硬件調(diào)試電路要點(diǎn)

1、1.1 硬件電路調(diào)試1.1.1 調(diào)試要點(diǎn)在印制板元器件的焊接過程中，對于精密器件OPA129的焊接要特別注意，需要一定的技巧。在焊接時(shí)，用棉花蘸酒精，通過鑷子環(huán)繞緊貼在OPA129管腳上，使用恒溫烙鐵，并且調(diào)節(jié)降低電烙鐵的溫度，這樣可以降低器件的焊接溫度，避免因溫度過高而損壞芯片。電路板焊接完畢，接下來就對電路進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試過程主要步驟如下：首先，在裝上芯片之前，先用萬用表測試各個芯片供電以及接地引腳的電壓是否正常。當(dāng)全部正常時(shí)，才能裝上芯片。對于單片機(jī)板上帶有DC-DC電壓轉(zhuǎn)換電路，應(yīng)先檢查電壓轉(zhuǎn)換輸出是否正常。其次，調(diào)節(jié)各個運(yùn)算放大器的失調(diào)電壓，以減小系統(tǒng)的誤差。調(diào)節(jié)失調(diào)電壓的具體方法是：

2、使輸入信號為零，調(diào)節(jié)調(diào)零電位計(jì)的電阻，盡可能使芯片的輸出為零。當(dāng)調(diào)節(jié)到各個芯片的輸出為零時(shí)，也就達(dá)到了調(diào)節(jié)失調(diào)電壓的目的。再次，調(diào)試電路各級電路工作是否正常，是否達(dá)到預(yù)計(jì)要求的波形。在調(diào)試前級電路時(shí)，后級電路的芯片暫時(shí)不安上，防止由于前級電路工作不正常，導(dǎo)致后級電路芯片的損壞。最后，整個電路工作，直接通過示波器觀察輸出信號波形，長時(shí)間運(yùn)行，以檢驗(yàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。50Hz的陷波器應(yīng)設(shè)計(jì)成Q值可調(diào)的，便于調(diào)試。電路通過調(diào)節(jié)POT01電位計(jì)來調(diào)節(jié)陷波器的Q值，使陷波器對50Hz工頻干擾的衰減達(dá)到最好的效果，即盡可能使50Hz的峰峰值趨向于零。在試驗(yàn)中可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)POT01的上下兩端電阻（見圖3.14）R

3、ARB23.2K1.8K時(shí)，陷波器的陷波效果是最好的。然后調(diào)試低通、高通濾波、PGA的放大電路以及OP07射級輸出，不斷調(diào)節(jié)PGA放大電路的增益倍數(shù)，然后用示波器觀察OP07射級輸出，看是否符合設(shè)計(jì)要求。電路連接完畢之后，觀察輸入級沒有信號輸入（即空管）時(shí)OP07的輸出情況，結(jié)果如圖5.9所示。當(dāng)有信號輸入時(shí)，波形開始圍繞著零點(diǎn)上下波動，與零輸入信號時(shí)相比較，50Hz的工頻干擾信號的峰峰值沒有發(fā)生什么變化，即使長時(shí)間工作或者輸入信號強(qiáng)的時(shí)候，都不會發(fā)生阻塞現(xiàn)象，這說明輸入級的抗阻塞電路是很有效的。由調(diào)試出來的波形可以看出，電路工作正常，但是當(dāng)增益調(diào)到8000倍時(shí)，在粉塵流速較大或通過粉塵濃度較

4、大時(shí)就容易出現(xiàn)飽和現(xiàn)象。另一方面，50Hz工頻干擾及其奇次諧波（主要為150Hz）的干擾能夠串入系統(tǒng)，由于PGA的放大電路的增益較大，使這些干擾的峰峰值在電路的輸出端過大而出現(xiàn)飽和。這種情況應(yīng)該從根本上解決，加強(qiáng)屏蔽措施，設(shè)計(jì)好濾波電路。否則PGA放大倍數(shù)不可過大（50Hz干擾易出現(xiàn)飽和），對微弱的有效信號測量將無能為力，也就是降低測量系統(tǒng)的靈敏度。圖5.9 無輸入信號時(shí)的輸出波形Fig.5.9 Empty-duct output1.1.2 出現(xiàn)問題及解決方法1.1.2.1 工頻干擾在調(diào)試中出現(xiàn)50Hz及其諧波150Hz的工頻干擾信號。斷開后級電路，觀察本級電路的輸入和輸出信號，整個電路檢查下

5、來往往每級電路輸出都有50Hz的干擾信號。分析干擾進(jìn)入的途徑，最后得出結(jié)論是由于系統(tǒng)沒有接大地，或者接上了但是接觸不好。因此保證系統(tǒng)接上大地是整個系統(tǒng)正常工作，不出現(xiàn)50Hz的工頻干擾的關(guān)鍵。通過檢查各級電路，沒有發(fā)現(xiàn)150Hz干擾信號的起始路徑。最后把電路與電源斷開，單獨(dú)檢查電源的輸出，發(fā)現(xiàn)電源有150Hz的信號輸出。由于150Hz的干擾信號在有效信號的頻帶之內(nèi)，而且其產(chǎn)生的只和電源有關(guān)系而和電路沒有關(guān)系，因此需要把電源的輸出含有的150Hz消除。先考慮在電源給電路供電的前，加一個濾波電路，濾除150Hz的干擾信號，但是這個陷波電路不好調(diào)試而且設(shè)計(jì)比較復(fù)雜。因此考慮換電源，把電源換成其輸出沒

6、有150Hz的干擾信號。1.1.2.2 阻塞問題在整個調(diào)試過程中，PGA電路和前置輸入級（OPA129）這兩級經(jīng)常出現(xiàn)飽和阻塞現(xiàn)象。通過實(shí)驗(yàn)分析其原因有：（1）在粉塵流速過大、通過管道的粉塵濃度過大、有較大的直流信號、較大干擾串入系統(tǒng)，而PGA的放大電路的增益比較大，能達(dá)到8000倍，故很容易出現(xiàn)飽和現(xiàn)象。（2）前級OPA129為同相電壓跟隨方式，當(dāng)輸入過大時(shí)，極易產(chǎn)生阻塞現(xiàn)象，因此也就造成了后級電路的飽和，無法正常工作。針對第一條原因，加強(qiáng)系統(tǒng)的屏蔽接地措施，通過單片機(jī)自動調(diào)整PGA的增益就基本可以解決。對于信號中的直流分量，需要使用高通濾波器如圖5.10所示。圖5.10 高通濾波電路Fig

7、.5.10 Circuit diagram of high-pass filter對于第二條原因，則通過限制OPA129的輸入就可以達(dá)到消除阻塞想象如圖3.9所示，在OPA129的輸入端引入限幅保護(hù)電路。1.1.2.3 單片機(jī)A/D輸入保護(hù)由LPC2214的參數(shù)指標(biāo)可知：A/D轉(zhuǎn)換的電壓范圍為03.3V，A/D輸入端口所能承受的最大電壓為5V，因此為了單片機(jī)能夠測量模擬板輸出電壓，需要先將的電壓信號轉(zhuǎn)換為03.3V的范圍內(nèi)，為此作者設(shè)計(jì)了一個量程轉(zhuǎn)換電路，為了防止由于外界干擾產(chǎn)生的高壓損壞單片機(jī)，這里也引入了保護(hù)電路如圖5.11所示。圖5.11 A/D輸入保護(hù)電路F1 Guard circuit of A/