集成運(yùn)放參數(shù)測試儀

1、1 方案比較與論證 32 理論與分析計(jì)算 43 電路圖及設(shè)計(jì)文件 61 硬件實(shí)現(xiàn)62 軟件實(shí)現(xiàn)84 測試數(shù)據(jù)與結(jié)果分析 95 參考文獻(xiàn)96 附錄 10附錄A 測試儀器 10附錄B 參考文獻(xiàn) 10附錄C 軟件程序 10集成運(yùn)放參數(shù)測試儀摘要：此集成運(yùn)放測試儀采用“輔助放大器”的測量方法，能測試 Vio（輸入失 調(diào)電壓）、Iio（輸入失調(diào)電流卜Avd （交流差模開環(huán)電壓增益）和Kcmr （交流共模抑 制比 ）四項(xiàng)基本參數(shù)，符合了題目的要求?？蓪Ω鞣N通用型集成運(yùn)放主要參數(shù)進(jìn)行測量，具有較好的精度，穩(wěn)定度和測量范圍。本設(shè)計(jì)由四個模塊電路組成：集成運(yùn)放參數(shù)測試電路、信號源發(fā)生電路、單片機(jī)控制電路、顯示與

2、鍵盤電路。關(guān)鍵詞： 集成運(yùn)放參數(shù)測試信號源 顯示 單片機(jī)Integrated operational amplifier parametermeasurementsystemAbstract: That the system is designed basing on a assistant amplifier includes main four modules a parameter measurement circuit of integrated operational amplifier 、 a signal generator 、 a single-chip microcomput

3、er controlled and a circuit of keyboard and display .It is proved to be precise measuredfour parametersof VIO、 I IO、 AVD and KCMR . Both the hardware and the software of the system are designed with modules. The parameter measurement system of integrated operational amplifier is characteristic of it

4、s high precision performance and fine stability.Key words: Integrated operational amplifier circuit Parameter measurement Signal resource Display Single-chip microcomputer27方案論證與比較1.1 對于信號源發(fā)生電路的方案論：方案一：利用FPG酥實(shí)現(xiàn)，通過DDSfc術(shù)產(chǎn)生頻率和幅度一定的信號源，用于對運(yùn)算放大器的參數(shù)測量。此方案的優(yōu)點(diǎn)是：完全依靠于數(shù)字化的測量，處理速度快，實(shí)時(shí)性好。缺點(diǎn)是：成本高，針對本題目的要求，完全可采用

5、通用性好，性價(jià)比較高的電路。方案二：用AD985葉成頻率為5Hz電壓有效值為4V的正弦波。采用AD9850勺最大優(yōu)點(diǎn)是頻率可控，一般不需要外界的附加電路便可以實(shí)現(xiàn)，給電路的設(shè)計(jì)帶來方便，缺點(diǎn)是：實(shí)時(shí)性較差、系統(tǒng)復(fù)雜，造價(jià)稍高，需要較多的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)。方案三：采用 8038集成函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生信號源信號，頻率的設(shè)置利用外圍電阻、電容值的計(jì)算來實(shí)現(xiàn)。通用性較好，價(jià)格較為適宜。其產(chǎn)生的5HZ的正弦波符合要求，頻穩(wěn)度比較好，是一款很具實(shí)用性的應(yīng)用電路。對以上三種方案的性價(jià)比進(jìn)行比較，以及對題目要求所能達(dá)到的符合度，我們決定采用第三套方案。利用盡量通用而價(jià)格較低的器件來達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。對于集成運(yùn)放測試電路，在

6、多方面比較了其它測量電路之后，我們決定采 用對標(biāo)準(zhǔn)電路進(jìn)行改進(jìn)組合，從而進(jìn)行四組基本參數(shù)的測量的方式。1.2 控制電路的方案論證方案一用單片機(jī)控制八位或十位AD轉(zhuǎn)換器（AD0809l?）,優(yōu)點(diǎn)：易購買，而且價(jià) 格便宜。缺點(diǎn)：八位AD轉(zhuǎn)換是并行輸出，占用單片機(jī)的接口太多，而且精度不 高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于題目的要求。在此電路設(shè)計(jì)中單片機(jī)要控制顯示部分和開關(guān)部分，需要接口較多，不能再被AD轉(zhuǎn)換過于占用。故未采用此電路。方案二單片控制AD774此芯片是十二位AD轉(zhuǎn)換，能夠進(jìn)行高速的AD轉(zhuǎn)換，可 達(dá)8us,并且具有010V和020V兩檔可選模擬量通道輸入，精度較之八位 和十位AD轉(zhuǎn)換器要高出許多，鑒于以上兩點(diǎn)，

7、我們采用了 AD7741.3 顯示部分方案論證方案一用74LS164域74HC164耶動4位LED顯示.此方案為靜態(tài)顯示，共需要四 片74LS164,這樣就會導(dǎo)致電路連線復(fù)雜,易出錯.方案二用CD4511B動四位LED數(shù)碼管進(jìn)行動態(tài)顯示.此方案雖硬件電路稍顯簡單 但其動態(tài)顯示并不足夠穩(wěn)定.方案三采用由MAXI泌司生產(chǎn)的專用數(shù)碼管顯示 MAX7219區(qū)動電路解決上述問題 0MAX7219是八位串行共陰LED數(shù)碼管動態(tài)掃描驅(qū)動電路，具峰值段電流 可達(dá)40mA,最高串行掃描速率為10MHz,典型掃描速率為1300Hz,僅使用單 片機(jī)3個I/O 口，即可完成對八位LED數(shù)碼管的顯示控制和驅(qū)動，而且亮度

8、可 控，數(shù)碼管掃描位數(shù)可選，線路簡單，控制方便，外圍電路僅需一個電阻設(shè)定峰值段電流，同時(shí)可以通過軟件設(shè)定其顯示亮度；還可以通過級聯(lián)，完成對多 于八位的數(shù)碼管的控制顯示。值得一提的是，當(dāng)工作于關(guān)閉( SHUTDOWN)方 式時(shí)，不僅單片機(jī)仍可對其傳送數(shù)據(jù)和修改控制方式，而且芯片耗電僅為 150uAo具體接法見圖3-5二理論分析與計(jì)算2.1 Vio、Iio電參數(shù)測試原理圖Rf圖2-1 在K1、K2閉合時(shí)，測得輔助運(yùn)放的輸出電壓記為 VL0,則有:RVio =iVloRfR 在Ki、K2閉合時(shí)，測得輔助運(yùn)放的輸出電壓記為Vlo ；在Ki、K2斷開時(shí)，測得輔助運(yùn)放的輸出電壓記為VL1,則有：I c =

9、R VL1 -VL0IO R R Rif2.2 Avd電參數(shù)的測試原理與測試原理圖RfCD圖2-2設(shè)信號源輸出電壓為Vs,測得輔助運(yùn)放輸出電壓為VL0,則有AvdV R R 201g VO i(dB)2.3 Kcmr電參數(shù)的測試原理與測試原理圖Rf被測運(yùn)放輔助運(yùn)放VL0數(shù)字示波器圖2-3信號源設(shè)信號源輸出電壓為Vs,測得輔助運(yùn)放輸出電壓為VL0,則有Kcmr=201g VLO i R(dB)2.4 正弦波頻率參數(shù)計(jì)算:V*FIGURE圖2-4正弦波信號發(fā)生器f=0.33/RC當(dāng)f=5HZ時(shí)RC=0.066取 C=1UF貝U R=66K由于可能存在誤差所以我們選擇了 100K的電阻進(jìn)行微調(diào)控制。

10、2.5 OPO滲數(shù)設(shè)置因?yàn)镮CL8038輸出的正弦波的有效值達(dá)不到4V,所以我們采用了一級運(yùn)放 OP07設(shè)定放大比例系數(shù)為1-5。取電阻值R=10K Rf=50K可調(diào)這樣通過調(diào)節(jié)Rf的值來使信號源的最后測試端的值達(dá)到要求。三電路圖及設(shè)計(jì)文件本設(shè)計(jì)主要是由四個部分構(gòu)成：測試電路，控制電路，顯示電路，信號源 電路。整體框圖如圖3-1 :3.1整體框圖鍵盤與顯示控制電路運(yùn)放參數(shù)測試電路信號源被測運(yùn)放3-1基本框圖硬件部分它是一種具有多種波形輸出的精密振蕩集成圖3.23.2.1 信號源利用ICL8038產(chǎn)生正弦波信號。電路，只需調(diào)整個別的外部元件就能產(chǎn)生從 0.001Hz300kHz的低失真正弦波、

11、三角波、矩形波等脈沖信號。輸出波形的頻率和占空比還可以由電流或電阻控 制。另外由于該芯片具有調(diào)頻信號輸入端，所以可以用來對低頻信號進(jìn)行頻率 調(diào)制。電路如圖3-2,頻率由RA RB和C的值來設(shè)置。具體參數(shù)計(jì)算在理論分析和 計(jì)算可見。T" V' DR GNDFIGURE 說圖3-2正弦波信號發(fā)生器3.2.2 控制電路測試電路是將題目AD744勺原理圖稍加修改，進(jìn)行整合，如圖 3-3。用 繼電器開關(guān)的導(dǎo)通與閉合來控制測試電路的不同狀態(tài)。從而利于單片機(jī)來控 制各繼電器的狀態(tài)。將測試電路輸出的量輸送給12BIT的AD774進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，采用12BIT的AD轉(zhuǎn)換器使整個電路的測試精度大大

12、提高了。圖3-3運(yùn)放參數(shù)測試電路控制部分采用鍵盤控制，在按下指定的鍵時(shí)控制電路會控制單片機(jī)去進(jìn)行不同參數(shù)的計(jì)算，如此使得參數(shù)測量操作簡單明了。如圖 3-4圖3-4AD轉(zhuǎn)換一 rmJJ顯示電路采用MAX7219區(qū)動顯示，由于MAX721眥同時(shí)驅(qū)動多個數(shù)碼從而 簡化的接線，另外它只需要三個單片機(jī)接口控制，減少煩瑣的驅(qū)動。ITB1*JExHETH3«cf0*L- 1kH K !-11圖3-5 MA刈區(qū)動顯示3.3軟件部分流程圖逐轉(zhuǎn)池北的國格是C1CH）惠用顯示轉(zhuǎn)揍結(jié)果(20H21K)_ 置位域生汗關(guān)iL出豈處理V1t志里處理，地堡程序匕處理程序四測試數(shù)據(jù)與測試方法4.1對頻率是5HZ,幅彳

13、t是4V的信號源的測試測量數(shù)據(jù)：頻率在5HZ和5.012之間有效值在3.964V4.04之間測試結(jié)果經(jīng)計(jì)算后誤差都在百分之一以內(nèi)，完全符合題目規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)4.2對作為標(biāo)準(zhǔn)的一組電路的測試分別測量根據(jù)原理圖提供的電路測量。測試結(jié)果如下：表一：測量數(shù)據(jù)表vVIAKCMdigital10.031V0.1Mvdigital2O.219V6.3Nadigital30.07V86dBdigital40.047V90Db（被測運(yùn)放為HA17741）五參考文獻(xiàn)1胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù).清華大學(xué)出版社，1996.2南建輝 熊鳴 王軍茹.MCS-51單片機(jī)原理及應(yīng)用實(shí)例.清華大學(xué)出版社, 2004.3李永敏

14、.檢測儀器電子電路.西北工業(yè)大學(xué)出版社，1996.4清華大學(xué)電子學(xué)教研組.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).高等教育出版社，2001.六 附錄A 元器件列表MAX7219LED數(shù)碼管繼電器運(yùn)放 OP07HA17741ICL8038AT89S52三極管： 8050晶振(12M)開關(guān)：單刀開關(guān)復(fù)位開關(guān)可調(diào)電阻：100K 1K電阻：1M 30K 10K 100Q 330Q 1K電容：10 產(chǎn) 5PF 104 1 FB 測試儀器1 個 江蘇揚(yáng)中1 個 江蘇揚(yáng)中1 個 江蘇揚(yáng)中1 個 江蘇揚(yáng)中1 個 清華大學(xué)1 個 北京革新科技有限公司1 個 北京革新科技有限公司附錄1. (YB54100)數(shù)字式示波器2. (YB16

15、02P)功率函數(shù)信號發(fā)生器3. (DT930F+)數(shù)字式萬用電表4. (YB1732A3A腮壓電源5. (TPE-AD3)電子技術(shù)學(xué)習(xí)機(jī)6. (E6000-L) 偉福7. SUPERPRO-GHC 程序ORG 0000HAJMP STARTORG 0003H;中斷入口LJMP KEYINT0ORG 000BHRETIORG 0013HRETIORG 001BHRETIORG 0023HRETIORG 002BHRETIORG 0050HSTART:SETB EASETB IT0SETB EX0;CPU 中斷開放;外部中斷0邊沿觸發(fā);外部中斷0中斷允許WAIT:SJMP WAIT;等待有鍵按下;

16、 鍵盤子程序部分KEYINT0:MOV 10H,#00HMOV A,P1JB ACC.4,SET1MOV 10H,#00HSETB P2.6CLR P2.5SETB P2.4SETB P2.3SJMP AD774SET1:JB ACC.5,SET2MOV 10H,#01HCLR P2.6CLR P2.5SETB P2.4SETB P2.3SJMP AD774SET2:JB ACC.6,SET3MOV 10H,#02HSETB P2.6SETB P2.5CLR P2.4SETB P2.3SJMP AD774SET3:JB ACC.7,WRODEALMOV 10H,#03HSETB P2.6SET

17、B P2.5SETB P2.4CLR P2.3SJMP AD774WRODEAL:MOV 10H,#00HSETB P2.6CLR P2.5SETB P2.4;(10H)為跳轉(zhuǎn)偏移量;繼電器開關(guān)控制測 Vio;測Iio;測 Avd; 測 Kcmr; 出錯處理;測 VioSETB P2.3;AD774 將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量轉(zhuǎn)換結(jié)果->(20H21H)AD774:LCALL DELAYCLR P3.6CLR P3.7NOPNOPMOV A,#7CHMOV R1,#20H;輸入數(shù)據(jù)區(qū)始址送R1MOV DPTR,#7DH ;12位的高 8位的地址送R0MOVX DPTR,A;啟動AD 轉(zhuǎn)換LOO

18、P:JBP2.7,LOOP ;若 STS=1,則連續(xù)查詢MOVX A,DPTR;讀 12位的高 8位送 AMOV R1,A;存入20HMOV DPTR,#7FH ;12位的低 4位的地址送R0INC R1;修改輸入數(shù)據(jù)區(qū)始址MOVX A,DPTR;讀 12位的低 4位送 AANL A,#0F0H;屏蔽低4位MOV R1,A;存入21H ; 散轉(zhuǎn)處理CONTIN:MOV DPTR,#TABDEALMOV A,10HMOV R1,ARL AADD A,R1JMP A+DPTRTABDEAL:LJMP VIOLJMP IIOLJMP AVDLJMP KCMR;VIO 處理程序VIO:MOV 30H,

19、20HMOV 31H,21HMOV R2,#00HMOV R3,20HMOV R4,21HMOV R5,#00HCLR CMOV A,R2RRC AMOV R2,AMOV A,R3RRC AMOV R3,AMOV A,R4RRC AMOV R4,ACLR CMOV A,R2RRC AMOV R2,AMOV A,R3RRC AMOV R3,AMOV A,R4RRC AMOV R4,ACLR CMOV A,R2RRC AMOV R2,AMOV A,R3RRC AMOV R3,AMOV A,R4RRC AMOV R4,AMOV R6,#1;取 316進(jìn)行誤差調(diào)整MOV R7,#60LCALL NDI

20、V1MOV A,R4MOV R2,AMOV A,R5MOV R3,ALCALL CBCDMOV A,R6ANL A,#0FHMOV 50H,AMOV A,R6SWAP AANL A,#0FHMOV 51H,AMOV A,R5ANL A,#0FHADD A,#80H MOV 52H,A MOV A,R5 SWAP AANL A,#0FH MOV 53H,A LCALL MAX7219 RETI;IIO 處理程序IIO:MOV A,21H CLR CSUBB A,31H MOV R5,A MOV A,20HSUBB A,30H MOV R4,A MOV R2,#00H MOV R3,#00H;取

21、986進(jìn)行誤差調(diào)整MOV R6,#03H MOV R7,#0DAH LCALL NDIV1MOV A,R4MOV R2,A MOV A,R5 MOV R3,A LCALL CBCDMOV A,R6 ANL A,#0FH MOV 50H,A MOV A,R6 SWAP AANL A,#0FH MOV 51H,A MOV A,R5ANL A,#0FH MOV 52H,A MOV A,R5 SWAP AANL A,#0FH ADD A,80HMOV 53H,ALCALL MAX7219RETI;AVD 處理程序AVD:MOV A,20HSWAP AMOV R2,AMOV A,21HSWAP AANL

22、 A,#0FHORL A,R2MOV R2,AMOV DPTR,#TABDB1MOVC A,A+DPTRMOV R5,AMOV A,R2MOV DPTR,#TABDB2MOVC A,A+DPTRMOV R6,AANL A,#0FHMOV 50H,AMOV A,R6SWAP AANL A,#0FHADD A,#80HMOV 51H,AMOV A,R5ANL A,#0FHMOV 52H,AMOV A,R5SWAP AANL A,#0FHMOV 53H,ALCALL MAX7219RETI;KCMR 處理程序KCMR:SJMP AVD ;Avd 與 Kcmr 計(jì)算公式相同TABDB1:DB 12H,

23、10H,10H,09H,09H,09H,09H,09H,08H,08HDB 08H,08H,08H,08H,08H,08H,08H,08H,08H,08HDB 08H,08H,08H,08H,08H,07H,07H,07H,07H,07HDB 07H,07H,07H,07H,07H,07H,07H,07H,07H,07HDB 07H,07H,07H,07H,07H,07H,07H,07H,07H,07HDB 07H,07H,07H,07H,07H,07H,07H,07H,07H,07HDB 07H,07H,07H,07H,07H,07H,07H,07H,07H,07HDB 07H,07H,07

24、H,07H,07H,07H,07H,07H,07H,06HDB 06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06HDB 06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06HDB 06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06HDB 06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06HDB 06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06HDB 06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06HDB 06H,06H,06H,06H,

25、06H,06H,06H,06H,06H,06HDB 06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06HDB 06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06HDB 06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06HDB 06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06HDB 06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06HDB 06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06HDB 06H,06H,06H,06H,06H,06

26、H,06H,06H,06H,06HDB 06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06HDB 06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06HDB 06H,06H,06H,06H,06H,06H,59H,59H,59H,59HTABDB2:DB 00H,78H,18H,83H,58H,38H,23H,09H,98H,87HDB 78H,69H,62H,55H,48H,42H,37H,32H,27H,22HDB 17H,13H,19H,05H,02H,98H,95H,91H,88H,85HDB 82H,79H,77H,74H,71H,6

27、9H,66H,64H,62H,59HDB 57H,55H,53H,51H,49H,47H,45H,43H,41H,40HDB 38H,36H,34H,33H,31H,30H,28H,26H,25H,24HDB 22H,21H,19H,18H,16H,15H,14H,12H,11H,10HDB 09H,07H,06H,05H,04H,03H,02H,00H,99H,98HDB 97H,96H,95H,94H,93H,92H,91H,90H,89H,88HDB 87H,86H,85H,84H,83H,82H,81H,80H,79H,79HDB 78H,77H,76H,75H,74H,73H,73H

28、,72H,71H,70HDB 69H,69H,68H,67H,66H,66H,65H,64H,63H,63HDB 62H,61H,60H,60H,59H,58H,58H,57H,56H,56HDB 55H,54H,54H,53H,52H,52H,51H,50H,50H,49HDB 48H,48H,47H,47H,46H,45H,45H,44H,44H,43HDB 42H,42H,41H,41H,40H,40H,39H,38H,38H,37HDB 37H,36H,36H,35H,35H,34H,34H,33H,33H,32HDB 32H,31H,31H,30H,30H,29H,29H,28H,2

29、8H,27HDB 27H,26H,26H,25H,25H,24H,24H,23H,23H,22HDB 22H,21H,21H,21H,20H,20H,19H,19H,18H,18HDB 17H,17H,17H,16H,16H,15H,15H,14H,14H,14HDB 13H,13H,12H,12H,12H,11H,11H,10H,10H,10HDB 09H,09H,08H,08H,08H,07H,07H,06H,06H,06HDB 05H,05H,05H,04H,04H,03H,03H,03H,02H,02HDB 02H,01H,01H,01H,00H,00H,99H,99H,99H,98H; 二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為BCD 碼子程序CBCD:CLR AMOV R4,AMOV R5,AMOV R6,AMOV R7,#16BCIR:CLR CMOV A,R3RLC AMOV R3,AMOV A,R2RLC AMOV R2,A ;(R4R5R6)+(R4R5R6)+C=(R4R5R6)*2+CMOV A,R6ADDC A,R6DA AMOV R6,AMOV A,R5ADDC A,R5DA AMOV R5,AMOV A,R4ADDC A,R4DA AMOV R4,ADJNZ R7,BCIRRET; 延時(shí)DELAY