【《基于单片机的电路测试仪的硬件电路分析案例》1900字】

基于单片机的电路测试仪的硬件电路分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u4608基于单片机的电路测试仪的硬件电路分析案例 143711.1系统硬件框架 1148001.2AD637模块 2109861.3AD0809模块 3159021.4单片机与OLED简介 560601.5被测电路及运放电路简介 61.1系统硬件框架此套基于51单片机的电路特性测试仪，由AD637有效值检测器模块、AD0809模块、电平转换电路、51单片机与OLED显示屏组成，其系统框架如图2-1所示。可实现对三级管放大电路的电压放大倍数、信号频率、输入电阻和输出电阻的测量，本人负责实现测量放大电路的输入电阻与输出电阻两个功能。图2-1系统框架图A.三极管放大电路：电压放大电路器件，在本系统中为被测电路,经过三极管放大后的输出信号能有效转变为负载上的输出电压信号。B.AD637模块：有效值检测器，将输入的交流信号转换为交流有效值（直流）。C.AD0809模块：将AD637模块输出的有效值信号转换为数字信号，使单片机能够识别。D.电平转换电路：将输入的正弦信号转变为单片机可以识别的方波信号，使单片机可以测量信号的频率。E.51单片机：接收各类数字信号，然后计算输入电阻和输出电阻。F.OLED显示：显示放大电路的输入电阻与输出电阻数值。设计的电路特性测试仪输入电阻与输出电阻功能部分是通过AD637有效值检测器将被测电路输入的交流电转换为稳定的交流有效值（即直流），然后通过AD0809模块将直流模拟信号转换为单片机能够识别的数字信号传入51单片机，计算输入电阻和输出电阻，最终将结果送入OLED显示屏，在屏幕上显示输入电阻和输出电阻。1.2AD637模块AD637为有效值检测器，其目的是将输入的交流电转换为稳定的交流有效值(即直流)。它的带宽较宽，当有效值为1V时其-3dB可达8MHz[16]，满足高精度要求，提高系统的效率。但其缺点是当被测信号远小于1V时，误差较大[17]，其电路原理图如图2-2所示。本系统直接使用AD637有效值检测模块，其模块功能如图2-3所示。其RMS输出口直接输出有效值，RMS电压输出口为滤波后输出有效值，偏置电阻调节可将直流成分消除，外部校准电压调节可对高频重新校准输出幅值。图2-2AD637原理图图2-3AD637模块功能图1.3AD0809模块AD0809模块其主要目的是将AD637模块输出的直流信号转换为数字信号，使系统中的51单片机能够识别。因为被测电路的信号为模拟信号，而51单片机的CPU只处理数字信号，若要用单片机计算输入电阻和输出电阻，则应先将被测的三极管放大电路输入的模拟信号转为数字信号，接着传入51单片机才可处理。图2-4ADC0809引脚图图2-4为AD0809芯片的引脚示意图，其中23、24和25管脚对应CBA通道，因为AD0809的内部没有时钟电路，因此需单片机提供所需的时钟信号，其10号管脚CLK为时钟信号端口。IN7~IN0的八个端口是模拟信号的输入端，D7~D0八个端口是数字信号输出端。其对应的管脚口接入至51单片机的管脚口，其功能如表2-1所示。为方便其电路的连接，使用0809电路板，可直接将芯片插入底槽口与51单片机连接。表2-1ADC0809功能表针脚号针脚定义功能描述1,2,3,4,5,26,27,28IN7~IN0模拟量输入通道6START(ST)转换启动信号端口7EOC转换结束信号端口8,14,15,17,18,19,20,21D7~D0数据输出线9OE输出允许信号端口10CLOCK时钟信号端口11Vcc+5V电源12REF(+)参考电源参考电压端口13GND接地端口16REF(-)参考电源参考电压端口22ALE地址锁存允许信号端口23,24,25C,B,A地址线端口51单片机与AD0809直接相连，其中，CBA通道与单片机的P1.7、P1.6和P1.5连接；其转换启动信号START(ST)端与单片机的P1.2连接；输出允许信号OE端单片机的P1.0连接；CLK时钟信号端与P1.4端口连接；判断信号是否转换完成的EOC信号端[18][19]与P1.1端口连接；D0~D7的数字输出端与单片机的P0端相接。其与单片机的连接示意图如图2-5所示。图2-5AD0809与单片机连接示意图1.4单片机与OLED简介单片机用于完成对数字信号的计数，与AD0809模块相连。其接收完成输入电阻、输入电压、输出电压和频率的数字信号的计数，然后计算输入电阻和输出电阻。图2-6为51单片机芯片引脚图。其中，1~8号管脚为I/O接口，可以接收地址信号，9号管脚为复位输入端口，18与19号管脚为反向放大器的输入与输出，20与40管脚分别接地与供电，21~28号管脚也为I/O接口可以接收地址信号和控制信号，32~39管脚也为可用于外部数据的储存[20]。图2-651单片机芯片引脚图OLED显示屏可实时显示输入电阻与输出电阻的数据，51单片机和其显示屏的电路连接示意图如图2-7所示。CS端口为OLED的片选信号，RST端口用来复位，DC端为命令与数据控制的端口，SCL为时钟线端口，SDA(SDIN)为数据总线，GND管脚接地，VCC管脚接电源。图2-7OLED与单片机连接示意图1.5被测电路及运放电路简介如图2-8所示的被测电路是一个三极管连接的放大电路，CD4051为控制开关，输出电阻的计算需要测量不接Rl时的Uo,CD4051的4号管脚与输出端连接，可用程序代码控制。其输入电阻可根据定义由Us与Ui算出，输出电阻由Ul和不接Rl时的Uo计算得出，Rs的电阻值为1KΩ，Rl的电阻值为1KΩ。输入电阻的公式为Ri=Ui/(Us−Ui)Rs(1)输出电阻的公式为Ro=(Uo/Ul−1