q值与q0～q6的关系为q=64/(128-n2) (6)式中，n2为二进制数据q0～q6对应的十进制整数，范围为0～127，共128级。
2.3 程控
放大电路设计在智能测量系统中，常常需要一个增益可软件编程的放大器（pga），用将不同
幅度的模拟输入信号放大到某个特定范围，便于a/d转换器进行采样；或者将给定信号放大
一个由软件设定的增益后输出。
可软件编程的放大器主要有4种。
①集成程控增益放大器。
它们具有低漂移、低非线性、高共模抑制比和宽频带等优点，但其增益量程有限，只能实现
特定的几种增益切换。
②运放+模拟开关+电阻网络。
这种方法利用模拟开关切换电阻反馈网
络，从而改变放大电路的闭环增益。
此种方法所需无器件较多，电路庞大，而且精度受到限
制。
③运放+数字电位器。
采用固态数字电位器来控制放大电路的增益，线路较为简单。
但现
有的数字电位器分辨率有限，常见的32、64抽头，构成的放大器精度有限，无法满足10位
甚至10位数据采集系统的要求。
④采用d/a转换器来实现高精度可编程增益放大器。
这种方
案非常简单，只需要单d/a转换器即可实现一个完整的高精度pga，甚至可以不需要任何外
围元件，并且它还具有十分方便的编程接口，可以直接挂到数据总线；能够实现量程多变，
具有宽的通频带等特点。