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1、毕 业 设 计 微电流检测器设计 指导教师 讲师学院名称工程学院 专业名称自动化论文提交日期2011年5月 论文答辩日期2011年5月答辩委员会主席 _评 阅 人 _摘 要近年来,微弱电流信号检测技术在信号处理、电视技术、测量技术、通信技术、信息运算多媒体技术以及一般的电子电路设计等领域得到了非常广泛的应用，并极大地促进了相关技术领域的迅速发展,例如军事侦察、物理学、化学、电化学、生物医学、天文学、地学、磁学等。随着科学技术的发展，对微弱信号进行检测的需要日益迫切，微弱信号检测是发展高新技术、探索及发现新的自然规律的重要手段，对推动相关领域的发展具有重要的意义。微弱是相对于噪声而言的，所以只靠
2、放大并不能检测出微弱信号，只有在有效地抑制噪声的条件下增大微弱信号的幅度,才能提取出有用信号。因此,必须研究微弱信号检测的理论方法和设备,包括噪声的来源和性质,分析噪声产生的原因和规律以及噪声的传播途径,有针对性地采取有效措施抑制噪声。本设计制作的微电流检测电路,是以AT89S52芯片为核心实现对微电流信号进行检测并显示,利用两个斩波稳零式高精度运放ICL7650组成的放大模块电路,实现I/V转换,将微电流信号转换成为电压信号,而两个相同高精度运放可以实现对电压信号的一二级放大,经两级放大后的电压通过ADC0809采样、A/D转换后传送给单片机AT89S52,之后单片机经过一些运算编程后控制,
3、将所要测得弱电流信号在LCD1602显示出来。能实现对1uA到2500uA微电流的实时检测。关键词：弱电流检测 AT89S52 ICL7650 ADC0809 目 录1 前言11.1 本课题的前景及意义11.2 国内外研究情况11.3 课题主要解决的问题21.4 微电流检测的噪声分析22 系统总体设计32.1 系统硬件总体框图32.2 系统的基本构成和实现的功能42.3 设计电路方案的比较43 系统硬件电路的分析53.1 系统模块电路设计及原理53.1.1 放大电路设计53.2.2 芯片结构73.3 单片机及显示系统设计83.3.1 单片机总体设计方案83.3.1 AT89S52简要介绍83.
4、3.2 AT89S52外围电路设计103.4 A/D 转换电路设计113.4.1 0809主要特性133.5 稳压电源设计133.6 LCD1602显示144 系统软件设计与调试144.1 系统软件程序框图144.2 ADC0809程序设计154.3 系统的Proteus仿真154.4 调试结果与分析165 总结17致谢参考文献英文摘要附录毕业设计成绩评定表1 前言1.1 本课题的前景及意义研究微弱信号检测的理论、方法和设备，包括噪声的来源和性质，分析噪声产生的原因和规律以及噪声的传播途径，有针对性地采取有效措施抑制噪声。微弱信号检测技术在许多领域具有广泛的应用，例如军事侦察、物理学、化学、电
5、化学、生物医学、天文学、地学、磁学等。随着科学技术的发展，对微弱信号进行检测的需要日益迫切，微弱信号检测是发展高新技术、探索及发现新的自然规律的重要手段，对推动相关领域的发展具有重要的意义。微弱信号检测1就是利用近代电子学和信号处理方法从噪声中提取有用信号的一门新兴技术科学，其注重的是如何抑制噪声并提高信噪比。因此可以说，微弱信号检测是一门专门抑制噪声的技术。微电流检测属于微弱信号检测的一个分支，当然也是一门针对噪声的技术，它注重的不是传感器的物理模型和传感原理、相应的信号转换电路和仪表实现方法，而是如何抑制噪声和提高信噪比。该技术在军事侦察、物理学、化学、电化学、生物医学、天文学、地学、磁学
6、等许多领域具有广泛的应用。例如，近年来，随着生物芯片的高速发展，生物传感器的研究与开发呈现出突飞猛进的局面，各类传感器应运而生。其中，通过酶传感器研究分子水平上的生命现象是当前的一个研究热点。生物微电极是这种研究的重要工具，它具有极快的响应速度和高信噪比，可作为电化学探针深人待测体系，在微区分析、生物活体监测以及快速电化学反应等方面具有独特的优势。微电极大多为电流输出型，安培型免疫传感器即是通过制备微电极并进行相应的敏感膜的固定化，利用抗原抗体之间的亲和作用以及酶的催化放大作用，通过检测产生的微弱电流信号，从而实现生物分子的检测与识别，有持久和广阔的发展空间。又如，微弱信号检测技术应用于扫描探
7、针显微镜。根据文献2，对于微电流检测，目前己有的检测方法(器件)有高输入阻抗法、运算放大器直接放大、噪声分析法、单片机程控、免疫微传感器性物芯片)、光电藕合器、混沌检测法、小波分析法、窄带滤波法、双路消噪法、同步累积法、锁定接收法、相关检测法等.1.2 国内外研究情况根据文献3，目前国内微电流检测的研究精度为10-16，其代表产品为EsT121型数字超高阻、微电流测量仪 ，其微电流测量精度最高为lx10一16A；而国外的研究精度为10-17A(美国吉时利仪器公司)，并已形成系列产品。微弱信号检测技术用电子学、信息论、计算机和物理学的方法，分析噪声产生的原因和规律，研究被测信号的特点以及相关性，
8、检测被噪声淹没的微弱有用信号。微弱信号检测的宗旨是研究如何从强噪声中提取有用的信号，任务是研究微弱信号检测的理论、探索新方法和新技术，从而将其应用于各个学科领域中。常见的微弱信号检测方法4根据信号本身的特点不同，一般有三条途径：一是降低传感器与放大器的固有噪声，尽量提高其信噪比；二是研制适合微弱检测原理并能满足特殊需要的器件（如锁相放大器等）；三是利用微弱信号检测技术，通过各种手段提取弱信号，锁相放大器由于具有中心频率稳定，通频带窄，品质因数高等优点得到了广泛的应用。利用锁相放大技术可以对视频微弱信号进行提取，即将窄带低频信号或者通过激励方式转化成在低频基带上调幅信号的直流、缓变微弱信号进行前
9、置放大后，经过频谱搬移和低通滤波获取信号的真实值。该方法能克服工频干扰的影响；避开1/f低频噪声；同时避免直流放大器的温度、零点漂移；抑制噪声，极大地提高信噪比。1.3 课题主要解决的问题 本课题所要解决的主要问题是在硬件设计过程中对各元器件的合理选择，使得测得的结果在所要求的指标之内；电路板的设计合理布局，减少一些不必要的干扰，减小干扰对微弱电流的放大是很有必要的，其干扰源来自多方面，有的来自器件本身，有的来自外部。除了选择稳定性好、噪声小的器件外，在电路上和工艺上采取了相应的措施。有效地提高检测灵敏度是弱信号检测的关键，采取的措施包括电路板绘制、硬件电路和软件设计等方面。经过计算选择特定的
10、放大电路参数，从而实现了微变信号的放大。1.4 微电流检测的噪声分析“微弱信号”主要指的是被噪声淹没的信号，“微弱”是相对于噪声而言的。微弱信号检测是一门专门抑制噪声的技术，其首要任务是提高信噪比。因为只靠放大是不能把微弱信号检测出来的。只有在有效抑制噪声的条件下增大微弱信号的幅度，才能提取出有用信号。所以，必须熟悉噪声的种类、特性、有关元器件的噪声模型和噪声的传播机理，才能做到有的放矢。噪声分析体噪声5的频率一般都在1兆HZ以上，远越出了一般检测系统的频带范围，对普通检测仪表影响不大。机械起源噪声：在非电起源噪声中，机械起源占多数。由机械振动或运动转换为电噪声的机一电传感机理有很多种，常见的
11、有摩擦生电效应噪声、导体在磁场中的运动而产生的噪声、压电效应噪声、颤噪效应噪声(等效电容容量因机械振动而产生变化，从而产生噪声电压)。其他噪声源:包括电化学噪声、温度变化引起的噪声、触点噪声等。例如，某些电化学物质(如助焊剂)与湿气混合就有可能形成电解液，与其接触的电路中不同的金属间就可能构成一个电化学电池;不同金属的两个接点若分别处于不同的温度，则会产生正比于温差的热电势;有些电阻的阻值随温度变化明显、PN结的正向压降也随温度变化，这些都会把温度变化转换为电压或电流的变化;机械振动或温度变化会导致接触不良的插座、开关触点及焊接不良的焊点的接触电阻阻值发生变化，当电流流过变化的接触电阻时，也会
12、形成噪声电压到输入端而产生的噪声。反射噪声:因前后级电路不匹配，使长线传输的信号在接点处引起反射，产生相移，从而引起叠加在信号上的噪声。脉冲式噪声：数字电路中的脉冲信号、晶体振荡产生的时钟频率脉冲等通过各种方式(如公共阻抗祸合)对其他电路产生干扰。开关式噪声:开关电路(如晶体管、可控硅开关)在工作时所产生的尖峰脉冲噪声。2 系统总体设计2.1 系统硬件总体框图本系统原理硬件框图如图2-1所示，硬件主要由单片机最小系统硬件电路、LED1602显示电路、A/D转换电路和放大电路组成。 P1A T 8 P2.2 9 SP2.1 5P2.0 2 RXD TXD1602ADC0809 放大模块I/V转换
13、电路差分放大电路微电流信号图2-1 系统原理硬件框图2.2 系统的基本构成和实现的功能 该设计电路包含由电流-电压转换电路、差动放大电路、驱动电路、A/D转换系统和显示电路组成，将弱电流测量并显示出来。技术指标要求测量电流范围0.001-2.5mA，误差小于1.3%。2.3 设计电路方案的比较弱电流检测电路的设计实现方案如下：方案一：如图2-2所示，采用32位16位DSP作为系统的核心控制芯片6。首先，微弱信号经DSP内部AD直接采集信号，再由DSP控制12864液晶显示电流值，该方案很好，功能很强大，缺点就是技术含量太高，DSP应用还不广泛。 12864液晶显示DSP放大电路 图2-2 液晶
14、显示法测量方案二：运算放大器（T型电阻网络+单片机）此类测量方法7的前级都是运用较高精度的运算放大器直接进行I- V转换，其转换原理：R0为运算放大器的输入限流保护电阻;Rl与Cl组成反馈补偿网络，降低带宽，防止Rl、R2、R3与q移相产生自激振荡;Rl与R2、R3组成T型电阻网络，用以对微电流进行进一步的放大，其放大系数表达式为 (1+R3/R2)Rl，凡与C组成低通滤波器，用以滤除运放的高频噪音，包含AD转换的电压放大单元，有用模拟电路放大的，也有用程控电压放大器(专用电压放大芯片)放大的，此时它受单片机的控制，单片机主要担任控制与计算任务，可以实现自换量程、自动校零等功能。此种方法可以放
15、大的微电流的级别视运算放大器的综合性能而定，但一般不能精确放大pA级及更微弱的信号8。 图2-3 T型网络方案方案三：如图2-4所示，采用51单片机作为系统的核心控制芯片，弱电流信号经I/V变换以及差分放大后成为电压信号，再经ADC0809进行信号采集以及A/D转换，51单片机通过ADC0809把弱电流信号读进来，再经过单片机一系列的运算，算出对应的电流值，最后将该值通过LED显示出来。系统框图如下：LED静态显示放大电路 ADC808951单片机图2-4 ADC0809采样LED显示该方案与其他二个相比，不仅能实现设计的要求，每一部分都是现在比较常用的电器元器件，加上51单片机对我们比较熟悉
16、，而且芯片价格也不高，比较适合。因此在经过一番考虑后最后决定采用此方案来设计电路。3 系统硬件电路的分析3.1 系统模块电路设计及原理3.1.1 放大电路设计随着场效应管技术的发展，输入阻抗在 1012以上的运放已不少，如LF357，但是并不是高阻运放都能做出高性能微电流放大器，为了提高测量灵敏度,反馈电阻R f 常取109以上, 近似于开环放大，所以线性范围小,调零和稳零很困难，且高阻R f 与分布电容、负载电容产生相移,容易自激振荡。ICL7650是采用CMOS工艺集成的斩波稳零高精度运放, 输入电阻为1012,偏置电流250C 时1.5pA，输入失调电压1LV，失调电压温度系数为0.01
17、 LV /C，共模抑制比为130dB，性优价廉，尤其具有其他高阻运放没有的自动稳零优点，适合作缓变微电流放大器，但是斩波频率低(200 Hz)，输出信号有斩波尖峰噪声,要接较大时间常数的低通滤波器，所以不适合测量快变信号。采用特别适合于微弱信号放大的断续稳零超低漂移运算放大器ICL7650（共模抑制比高达140dB，输入偏置电流低于10pA，常温下开环增益达到150 dB，带宽为2MHz）进行同相比例放大，主要是对一级输出的电压信号进行2次放大调整以满足后续电子处理对信号的要求。ICL7650芯片9是利用动态校零技术和CMOS工艺制作的斩波稳零式高精度运放，它具有失调小、输入偏置电流小、增益高
18、、共模抑制能力强、响应快、漂移低、性能稳定及价格低廉等优点。基于 ICL7650 运放的微电流放大器应用于弗兰克赫兹实验测量仪中, 实验表明, 电流分辨率 10- 12A, 量程由单片机控制在 10- 12 10- 9A自动转换, 自动校零, 响应时间小于0.1s, 不需预热, 漂移小, 稳定可靠, 整体性能优于静电计管微电流放大器,其组成的放大电路设计如图3-1所示：图3-1 放大电路其仿真电路如下： 图3-2 电路仿真从以上仿真我们可以看到，到输入2500uA的时候，I/V转换放大电路的输出端为5V,由于单片机原因，只能检测到0V到5V的电压，因此，该放大电路理论上能检测到0uA到2500
19、uA的微电流。实际因为选用的8位的AD转换，单片机进位为0.19mV，即每4uA才能引起单片机的变化，实际理论是10uA到2500uA。3.2.2 芯片结构ICL7650是采用14脚双列直插式和8脚金属壳两种封装形式，图3-3所示的是最常用的14脚双列直插式封装的引脚排列图。各引脚的功能说明如下：（1）CEXTB：外接电容CEXTB；（2）CEXTA：外接电容CEXTA；（3）IN：反相输入端；（4）IN：同相输入端；（5）V：负电源端；（6）CRETN：CEXTA和CEXTB的公共端； （7）OUTCLAMP：箝位端；（8）OUTPUT：输出端；（9）V：正电源端；（10）INTCLKOUT
20、：时钟输出端；（11）EXTCLKIN：时钟输入端； 图3-3 ICL7650的引脚排列图INT/EXT时钟控制端，可通过该端选择使用内部或外部时钟。当选择外部时钟时，该端须接负电源端（V），并且在时钟输入端（EXTCLKIN）引入外部时钟信号。当该端开路或接V时，电路将使用内部时钟去控制其它电路的工作。 3.3 单片机及显示系统设计3.3.1 单片机总体设计方案如图3-4所示，其包含A/D转换，单片机，单片机外围电路（晶振部分），LCD1602显示等。采用的芯片是AT89S52。 图3-4 单片机与显示系统3.3.1 AT89S52简要介绍美国ATMEL公司的AT89S系列51单片机支持IS
21、P功能，给单片机应用开发带来了极大方便。现介绍一款简易型开发板的使用方法。将该板插入封装的8051单片机插座处，通过廉价的ISP即可编程AT89S52，支持在线擦写，速度更快，非常方便。AT89S52单片机具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，3个16 位定时器/计数器，1个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片
22、机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。（1）主要性能（a）与MCS-51单片机产品兼容（b）8K字节在系统可编程Flash存储器（c）1000次擦写周期（d）全静态操作：0Hz33MHz（e）三级加密程序存储器（f）32个可编程I/O口线（g）三个16位定时器/计数器（h）八个中断源（i）全双工UART串行通道（j）低功耗空闲和掉电模式（k）掉电后中断可唤醒（l）看门狗定时器（m）双数据指针（n）掉电标识符（2）AT89S52增加的新功能包括：（a）ISP在线编程功能，这个功能的优势在于改写单片机存储器内的程序不需要把芯片从工作环境中剥离，是一个强大易用的功能。（b）工作频率为33MH
23、z，我们都知道AT89C51的极限工作频率仅有24MHz，就是说S52具有更高工作频率，从而具有了更快的计算速度。（c）具有双工UART串行通道。（d）内部集成看门狗计时器，不再需要像AT89C51那样外接看门狗计时器单元电路。（e）双数据指示器。（f）电源关闭标识。（g）全新的加密算法，这使得对于AT89S52的解密变为不可能，程序的保密性大大加强，这样就可以有效的保护知识产权不被侵犯。（h）兼容性方面：向下完全兼容51全部字系列产品。比如8051、AT89C51等等早期MCS-51兼容产品。也就是说所有教科书、网络教程上的程序（不论教科书上采用的单片机是8051还是AT89C51还是MCS
24、-51等等），在AT89S52上一样可以照常运行，这就是所谓的向下兼容。3.3.2 AT89S52外围电路设计本系统的AT89S52外围硬件电路主要包括复位电路、时钟电路和其他外围电路（包括AD还显示电路），下面将对这几块电路做具体的阐述。（1) 复位电路为了使单片机在上电后能进行正确的系统操作，必须首先使系统复位。将RST 脚保持至少两个机器周期高电平（12时钟模式为24个振荡器周期，6时模式为12振荡器周期）可实现复位。为了保证上电复位的可靠性，RST保持高电平的时间至少为振荡器启动时间（通常为几个毫秒）再加上两个机器周期。复位后振荡器以12时钟模式运行（当已通过并行编程器设置为6时钟模式
25、时除外）。复位电路的基本功能：是系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。为可靠起见电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。如图3-6左中所示的复位电路可以实现上述基本功能，左边的电路为高电平复位有效，右边为低电平，按钮为手动复位开关 C3可避免高频谐波对电路的干扰。（2) 时钟电路时钟电路为单片机产生时序脉冲，单片机所有运算与控制过程都是在统一的时序脉冲的驱动下的进行的，时钟电路就如同人的心脏。当采用内部时钟时，连接方法如图3-5左上所示，在晶振引脚XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）引脚之间接入一个11.059
26、2MHz或者12MHz的晶振，两个引脚对地分别再接入一个电容即可产生所需的时钟信号，电容的容量一般在几十皮法，如33pF，30 pF。（3）其他外围电路单片机的31脚EA为片外程序存储器访问允许信号，低电平有效。=1，选择片内程序存储器；=0，则程序存储器全部在片外而不管片内是否有程序存储器。本设计由于只用到片内程序存储器，所以EA要接高电平。由于单片机P0口内部没有上拉电阻，所以要自己在外部添加上拉电阻5.1k或者4.7k。单片机芯片的20脚接地，40脚接5V的正电源。 图 3-5 单片机线路3.4 A/D 转换电路设计A/D转换器10的作用是把输入的模拟信号转换成数字形式，使得CPU能够处
27、理从被测电路接收到的模拟信号。ADC0809的工作过程首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 A/D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A/D转换完成，EOC变为高电平，指示A/D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平 时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。转换数据的传送 A/D转换后得到的数据应及时传送给单片机进行处理。数据传送的关键问题是如何确认A/D转换的完成，因为只有确认完成后，才能进行传送。A/D转换器的选择原
28、则如下：（1）根据前向通道的总误差，选择A/D转换器精度及分辨力。应将综合精度在各个环节上进行分配，以确定对A/D转换器精度要求，据此确定A/D转换器的位数。（2）根据信号对象的变化率及转换精度要求，确定A/D转换的速度，以保证系统的实时要求。（3）根据环境条件选择A/D转换芯片的一些环境参数要求，如工作温度、功耗、可靠性等指标。（4）根据计算机接口特征，考虑如何选择A/D转换器的输出状态。本设计选用逐次逼近型的转换芯片ADC0809集成转换器，它是一个八通道多路开关、单片CMOS模/数转换器，每个通道均能转换出8位数字量，它是逐次逼近比较型转换器，包括一个高阻抗斩波比较器、一个带有256个电
29、阻分压器的树状开关网络、一个控制逻辑环节和八位逐次逼近数码寄存器，最后输出级有一个八位三态输出锁存器。ADC0809 芯片性能特点：是一个逐次逼近型的A/D 转换器，外部供给基准电压；分辨率为8位，带有三态输出锁存器，转换结束时，可由CPU 打开三态门，读出8 位的转换结果；有8个模拟量的输入端，可引入8路待转换的模拟量；单通道转换时间116s。ADC0809 的数据输出结构是内部有可控的三态缓冲器，所以它的数字量输出信号线可以与系统的数据总线直接相连。内部的三态缓冲器由OE控制，当OE的电平为高时，三态缓冲器打开，将转换结果送出；当OE的电平为低时，三态缓冲器处于阻断状态，内部数据对外部的数
30、据总线没有影响。因此，在实际应用中，如果转换结束，要读取转换后的结果，则只要在OE引脚上加一个正脉冲，ADC0809就会将转换结果送到数据总线上。ADC0809的电路如图3-6所示。 图3-6 A/D转换电路 3.4.1 0809主要特性（1）8路8位A/D转换器，即分辨率8位。（2）具有转换起停控制端。 （3）转换时间为100us。（4）单个5V电源供电 。（5）模拟输入电压范围05V，不需零点和满刻度校准。 （6）工作温度范围为-4085摄氏度。 （7）低功耗，约15mW。 ADC0809的工作过程是：首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之
31、一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动A/D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A/D转换完成，EOC变为高电平，指示A/D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。本设计中ADC0809的连接图如图3-6所示，因为系统中只用到IN0，所以要将ADDA，ADDB，ADDC一起接地。3.5 稳压电源设计 本次设计需要用到的电源均有自己调试并完成的稳压电源，能够输出正5V和负5V电压，并且能为本系统提供地线。其电路原理图如3-7所示：图3-7 电源部分用lm78/lm79系列三
32、端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。3.6 LCD1602显示液晶显示器（LCD）以其具有功耗低,体积小,重量轻,超薄等许多其他显示器无法比拟的优点，而被广泛用于单片机控制的智能仪器、仪表和低功耗电子产品中。LCD 智能显示模块不但可以显示字符汉字和图像，同时具有可编程功能， 且与单片机接口比较方便， LCD1602 如图3-8所示是一种字符型液晶显示模块。 图3-8 LCD显示4 系统软件设计与调试4.1 系统软件程序框图控制主程序是系统软件的主程序，是整个仪器软件的核心，上电复位后仪器进入主程序执行命令。主
33、程序流程图如图4-1所示。主程序开始开始初始化读 A D单片机输出1602 显示图4-1 程序框图4.2 ADC0809程序设计void get_ad()/读AD子程序start=0;start=1; /给start一个脉冲start=0;while(eoc=0) /等待AD转换结束ad_data=P1; /读取AD值，数据口为单片机的P1口ADC0809读取程序是非常简单的，只需给start一个脉冲，等待转换结束标志位eoc为1时，即可读取AD值。4.3 系统的Proteus仿真电流信号，再经过由ICL7650组成的放大电路后转换为电压信号，通过ADC0809采样、A/D转换后输出到单片机，
34、利用单片机来驱动显示LED1602。 放大后的电压信号，根据两级运放的放大倍数，通过单片机运算后，就可以测得对应的电流为0.01-2.50mA。 图4-2 电流检测4.4 调试结果与分析如表1所示为理论值与实测数据的对比表1 数据分析输入电流（uA）实测电流（uA）误差（uA）101225055516015552502588500510102500255050 误差分析:首先因为选用的8位的A/D转换，造成单片机的精度读取不是很高，经计算单片机进位为0.19mV，即每4uA才能引起单片机的变化，这个首先引起了必然的误差，其实是程序算法进位溢出的问题的，造成误差，所以当电流越大的时候，就会把这个
35、误差放大；最后跟测量时候电阻电流电压的稳定性也有关系。5 总结本文是以AT89S52芯片为核心实现对微电流信号进行检测并显示，利用两个斩波稳零式高精度运放ICL7650组成的放大模块电路,实现I/V转换,将微电流信号转换成为电压信号,通过ADC0809采样、A/D转换后传送给单片机AT89S52,之后单片机经过一些运算编程后控制,将所要测得弱电流信号在LCD1602显示出来。能实现对10uA到2500uA微电流的实时检测。本文所进行的主要工作如下：（1）搜集国内外有关微电流研究的进展，介绍研究的前景和意义，当前需要的解决的难题和微电流检测的噪声分析。 （2）分析了几种微电流测量的方案，通过对每
36、个方案的分析，选择的51单片机微电流检测方案 （3）利用和Multism和分Proteus别对放大电路，整个单片机系统进行了仿真分析。（4）制作了硬件电路，并进行了实验研究，实验表明，该硬件电路可以检测10uA到2500uA的直流微电流，误差范围小于1.3%。致 谢本次设计过程是在杨秀丽老师的指导下完成的。在电路设计、调试和写论文的过程中，老师和很多同学都给与了我指导和帮助以及与设计相关的建议，在我失败、有时候走弯路的时候，他们热心地帮助我，使得我走出了困境，同时培养了我良好的工作态度和严谨的工作作风。这将非常有利于我们今后的学习和工作。在此表示衷心的感谢！同时也对评阅本论文的各位老师致以诚挚
37、的谢意！最后，向所有关心、支持、帮助过我的各位老师、领导、同学和朋友们再次表示诚挚的感谢!参 考 文 献1于丽霞,王福明.2007.微弱信号检测技术综述.信息技术,2:115-1162Guanyu Wang 1999. The Application of Chaotic Oscillators to Weak Signal DetectionJ.IEEE Transaction on Industrial Electronics,2:1182-11923陈正涛.2006.微弱信号相关检测技术综述J.科技广场,7:27-294Huang Shaomin,Zang Guangfa. 2000.
38、Digital lock-in amplifier based on DSP and sampling ADCJ.Journal of Data Acquisition and Processing ,15(20):222-2255于海洋,袁瑞铭,王长瑞. 2006.微电流测量方法评述J.华北电力技术,11:51-546屠忠遂,冯纪先,瞿绳武.1988.一个系统的弱信号测量电路J.武汉大学学报,4：45-517林凌,王小林,李刚.2005.一种新型锁相放大器检测电路J.天津大学学报,38（1）：56-868肖寅东,赵辉,王厚军.2007.基于锁相放大微弱信号检测电路前置滤波器的设计.测控技术，
39、26（3）：86-889丁镇生. 1998.Icl7650应用测试的研究J.大连铁道学院学报,3(19):48-5010宋凤娟,付侃,薛雅丽.2010. AT89S52单片机高速A/D转换方法.煤矿机械，3（6）：49-50Micro Electric Current Detection)Abstract: In recent years, with the developmemt of weak current signal detection technology in signal processing, TV technique, measurement technology and
40、communication technology, multimedia technology and general information operations of electronic circuit design etc. It obtained very extensive application, and greatly promoted the rapid development of the related technical field, such as military reconnaissance, physics, chemistry, electrochemical
41、 and biological medicine and astronomy, geological, magnetism, etc. With the development of science and technology, testing for weak signal the need of weak signal detection is imperative, the development of high and new technology is exploring and discover new, an important means of natural law, to
42、 promote the development of the related areas of importance. Weak signal is relative to the noise, so only by the concerned to enlarge ,or it cannot detect weak signal, only in effectively suppress noise conditions of weak signal amplitude of the increase to extract useful signal. Therefore, we must
43、 study the theory of weak signal detection method and equipment, including noise source and properties, analysis of noise formation reasons .The design of the weak current detection circuit based on AT89S52 chip as the core of the current weak signal detection and display. Launched optical signal fr
44、om the light source through optical probe into the weak after the current signal, using two high-precision chopper stabilized op amp-type ICL7650 enlarge the composition of the optoelectronics module circuit, it can be achieved I/V conversion, the photoelectric conversion the current signal after co
45、nversion as a voltage signal, and two identical high-precision operational amplifier can be achieved on the voltage signal amplification. Amplified by the voltage levels through the ADC0809 sampling, A/D converted to the single-chip transmission AT89S52, after some calculations after the single-chip programmed to control driven by the 1602 circuit LE
