集成运放参数测试仪

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1、集成运放参数测试仪（B题）设计报告集成运放参数测试仪（B题）摘要：本设计采用AT89C55WD单片机和可编程逻辑器件（FPGA）作为其测试和控制核心，能够测试通用运放的基本参数并实现自动量程转换等功能。运放测试电路参照了任务书中所给电路，用单片机控制继电器进行切换，可编程逻辑器件FPGA控制A/D采样，单片机实现顶层的控制，使整个系统能够协调工作，以完成题目要求。另外，本设计也对发挥部分进行了一定的设计，完成了增益带宽测试和自动循环测试功能。设计中采用了模块化设计方法，提高了设计和调试效率。关键词：集成运放，可编程器件（FPGA），单片机（AT89

2、C55WD），继电器-19-1.系统方案选择和论证1.1系统基本方案根据题目要求，系统可以划分为控制模块、测试模块和信号源模块。模块框图如图1.1.1所示。为实现各模块的功能，分别做了几种不同的设计方案并进行了论证。控制模块测试模块信号源模块图1.1.1测试仪的基本模块方框图1.1.1各模块方案选择和论证(1)控制器模块根据题目要求，控制器主要用于控制测试电路的切换、控制A/D转换模块、信号源的控制和对显示模块的控制。对于控制器的选择有以下三种方案。方案一：采用FPGA(现场可编程门阵列)作为系统的控制核心。FPGA-19-可以实现复杂的逻辑功能，

3、规模大，密度高，它将所有器件集成在一块芯片上，减小了体积，提高了稳定性，并且可应用EDA软件仿真、调试，易于进行功能扩展。FPGA采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模实时系统的控制核心。由测试模块输出的信号并行输入FPGA，FPGA通过程序设计控制A/D转换，并进行输出，但由于本设计对数据处理的速度要求不高，FPGA的高速处理的优势不能得到充分的体现，并且由于其集成度高，硬件量大、设计复杂且难度大，可能会影响完成任务的进度。方案二：采用单片机（AT89C51）作为系统的控制核心。单片机算术运算功能强，软件编程灵活，可用软件编

4、程实现各种算法的和逻辑控制，但由于设计中要求复杂的逻辑控制，单片机的硬件设计简单，这就会大大加强软件编程的工作量，可能会导致程序的混乱，且单片机的硬件简单，其口线不足，就可能导致设计不能成功。方案三：采用单片机(AT89C55)和复杂可编程逻辑器件(FPGA)共同作为系统的控制核心。单片机实现顶层控制和数据处理，FPGA实现底层控制。在单片机的管理下，由复杂可编程逻辑器件FPGA完成具体的操作，例如对信号的采样和存储，信号源的控制；而单片机实现对FPGA及整个测试仪的管理，例如选择所要测试的运放参数；数据处理；键盘选择显示参数，等等。这样可以结合两

5、者的优点，使两者有机的结合起来。减少每个部分的工作量。基于以上分析，因此本设计采用方案三。初步拟定控制器的组成如图1.1.2虚线框内所示。图1.1.2控制器框图(2)参数测试模块-19-本模块主要用于运放参数的测量，输出的是模拟量。所要测试参数的电路具有一定的共同点，所以可考虑用开关进行切换，以达到不同的功能。因此，在设计过程中主要考虑的是能否有效的切换到各参数测量电路中，对于开关的选择有以下三种方案。方案一：用拨号开关来实现电路的切换。拨号开关是完全的用人工进行控制。由于本模块中采用了较多的切换器件，在电路中容易产生混乱，而且如果要做到完全统一调

6、度也是非常困难的，由于是手动控制，效率是非常低的。方案二：用模拟开关来实现电路的切换。模拟开关可以由单片机来控制其通和断，但是，模拟开关在进行切换的时候，会有一些分布参数，例如模拟开关的内阻和分布电容等参数，又因为信号的幅度很小，如果这些参数比较大，就会严重影响到信号。方案三：用继电器来实现电路的切换。继电器可以用集成芯片SN75451来驱动继电器以实现电路的通断。12V直流驱动的继电器的触发电阻≤50ｍΩ能够满足小幅度信号的要求。基于继电器的以上优点，本模块中采用方案三作为开关，以实现电路的不同功能。(3)信号调理模块模拟信号输出是一低频信号，且

7、存在有一定的干扰，特别是50Hz交流电及其高次谐波的影响较大，所以要采用具有最大平坦响应的巴特沃斯二阶RC有源低通滤波器来进行信号的条理。当测时，扫频信号的频率范围是40kHz～4MHz，这就会有低频信号的干扰，所以要滤除其低频干扰。所以采用了巴特沃斯二阶RC有源高通滤波器。在测试不同的参数时，要选择不同的滤波器，可采用继电器进行切换，以实现不同参数的测试。(4)信号源模块①测试信号源产生模块在进行、测试的时候，需要接输出频率为5Hz、输出电压有效值为4V的正弦波信号，这就要求设计此模块，有以下三种方案。方案一：用晶体振荡电路产生符合要求的正弦波信

8、号。晶体可以产生非常稳定的正弦波信号，但是，要求的是输出频率为5Hz、输出电压有效值为4V，对于低频而言，晶体是很难做到这