集成运放参数测试仪

目 录一 方案比较与论证-3二 理论与分析计算-4三 电路图及设计文件-61 硬件实现-62 软件实现-8四 测试数据与结果分析-9五 参考文献-9六 附录-10附录A测试仪器-10附录B 参考文献-10附录C 软件程序-10集成运放参数测试仪摘要: 此集成运放测试仪采用“辅助放大器”的测量方法，能测试VIO(输入失调电压)、IIO(输入失调电流)、AVD (交流差模开环电压增益)和KCMR (交流共模抑制比)四项基本参数，符合了题目的要求。可对各种通用型集成运放主要参数进行测量，具有较好的精度，稳定度和测量范围。本设计由四个模块电路组成：集成运放参数测试电路、信号源发生电路、单片机控制电路、显示与键盘电路。关键词：集成运放 参数测试 信号源 显示 单片机 Integrated operational amplifier parameter measurement systemAbstract: That the system is designed basing on a assistant amplifier includes main four modulesa parameter measurement circuit of integrated operational amplifier 、a signal generator 、a single-chip microcomputer controlled and a circuit of keyboard and display .It is proved to be precise measured four parameters of VIO、IIO、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 its high precision performance and fine stability. Key words: Integrated operational amplifier circuit Parameter measurement Signal resource Display Single-chip microcomputer一 方案论证与比较1.1 对于信号源发生电路的方案论：方案一：利用FPGA来实现，通过DDS技术产生频率和幅度一定的信号源，用于对运算放大器的参数测量。此方案的优点是：完全依靠于数字化的测量，处理速度快，实时性好。缺点是：成本高，针对本题目的要求，完全可采用通用性好，性价比较高的电路。方案二：用AD9850生成频率为5HZ、电压有效值为4V的正弦波。采用AD9850的最大优点是频率可控，一般不需要外界的附加电路便可以实现，给电路的设计带来方便，缺点是：实时性较差、系统复杂，造价稍高，需要较多的开发经验。方案三：采用8038集成函数发生器产生信号源信号，频率的设置利用外围电阻、电容值的计算来实现。通用性较好，价格较为适宜。其产生的5HZ的正弦波符合要求，频稳度比较好，是一款很具实用性的应用电路。对以上三种方案的性价比进行比较，以及对题目要求所能达到的符合度，我们决定采用第三套方案。利用尽量通用而价格较低的器件来达到设计的要求。对于集成运放测试电路，在多方面比较了其它测量电路之后，我们决定采用对标准电路进行改进组合，从而进行四组基本参数的测量的方式。1.2 控制电路的方案论证方案一用单片机控制八位或十位AD转换器（AD0809等），优点：易购买，而且价格便宜。缺点：八位AD转换是并行输出，占用单片机的接口太多，而且精度不高，远远小于题目的要求。在此电路设计中单片机要控制显示部分和开关部分，需要接口较多，不能再被AD转换过于占用。故未采用此电路。方案二单片控制AD774，此芯片是十二位AD转换，能够进行高速的AD转换，可达8us,并且具有010V和020V两档可选模拟量通道输入，精度较之八位和十位AD转换器要高出许多，鉴于以上两点，我们采用了AD774。1.3 显示部分方案论证方案一 用74LS164(或74HC164)驱动4位LED显示.此方案为静态显示，共需要四片74LS164,这样就会导致电路连线复杂,易出错.方案二用CD4511驱动四位LED数码管进行动态显示.此方案虽硬件电路稍显简单,但其动态显示并不足够稳定.方案三采用由MAXIM公司生产的专用数码管显示MAX7219驱动电路解决上述问题 。MAX7219是八位串行共阴LED数码管动态扫描驱动电路，其峰值段电流可达40mA，最高串行扫描速率为10MHz，典型扫描速率为1300Hz，仅使用单片机3个I/O口，即可完成对八位LED数码管的显示控制和驱动，而且亮度可控，数码管扫描位数可选， 线路简单，控制方便，外围电路仅需一个电阻设定峰值段电流，同时可以通过软件设定其显示亮度；还可以通过级联，完成对多于八位的数码管的控制显示。值得一提的是，当工作于关闭（SHUTDOWN)方式时，不仅单片机仍可对其传送数据和修改控制方式，而且芯片耗电仅为150uA。具体接法见图3-5二 理论分析与计算2.1 VIO、IIO电参数测试原理图图2-1 在K1、K2闭合时，测得辅助运放的输出电压记为VL0 ，则有： 在K1、K2闭合时，测得辅助运放的输出电压记为VL0 ；在K1、K2断开时，测得辅助运放的输出电压记为VL1，则有：2.2 AVD电参数的测试原理与测试原理图 图2-2设信号源输出电压为VS，测得辅助运放输出电压为VL0，则有2.3 KCMR电参数的测试原理与测试原理图图2-3设信号源输出电压为VS，测得辅助运放输出电压为VL0，则有2.4 正弦波频率参数计算：图2-4正弦波信号发生器f=0.33/RC当f=5HZ时RC=0.066取C=1UF则R=66K由于可能存在误差所以我们选择了100K的电阻进行微调控制。2.5 OPO7参数设置 因为ICL8038输出的正弦波的有效值达不到4V，所以我们采用了一级运放OP07，设定放大比例系数为1-5。 取电阻值R=10K，Rf=50K可调这样通过调节Rf的值来使信号源的最后测试端的值达到要求。三 电路图及设计文件本设计主要是由四个部分构成：测试电路，控制电路，显示电路，信号源电路。整体框图如图3-1：3.1整体框图图3-1基本框图3.2硬件部分3.2.1信号源 利用ICL8038产生正弦波信号。它是一种具有多种波形输出的精密振荡集成电路, 只需调整个别的外部元件就能产生从0.001Hz300kHz 的低失真正弦波、三角波、矩形波等脉冲信号。输出波形的频率和占空比还可以由电流或电阻控制。另外由于该芯片具有调频信号输入端, 所以可以用来对低频信号进行频率调制。电路如图3-2,频率由RA，RB和C的值来设置。具体参数计算在理论分析和计算可见。图3-2正弦波信号发生器3.2.2控制电路测试电路是将题目AD744的原理图稍加修改，进行整合，如图3-3。用继电器开关的导通与闭合来控制测试电路的不同状态。从而利于单片机来控制各继电器的状态。将测试电路输出的量输送给12BIT的AD774进行模数转换，采用12BIT的AD转换器使整个电路的测试精度大大提高了。图3-3运放参数测试电路控制部分采用键盘控制，在按下指定的键时控制电路会控制单片机去进行不同参数的计算，如此使得参数测量操作简单明了。如图3-4图3-4 AD转换显示电路采用MAX7219驱动显示，由于MAX7219能同时驱动多个数码从而简化的接线，另外它只需要三个单片机接口控制，减少烦琐的驱动。图3-5 MAX驱动显示3.3 软件部分流程图图3-6软件流程图四 测试数据与测试方法4.1 对频率是5HZ，幅值是4V的信号源的测试测量数据：频率在5HZ和5.012之间 有效值在3.964V4.04之间 测试结果经计算后误差都在百分之一以内，完全符合题目规定的标准。4.2 对作为标准的一组电路的测试分别测量根据原理图提供的电路测量。测试结果如下：表一：测量数据表vVIAKCMdigital10.031V0.1Mvdigital2O.219V6.3Nadigital30.07V86dBdigital40.047V90Db(被测运放为HA17741)五 参考文献1 胡汉才.单片机原理及其接口技术. 清华大学出版社，1996.2 南建辉 熊鸣 王军茹.MCS-51单片机原理及应用实例.清华大学出版社，2004. 3 李永敏.检测仪器电子电路.西北工业大学出版社，1996.4 清华大学电子学教研组.模拟电子技术基础.高等教育出版社,2001.六 附录附录A 元器件列表MAX7219 LED数码管 继电器 运放OP07 HA17741 ICL8038 AT89S52 三极管：8050 晶振（12M）开关：单刀开关 复位开关可调电阻：100K 1K电阻：1M 30K 10K 100 330 1K电容：10F 5PF 104 1F 附录B 测试仪器1(YB54100)数字式示波器 1个 江苏扬中2(YB1602P)功率函数信号发生器 1个 江苏扬中3(DT930F+)数字式万用电表 1个 江苏扬中4(YB1732A3A)稳压电源 1个 江苏扬中5(TPE-AD3)电子技术学习机 1个 清华大学6(E6000-L)伟福 1个 北京革新科技有限公司7SUPERPRO-GH 1个 北京革新科技有限公司附录C 程序ORG 0000HAJMP STARTORG 0003H ;中断入口LJMP KEYINT0ORG 000BHRETIORG 0013HRETIORG 001BHRETIORG 0023HRETIORG 002BHRETIORG 0050HSTART:SETB EA ;CPU中断开放 SETB IT0 ;外部中断0边沿触发 SETB EX0 ;外部中断0中断允许 WAIT:SJMP WAIT ;等待有键按下;键盘子程序部分KEYINT0:MOV 10H,#00H MOV A,P1 JB ACC.4,SET1 MOV 10H,#00H ;(10H)为跳转偏移量 SETB P2.6 ;继电器开关控制 测Vio CLR P2.5 SETB P2.4 SETB P2.3 SJMP AD774SET1:JB ACC.5,SET2 MOV 10H,#01H CLR P2.6 ;测Iio CLR P2.5 SETB P2.4 SETB P2.3 SJMP AD774SET2:JB ACC.6,SET3 MOV 10H,#02H SETB P2.6 ;测Avd SETB P2.5 CLR P2.4 SETB P2.3 SJMP AD774SET3:JB ACC.7,WRODEAL MOV 10H,#03H SETB P2.6 ;测Kcmr SETB P2.5 SETB P2.4 CLR P2.3 SJMP AD774WRODEAL:MOV 10H,#00H ;出错处理 SETB P2.6 ;测Vio CLR P2.5 SETB P2.4 SETB P2.3;AD774 将模拟量转换为数字量 转换结果-(20H21H)AD774:LCALL DELAY CLR P3.6 CLR P3.7 NOP NOP MOV A,#7CH MOV R1,#20H ;输入数据区始址送R1 MOV DPTR,#7DH ;12位的高8位的地址送R0 MOVX DPTR,A ;启动AD转换LOOP:JB P2.7,LOOP ;若STS=1，则连续查询 MOVX A,DPTR ;读12位的高8位送A MOV R1,A ;存入20H MOV DPTR,#7FH ;12位的低4位的地址送R0 INC R1 ;修改输入数据区始址 MOVX A,DPTR ;读12位的低4位送A ANL A,#0F0H ;屏蔽低4位 MOV R1,A ;存入21H;散转处理CONTIN:MOV DPTR,#TABDEAL MOV A,10H MOV R1,A RL A ADD A,R1 JMP A+DPTRTABDEAL:LJMP VIO LJMP IIO LJMP AVD LJMP KCMR ;VIO处理程序 VIO:MOV 30H,20H MOV 31H,21H MOV R2,#00H MOV R3,20H MOV R4,21H MOV R5,#00H CLR C MOV A,R2 RRC A MOV R2,A MOV A,R3 RRC A MOV R3,A MOV A,R4 RRC A MOV R4,A CLR C MOV A,R2 RRC A MOV R2,A MOV A,R3 RRC A MOV R3,A MOV A,R4 RRC A MOV R4,A CLR C MOV A,R2 RRC A MOV R2,A MOV A,R3 RRC A MOV R3,A MOV A,R4 RRC A MOV R4,A MOV R6,#1 ;取316进行误差调整 MOV R7,#60 LCALL NDIV1 MOV A,R4 MOV R2,A MOV A,R5 MOV R3,A LCALL CBCD MOV A,R6 ANL A,#0FH MOV 50H,A MOV A,R6 SWAP A ANL A,#0FH MOV 51H,A MOV A,R5 ANL A,#0FH ADD A,#80H MOV 52H,A MOV A,R5 SWAP A ANL A,#0FH MOV 53H,A LCALL MAX7219 RETI;IIO处理程序IIO:MOV A,21H CLR C SUBB A,31H MOV R5,A MOV A,20H SUBB A,30H MOV R4,A MOV R2,#00H MOV R3,#00H MOV R6,#03H ;取986进行误差调整 MOV R7,#0DAH LCALL NDIV1 MOV A,R4 MOV R2,A MOV A,R5 MOV R3,A LCALL CBCD MOV A,R6 ANL A,#0FH MOV 50H,A MOV A,R6 SWAP A ANL A,#0FH MOV 51H,A MOV A,R5 ANL A,#0FH MOV 52H,A MOV A,R5 SWAP A ANL A,#0FH ADD A,80H MOV 53H,A LCALL MAX7219 RETI;AVD处理程序AVD:MOV A,20H SWAP A MOV R2,A MOV A,21H SWAP A ANL A,#0FH ORL A,R2 MOV R2,A MOV DPTR,#TABDB1 MOVC A,A+DPTR MOV R5,A MOV A,R2 MOV DPTR,#TABDB2 MOVC A,A+DPTR MOV R6,A ANL A,#0FH MOV 50H,A MOV A,R6 SWAP A ANL A,#0FH ADD A,#80H MOV 51H,A MOV A,R5 ANL A,#0FH MOV 52H,A MOV A,R5 SWAP A ANL A,#0FH MOV 53H,A LCALL MAX7219 RETI;KCMR处理程序KCMR:SJMP AVD ;Avd与Kcmr计算公式相同TABDB1:DB 12H,10H,10H,09H,09H,09H,09H,09H,08H,08H DB 08H,08H,08H,08H,08H,08H,08H,08H,08H,08H DB 08H,08H,08H,08H,08H,07H,07H,07H,07H,07H DB 07H,07H,07H,07H,07H,07H,07H,07H,07H,07H DB 07H,07H,07H,07H,07H,07H,07H,07H,07H,07H DB 07H,07H,07H,07H,07H,07H,07H,07H,07H,07H DB 07H,07H,07H,07H,07H,07H,07H,07H,07H,07H DB 07H,07H,07H,07H,07H,07H,07H,07H,07H,06H DB 06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H DB 06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H ; DB 06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H DB 06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H DB 06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H DB 06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H DB 06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H DB 06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H DB 06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H DB 06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H DB 06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H DB 06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H ; DB 06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H DB 06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H DB 06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H DB 06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H DB 06H,06H,06H,06H,06H,06H,59H,59H,59H,59H ;TABDB2:DB 00H,78H,18H,83H,58H,38H,23H,09H,98H,87H DB 78H,69H,62H,55H,48H,42H,37H,32H,27H,22H DB 17H,13H,19H,05H,02H,98H,95H,91H,88H,85H DB 82H,79H,77H,74H,71H,69H,66H,64H,62H,59H DB 57H,55H,53H,51H,49H,47H,45H,43H,41H,40H DB 38H,36H,34H,33H,31H,30H,28H,26H,25H,24H DB 22H,21H,19H,18H,16H,15H,14H,12H,11H,10H DB 09H,07H,06H,05H,04H,03H,02H,00H,99H,98H DB 97H,96H,95H,94H,93H,92H,91H,90H,89H,88H DB 87H,86H,85H,84H,83H,82H,81H,80H,79H,79H ; DB 78H,77H,76H,75H,74H,73H,73H,72H,71H,70H DB 69H,69H,68H,67H,66H,66H,65H,64H,63H,63H DB 62H,61H,60H,60H,59H,58H,58H,57H,56H,56H DB 55H,54H,54H,53H,52H,52H,51H,50H,50H,49H DB 48H,48H,47H,47H,46H,45H,45H,44H,44H,43H DB 42H,42H,41H,41H,40H,40H,39H,38H,38H,37H DB 37H,36H,36H,35H,35H,34H,34H,33H,33H,32H DB 32H,31H,31H,30H,30H,29H,29H,28H,28H,27H DB 27H,26H,26H,25H,25H,24H,24H,23H,23H,22H DB 22H,21H,21H,21H,20H,20H,19H,19H,18H,18H ; DB 17H,17H,17H,16H,16H,15H,15H,14H,14H,14H DB 13H,13H,12H,12H,12H,11H,11H,10H,10H,10H DB 09H,09H,08H,08H,08H,07H,07H,06H,06H,06H DB 05H,05H,05H,04H,04H,03H,03H,03H,02H,02H DB 02H,01H,01H,01H,00H,00H,99H,99H,99H,98H;二进制转换为BCD码子程序CBCD:CLR A MOV R4,A MOV R5,A MOV R6,A MOV R7,#16BCIR:CLR C MOV A,R3 RLC A MOV R3,A MOV A,R2 RLC A MOV R2,A ;(R4R5R6)+(R4R5R6)+C=(R4R5R6)*2+C MOV A,R6 ADDC A,R6 DA A MOV R6,A MOV A,R5 ADDC A,R5 DA A MOV R5,A MOV A,R4 ADDC A,R4 DA A MOV R4,A DJNZ R7,BCIR RET;延时DELAY:MOV R7,#03HDELAY1:MOV R6,#0FFHDELAY0:DJNZ R6,DELAY0 DJNZ R7,DELAY1 RET;无符