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--------------------------------------------101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IntegratedoperationalamplifierparametermeasurementsystemAbstract:Thatthesystemisdesignedbasingonaassistantamplifierincludesmainfourmodules—aparametermeasurementcircuitofintegratedoperationalamplifier、asignalgenerator、asingle-chipmicrocomputercontrolledandacircuitofkeyboardanddisplay.ItisprovedtobeprecisemeasuredfourparametersofVIO、IIO、AVDandKCMR.Boththehardwareandthesoftwareofthesystemaredesignedwithmodules.Theparametermeasurementsystemofintegratedoperationalamplifierischaracteristicofitshighprecisionperformanceandfinestability.Keywords:IntegratedoperationalamplifiercircuitParametermeasurementSignalresourceDisplaySingle-chipmicrocomputer2一方案论证与比较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0—10V和0——20V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一3+-R1被测运放R2K2+iifiif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2.1VIO、IIO电参数测试原理图RfK1RiRiRRVL-辅助运放数字电压表(4位半以上)Rf图2-1①在K1、K2闭合时，测得辅助运放的输出电压记为VL0，则有：VIORRRVL0②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：IIORRRVL1VL0R2.2AVD电参数的测试原理与测试原理图4+-+-RL被测运放AVD20lgSi(dB)fi被测运放RLKCMR20lgSi(dB)fiRfRiR1+VLORiR2VsRf信号源-辅助运放数字示波器图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VRRVLOR2.3KCMR电参数的测试原理与测试原理图RfRiR1+VL0VSRiR2-辅助运放数字示波器信号源Rf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VRRVLOR2.4正弦波频率参数计算：5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。2.5OPO7参数设置因为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整体框图键盘与显示控制电路运放参数测试电路信号源被测运放图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6电路,只需调整个别的外部元件就能产生从0.001Hz～300kHz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3-47图3-4AD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3-5MAX驱动显示3.3软件部分流程图8表一：测量数据表(被测运放为HA17741)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：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,2001.9vVIAKCMdigital10.031V0.1Mvdigital2O.219V6.3Nadigital30.07V86dBdigital40.047V90Db六附录附录A元器件列表MAX7219LED数码管继电器运放OP07HA17741ICL8038AT89S52三极管：8050晶振（12M）开关：单刀开关复位开关可调电阻：100K1K电阻：1M30K10K100Ω330Ω1K电容：10μF5PF1041μF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7．SUPERPRO-GH1个北京革新科技有限公司附录C程序ORG0000HAJMPSTARTORG0003H;中断入口LJMPKEYINT0ORG000BHRETIORG0013HRETIORG001BHRETIORG0023HRETIORG002BHRETIORG0050H10START:SETBEA;CPU中断开放SETBIT0;外部中断0边沿触发SETBEX0;外部中断0中断允许WAIT:SJMPWAIT;等待有键按下;键盘子程序部分KEYINT0:MOV10H,#00HMOVA,P1JBACC.4,SET1MOV10H,#00H;(10H)为跳转偏移量SETBP2.6;继电器开关控制测VioCLRP2.5SETBP2.4SETBP2.3SJMPAD774SET1:JBACC.5,SET2MOV10H,#01HCLRP2.6;测IioC