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之后即采用了电压跟随器。本课题采用了双运放TL082，TL082具有低能耗，高输入阻
图2-2 跟随器电路图
抗，低输入偏差，输出短路保护等特点，完全满足这个电路的要求。具体连接如图2所示。采样所得电压信号从3脚输入，1脚输出。
2.4 低通滤波器
低通滤波器容许低频信号通过, 但减弱(或减少)频率高于截止频率的信号的通过。对于不同滤波器而言,每个频率的信号的减弱程度不同。当使用在音频应用时,它有时被称为高频剪切滤波器, 或高音消除滤波器。低通滤波器概念有许多不同的形式，其中包括电子线路，如音频设备中使用的hiss 滤波器、平滑数据的数字算法、音障、图像模糊处理等等。低通滤波器在信号处理中的作用是滤除高频干扰的影响，这等同于其它领域如金融领域中移动平均数所起的作用[10]。
本课题中，表头置于一个固定位置时，加速度值应该基本恒定，转化后得电压值也应该是变化很小的。但是由于温度和振动等因素的影响，电压信号中还有高频的噪声信号，严重干扰后续测量，所以在跟随器后设计一个低通滤波器。本课题采用了滤波器芯片UAF42，高通和带通部分不使用，故用1.43M的大电阻接入，芯片内部的电阻电容和芯片外部的电阻电容一起构成二阶低通滤波器。
图2-3 低通滤波器电路图
ALP?ns22其传递函数是：,H(s)??s?nQ ALP对应通带增益，1??n2Q对应阻尼系数。
以3db截止频率为100Hz来设计其他参数。
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2.5 差动放大器
差分放大器是基本放大电路之一，由于它具有抑制共模干扰的优异性能，因此得到广泛的应用，并成为集成电路中重要的基本单元电路，常作为集成运算放大器的输入级。对差分放大器来说，其放大的信号分为两种：一种是差模信号，这是需要放大的有用的信号，这种信号在放大器的双端输入时呈现大小相等，极性相反的特性；另一种是共模信号，这是要尽量抑制其放大作用的信号。共模电压放大倍数越小，对共模信号的抑制作用就越强，放大器的性能就越好。在电路完全对称的条件下，双端输出的差分放大器对共模信号没有放大能力，完全抑制了零点漂移。实际上，电路不可能完全对称。还有一个描述差分器的参数就是共模抑制比，它指差分放大器的差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比，说明了差分放大器对共模信号的抑制能力，其值越大，则抑制能力越强，放大器的性能越好[11]。
为了进一步减少共模噪声的影响，也为后续模数转换器提供方便，滤波后很有必要使用差动放大器来进行处理。本课题使用了OPA1632全差分放大器，它可以驱动高性能的模数转换器，输入噪声低，输出驱动特性良好。OPA1632使用15V供电，如果ADC要求输入电压很低，供电电源可以适当降低。
图2-4 差分放大器电路图
该电路的信号增益一般设定为0.25，为了与通用音频线路电平相匹配，这个增益也可以通过两对电阻RG和RF的比值调节来调整。RF1和RF2一般设置得比较小，这样可以优化噪声环境下的性能。保持RF1/RG1以及RF2/RG2的比值精确相等也很重要，因为这样才能实现差分信号的平衡。
2.6 模数转换器
模数转换器 即A/D转换器，或简称ADC，通常是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件。通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。由于数字信号本身不具有实际意义，仅仅表示一个相对大小。故任何一个模数转换器都需要一个参考模拟量作为转换的标准，比较常见的参考标准为最大的可转换信号大小。而输出的数字量则表示输入信号相对于参考信号的大小。模数转换器最重要的参数是转换的精度，通常用输出的数字信号的位数的多少表示。转换器能够准确输出的数字信号的位数越多，表示转换器能够分辨输入信号的能力越强，转换器的性能也就越好。 A/D转换一般要经过采样、保持、
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量化及编码4个过程。在实际电路中，有些过程是合并进行的，如采样和保持，量化和编码在转换过程中是同时实现的。
为了方便下一级DSP的处理，这里需要把模拟电压转化为数字信号。本课题采用了ADC---ADS1271，这个芯片是24位的模数转换器，它的直流精确度不错，交流性能也很出色。芯片的转换参考电压是2.5V，由REF3125产生。芯片的输入由AINP端和AINN端的电压差决定，电压差为2.5V时，输出为十六进制0x7fffff,电压差为-2.5V时，输出为0x800000。
图2-5模数转换器电路图
右下角的4个接口为SPI接口，用于和DSP通信。
2.7 DSP电源模块
鉴于实验室有丰富的DSP开发经验，而且DSP编程方便，接口方便，稳定性好，精度高。本课题使用DSP作为微处理器来处理ADC输出的数字信号，型号是TMS320F2808，它是一个高性能32位的CPU，亦是目前控制领域最高性能的处理器，DSP所需要
图2-6 电源芯片电路
的3.3V供电由电源芯片TPS73HD318转换。TPS73HD3xx系列的芯片有双电压调节器，双输出的结构，主要是为了DSP的应用而设计。把DSP芯片的最小系统板和前面的信号处理电路板连接起来就构成了完整的信号处理电路，具体程序相关内容见第三章。
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2.8 串口电路
DSP信号处理完成后，通过SCI总线把数据发送到计算机记录和分析。本
课题采用RS232标准,在电气特性上，RS232采用负逻辑,要求高低两信号间有较大的幅度，标准为：逻辑“1”在-5 V到- 1 5V之间，逻辑“0”在+ 5V～+ 15V 之间，通常采10V 左右为逻辑 1 ，+ 10左右为逻辑0。由于 TMS320F28xx的信号输入输出TTL电平，逻辑1为 3.3 V左右， 逻辑0为 0.4V左右，因此本文采用符合 RS232标准的驱动芯片MAX232实现此转换[12]。
图2-7 串口电路
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第三章 DSP程序
3.1 DSP介绍
TMS320F280x系列DSP器件（TMS320F2801，TMS320F2802，TMS320 F2806，TMS320F2808，TMS320F2809）是PIN TO PIN可兼容的器件，只是内部存储器和ADC速度上稍有差别，可以根据产品成本的需要进行更换方案中选择性能介于该系列DSP中间的TMS320F2808。TMS320F2808采用高性能静态CMOS技术；100MI/S的执行速度使得指令周期减小到了10ns，提高了控制器的实时控制能力；片内具有高达64K?16位的Flash存储器和18K?16位的SARAM，4K?16位的引导ROM，具有软件引导模式并且内部保存了标准的数学函数表；有3个外部中断，具有外设中断允许（PIE）模块，支持96个外设中断；具有16路PWM输出，4路HRPWM输出，4个外部捕获单元，2个正交编码器，6个32位时钟，6个16位时钟；3个32位时钟定时器；另外还有高达16个通道的12位ADC模块。TMS320F2812的外围接口包含4个串行外设接口（SPI）、两个串行通讯接口（SCI）即标准的UART，两个增强的区域控制器网（eCAN），一个I2C通信总线。
DSP的外围电路主要包括电源电路设计，时钟和复位电路和上位机通讯接口，与ADC，DAC的接口电路。
1、电源电路
TMS320F2808采用高性能静态CMOS 技术，低功耗，由双路电源供电：内核是1.8V，I/O端口是3.3V。同时实际中常用电源为5V，因此电源芯片选择了TI 公司的双路输出低压差线性稳压器TPS73HD318，它是一款DSP专用芯片，供电电压为3.97V~10V，能够提供一路恒定的3.3V电压和一路恒定的1.8 V电压，每路输出电流为0～750mA。
TMS320F2808需要数字和模拟两种电源，所以电路中同时存在数字地和模拟地，为防止互相干扰，采用单点接地的方法，数字地和模拟地通过一磁珠相连。
2、时钟、复位电路
TMS320F280x系列的DSP芯片有片上振荡器和锁相环路(PLL)组成的时钟模块，为器件提供所有必须的时钟信号。其中锁相环有4种倍频设置位，可以为处理器提供各种速度的时钟信号。时钟模块提供两种操作模式，分别为： 1）内部振荡器：如果使用了内部振荡器，则必须在X1/XCLKIN和X2两个引脚之间连接一个石英晶体。
2）外部时钟源：如果采用外部时钟，可以将输入的时钟信号直接连接到X1/XCLKIN引脚上，而X2悬空。在这种情况下，不使用内部振荡器。
在本次设计中，选择使用内部振荡器操作模式，具体电路图如图17所示：
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