1 方案论证
1.1 功率放大电路方案1: 搭建THS3091功放电路。集成功放芯片输出稳定，但该芯片输出电流小于题中要求的1A以上的电流，故不采用该方案。 方案二: 压放式单推、单挽电路。方法与方案三类似。虽然它的各项导通特性高于方案二，但是单三极管只能半波输出，会导致失真。故不采用该方案。 方案三: 压放式推挽输出。波形经过NE5532运放进行幅值放大，再通过大功 率三极管驱动推挽输出放大电流。电路导通电阻小，管耗小，效率 高开关速度快，不过需要注意克服交越失真。所以采用此方案。
1.2 放大电路方案一: 用NE5532搭建运放电路。搭建同相比例放大电路，电路有输入阻抗大且输出阻抗小的特点。但由于电流互感后的电压值很小（小于120mv），故运放输出的信号特性也会变差。所以不采用该方案。 方案二: 用INA128搭建仪表放大电路。相较于运放电路，该电路在同样高增益下带宽余量很大，且输入偏置电流、电压很小，更适合放大该信号。故选择此方案。
２ 总体方案描述系统由推挽式功率放大电路、电流信号采集及FFT处理显示电路、互感式电流传感器这三部分组成。AD采集电流信号检测分析电路中取样电阻两端的电压，然后将采样数据进行FFT处理，以获得被测电流的各项特性，经过数据处理后由OLED液晶屏进行显示。 系统总框图如图1所示。
３ 理论分析与计算３.１ FFT采样点数和采样频率选择（谐波测量） STM32F103自带12位AD,采用3.3v的基准电压时,采样精度为3.300/4096=0.8(mv),满足项目需求。为提高采样精度，选取1024点的FFT。当测量50Hz-1KHz的正弦波时，需保证测量频率大于2KHz，这里在150Hz-1KHz区间选取f=2.56KHz，此时采样间隔频率为Ft=f/N=2.5Hz，则频率测量误差△f=±1.25Hz；在50Hz-150Hz区间选取f=1024Hz，△f=±0.5Hz。要求在测量区间内，频率的误差要小于1%，可知上述的采样频率选择满足要求。
３.２ 放大倍率选择（电流测量）放大倍率的选择和互感线圈输出的出来的信号的峰峰值有很大的关系。而互感线圈输出的信号的峰峰值和互感线圈的电感值、匝数比、材料、横截面积等等因素有关。我们通过自制多个线圈，从而找到最理想的线圈（互感线圈输出的信号大约为0.091mV到9.1mV）。然后由于stm32单片机AD可输入的信号峰峰值不能超过3.3V，所以，放大倍数选择为3300/9.1约等于360倍。 我们使用的放大器是TI公司生产的INA128仪用放大器，放大倍数理论上公式为Au=1+50k/RG，Au为360倍，RG取值为140欧姆。 但是经过我们实际发现，当RG取值为150欧姆，即放大倍数为334倍左右时，输出信号的峰峰值为30mV到3V，几乎达到单片机能测量的信号的最大范围。 ４电路与程序设计
见下图。
４.１主要硬件电路设计
4.1.1 功率放大电路设计 功率放大电路需要考虑很多的参数，分析本题可知，功放电路的输出电流必须达到1A，且最大功率必须大于10W。通过以上的分析，我们发现这个电路的指标要求并不是很高。所以采用了最简易且高效的运放通过推挽输出来增大驱动电流的方法。这个电路使用的元器件中最主要能影响功放性能的只有两种：运放和三极管。 由于信号的频率范围为50Hz到1kHz，且输入电压范围为100mV到10V，所以采用最常用的运放ne5532即可。并且更好的优点是它是双运放，可以大大的减小面积，而且成本低。 由于要求功放输出电流可以大于1A，所以要求要使用大功率三极管，而且最大功率不小于10W。所以采用NPN大功率三极管TIP142，和PNP大功率三极管TIP147。 4.1.2 放大电路设计 需要放大的信号非常小，只有不到1mV，所以要采用输入失调电压小的仪用放大器。并且为了使系统稳定，电路更简单，需要放大器的工作电压为正负电源供电，并且不小于+-12V。电路要求信号再1kHz时放大360倍，所以仪用放大器的增益带宽积不小于360k。综上所述，采用TI公司生产的INA128，可以完全达到要求。 按照INA128的数据手册上的应用电路，设计如图3所示的放大电路。 4.1.3 STM32测量系统设计 为了节约时间且提高单片机工作的稳定性,拟采用最小系统+稳压模块的方式搭建。电路系统的15V直流被稳压模块降到为5V,5V直流通过5v-3.3vDC转换电路为OLED屏和stm32供电。该设计简单,不需要搭建其他的外围电路。
4.2软件设计在本系统中,单片机负责处理的部分有: (1) AD信号的采集与FFT处理计算 (2) OLED屏控制与显示 具体说明如下: I.AD采样频率为1024Hz或2560Hz时，AD采样速度需要达到25KHz以上。对采样回来的1024个数据进行FFT，判断其基波频率范围，再进一步选择合适的采样频率再次取样、FFT，来获得更准确的频率、幅值测量。为保证测量精度，多次采样进行数字滤波后用OLED显示基波频率和幅值以及其二次至五次谐波的幅值。 Ⅱ.为了简化电路并有效利用STM32资源,和OLED采用IIC串口通讯。
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