集成运放参数测试仪.docx

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集成运放参数测试仪

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--------------------------------------------6

1．硬件实现-----------------------------------------------------6

2．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

Integratedoperationalamplifierparametermeasurementsystem

Abstract:

Thatthesystemisdesignedbasingonaassistantamplifierincludesmainfourmodules—aparametermeasurementcircuitofintegratedoperationalamplifier、asignalgenerator、asingle-chipmicrocomputercontrolledandacircuitofkeyboardanddisplay.ItisprovedtobeprecisemeasuredfourparametersofVIO、IIO、AVDandKCMR.Boththehardwareandthesoftwareofthesystemaredesignedwithmodules.Theparametermeasurementsystemofintegratedoperationalamplifierischaracteristicofitshighprecisionperformanceandfinestability.

Keywords:

IntegratedoperationalamplifiercircuitParametermeasurementSignalresourceDisplaySingle-chipmicrocomputer

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

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

图2-1

①在K1、K2闭合时，测得辅助运放的输出电压记为VL0，则有：

②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：

2.2AVD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

2.3KCMR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。

2.5OPO7参数设置

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

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0.001Hz～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3-4

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

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

KCM

digital1

0.031V

0.1Mv

digital2

O.219V

6.3Na

digital3

0.07V

86dB

digital4

0.047V

90Db

（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：

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

ORG0000H

AJMPSTART

ORG0003H;中断入口

LJMPKEYINT0

ORG000BH

RETI

ORG0013H

RETI

ORG001BH

RETI

ORG0023H

RETI

ORG002BH

RETI

ORG0050H

START:

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,#00H

MOVA,P1

JBACC.4,SET1

MOV10H,#00H;（10H）为跳转偏移量

SETBP2.6;继电器开关控制测Vio

CLRP2.5

SETBP2.4

SETBP2.3

SJMPAD774

SET1:

JBACC.5,SET2

MOV10H,#01H

CLRP2.6;测Iio

CLRP2.5

SETBP2.4

SETBP2.3

SJMPAD774

SET2:

JBACC.6,SET3

MOV10H,#02H

SETBP2.6;测Avd

SETBP2.5

CLRP2.4

SETBP2.3

SJMPAD774

SET3:

JBACC.7,WRODEAL

MOV10H,#03H

SETBP2.6;测Kcmr

SETBP2.5

SETBP2.4

CLRP2.3

SJMPAD774

WRODEAL:

MOV10H,#00H;出错处理

SETBP2.6;测Vio

CLRP2.5

SETBP2.4

SETBP2.3

;AD774将模拟量转换为数字量转换结果-->（20H21H）

AD774:

LCALLDELAY

CLRP3.6

CLRP3.7

NOP

MOVA,#7CH

MOVR1,#20H;输入数据区始址送R1

MOVDPTR,#7DH;12位的高8位的地址送R0

MOVX@DPTR,A;启动AD转换

LOOP:

JBP2.7,LOOP;若STS=1，则连续查询

MOVXA,@DPTR;读12位的高8位送A

MOV@R1,A;存入20H

MOVDPTR,#7FH;12位的低4位的地址送R0

INCR1;修改输入数据区始址

MOVXA,@DPTR;读12位的低4位送A

ANLA,#0F0H;屏蔽低4位

MOV@R1,A;存入21H

;散转处理

CONTIN:

MOVDPTR,#TABDEAL

MOVA,10H

MOVR1,A

RLA

ADDA,R1

JMP@A+DPTR

TABDEAL:

LJMPVIO

LJMPIIO

LJMPAVD

LJMPKCMR

;VIO处理程序

VIO:

MOV30H,20H

MOV31H,21H

MOVR2,#00H

MOVR3,20H

MOVR4,21H

MOVR5,#00H

CLRC

MOVA,R2

RRCA

MOVR2,A

MOVA,R3

RRCA

MOVR3,A

MOVA,R4

RRCA

MOVR4,A

CLRC

MOVA,R2

RRCA

MOVR2,A

MOVA,R3

RRCA

MOVR3,A

MOVA,R4

RRCA

MOVR4,A

CLRC

MOVA,R2

RRCA

MOVR2,A

MOVA,R3

RRCA

MOVR3,A

MOVA,R4

RRCA

MOVR4,A

MOVR6,#1;取316进行误差调整

MOVR7,#60

LCALLNDIV1

MOVA,R4

MOVR2,A

MOVA,R5

MOVR3,A

LCALLCBCD

MOVA,R6

ANLA,#0FH

MOV50H,A

MOVA,R6

SWAPA

ANLA,#0FH

MOV51H,A

MOVA,R5

ANLA,#0FH

ADDA,#80H

MOV52H,A

MOVA,R5

SWAPA

ANLA,#0FH

MOV53H,A

LCALLMAX7219

RETI

;IIO处理程序

IIO:

MOVA,21H

CLRC

SUBBA,31H

MOVR5,A

MOVA,20H

SUBBA,30H

MOVR4,A

MOVR2,#00H

MOVR3,#00H

MOVR6,#03H;取986进行误差调整

MOVR7,#0DAH

LCALLNDIV1

MOVA,R4

MOVR2,A

MOVA,R5

MOVR3,A

LCALLCBCD

MOVA,R6

ANLA,#0FH

MOV50H,A

MOVA,R6

SWAPA

ANLA,#0FH

MOV51H,A

MOVA,R5

ANLA,#0FH

MOV52H,A

MOVA,R5

SWAPA

ANLA,#0FH

ADDA,80H

MOV53H,A

LCALLMAX7219

RETI

;AVD处理程序

AVD:

MOVA,20H

SWAPA

MOVR2,A

MOVA,21H

SWAPA

ANLA,#0FH

ORLA,R2

MOVR2,A

MOVDPTR,#TABDB1

MOVCA,@A+DPTR

MOVR5,A

MOVA,R2

MOVDPTR,#TABDB2

MOVCA,@A+DPTR

MOVR6,A

ANLA,#0FH

MOV50H,A

MOVA,R6

SWAPA

ANLA,#0FH

ADDA,#80H

MOV51H,A

MOVA,R5

ANLA,#0FH

MOV52H,A

MOVA,R5

SWAPA

ANLA,#0FH

MOV53H,A

LCALLMAX7219

RETI

;KCMR处理程序

KCMR:

SJMPAVD;Avd与Kcmr计算公式相同

TABDB1:

DB12H,10H,10H,09H,09H,09H,09H,09H,08H,08H

DB08H,08H,08H,08H,08H,08H,08H,08H,08H,08H

DB08H,08H,08H,08H,08H,07H,07H,07H,07H,07H

DB07H,07H,07H,07H,07H,07H,07H,07H,07H,07H

DB07H,07H,07H,07H,07H,07H,07H,07H,07H,06H

DB06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H

DB06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H;

DB06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H

DB06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H;

DB06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H,06H

DB06H,06H,06H,06H,06H,06H,59H,59H,59H,59H;

TABDB2:

DB00H,78H,18H,83H,58H,38H,23H,09H,98H,87H

DB78H,69H,62H,55H,48H,42H,37H,32H,27H,22H

DB17H,13H,19H,05H,02H,98H,95H,91H,88H,85H

DB82H,79H,77H,74H,71H,69H,66H,64H,62H,59H

DB57H,55H,53H,51H,49H,47H,45H,43H,41H,40H

DB38H,36H,34H,33H,31H,30H,28H,26H,25H,24H

DB22H,21H,19H,18H,16H,15H,14H,12H,11H,10H

DB09H,07H,06H,05H,04H,03H,02H,00H,99H,98H

DB97H,96H,95H,94H,93H,92H,91H,90H,89H,88H

DB87H,86H,85H,84H,83H,82H,81H,80H,79H,79H;

DB78H,77H,76H,75H,74H,73H,73H,72H,71H,70H

DB69H,69H,68H,67H,66H,66H,65H,64H,63H,63H

DB62H,61H,60H,60H,59H,58H,58H,57H,56H,56H

DB55H,54H,54H,53H,52H,52H,51H,50H,50H,49H

DB48H,48H,47H,47H,46H,45H,45H,44H,44H,43H

DB42H,42H,41H,41H,40H,40H,39H,38H,38H,37H

DB37H,36H,36H,35H,35H,34H,34H,33H,33H,32H

DB32H,31H,31H,30H,30H,29H,29H,28H,28H,27H

DB27H,26H,26H,25H,25H,24H,24H,23H,23H,22H

DB22H,21H,21H,21H,20H,20H,19H,19H,18H,18H;

DB17H,17H,17H,16H,16H,15H,15H,14H,14H,14H

DB13H,13H,12H,12H,12H,11H,11H,10H,10H,10H

DB09H,09H,08H,08H,0

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