集成運(yùn)放參數(shù)測(cè)試儀設(shè)計(jì)報(bào)告郭天祥

1、. . . . 試題編號(hào)B試題編號(hào)B 集成運(yùn)放測(cè)試儀設(shè)計(jì)報(bào)告學(xué)校：工程大學(xué)姓名：郭天祥姓名：杜勉柯 姓名：于振南集成運(yùn)放參數(shù)測(cè)試儀設(shè)計(jì)報(bào)告容摘要：本文介紹了運(yùn)算放大器閉環(huán)參數(shù)的測(cè)試原理，分析了影響運(yùn)算放大器閉環(huán)參數(shù)測(cè)試精度和穩(wěn)定性的諸多原因和因素，與所采取的針對(duì)性措施，還探討了閉環(huán)參數(shù)的測(cè)試精度、測(cè)試穩(wěn)定性和測(cè)試適應(yīng)性的評(píng)價(jià)問題。此系統(tǒng)以凌陽16位單片機(jī)為核心，采用凌陽的片載AD與DA使系統(tǒng)簡(jiǎn)潔功能強(qiáng)大。輸出采用240128 LCD顯示，可以顯示多種字符與圖形，擁有友好的人機(jī)界面與強(qiáng)大的顯示功能。特別適用于智能控制的可編程人性化顯示，并實(shí)現(xiàn)了菜單式中文圖形界面，增強(qiáng)了系統(tǒng)的易用性。系統(tǒng)采用MA

2、X038作為信號(hào)源，可以輸出一定圍的任意頻率可調(diào)，靈活易用。外圍單片機(jī)采用AT89C55單片機(jī)進(jìn)行液晶屏的控制，鍵盤的驅(qū)動(dòng)等。This text introduce operation amplifier close test principle , ring of parameter , is it influence operation amplifier close ring parameter test precision and a great deal of reasons and factors of the stability to analyse, and the perti

3、nence measures taken, have also probed into the precision of test of closing the ring parameter, appraisal question of testing the stability and testing adaptability . System this in order to is it as core , adopt AD and DA make the system succinct and powerful a year in Yang such as Ling to insult

4、male genital 16 one-chip computer. Is it adopt 240128LCD show , can show many kinds of character and figure , have friendly man-machine interface and strong display function to output. The programmable humanization very much apply to intellectual control shows , have realized the menu type Chinese f

5、igure interface, have strengthened the apt using of the system. The system adopts MAX038 to do the signal source, it is adjustable , flexible and easy to use in frequency conversion that can output the signal . The peripheral one-chip computer adopts AT89C55 one-chip computer and carries on the cont

6、rol that the liquid crystal rejected , drive of the keyboard ,etc.關(guān)鍵詞：凌陽單片機(jī) 人機(jī)界面 信號(hào)源 第1章 緒論1.1、設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)并制作一臺(tái)能測(cè)試通用型集成運(yùn)算放大器參數(shù)的測(cè)試儀，示意圖如圖1所示。圖 11.2、設(shè)計(jì)要求1.2.1、基本要求（1） 能測(cè)試VIO(輸入失調(diào)電壓)、IIO(輸入失調(diào)電流)、AVD (交流差模開環(huán)電壓增益)和KCMR (交流共模抑制比)四項(xiàng)基本參數(shù)，顯示器最大顯示數(shù)為 3999；（2）各項(xiàng)被測(cè)參數(shù)的測(cè)量圍與精度如下(被測(cè)運(yùn)放的工作電壓為±15V)：VIO：測(cè)量圍為040mV（量程為4mV

7、和40mV），誤差絕對(duì)值小于3%讀數(shù)+1個(gè)字；IIO：測(cè)量圍為04A（量程為0.4A和4A），誤差絕對(duì)值小于3%讀數(shù)+1個(gè)字；AVD：測(cè)量圍為 60dB120dB，測(cè)試誤差絕對(duì)值小于3dB；KCMR：測(cè)量圍為 60dB120dB，測(cè)試誤差絕對(duì)值小于3dB； （3）測(cè)試儀中的信號(hào)源(自制)用于AVD、KCMR參數(shù)的測(cè)量，要求信號(hào)源能輸出頻率為5Hz、輸出電壓有效值為4 V的正弦波信號(hào)，頻率與電壓值誤差絕對(duì)值均小于1%；（4）按照本題附錄提供的符合GB3442-82的測(cè)試原理圖(見圖2圖4)，再制作一組符合該標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試VIO、IIO、AVD 和KCMR參數(shù)的測(cè)試電路，以此測(cè)試電路的測(cè)試結(jié)果作為測(cè)試

8、標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)制作的運(yùn)放參數(shù)測(cè)試儀進(jìn)行標(biāo)定。附錄（1）VIO、IIO電參數(shù)測(cè)試原理圖 圖 2 在K1、K2閉合時(shí)，測(cè)得輔助運(yùn)放的輸出電壓記為VL0 ，則有： 在K1、K2閉合時(shí)，測(cè)得輔助運(yùn)放的輸出電壓記為VL0 ；在K1、K2斷開時(shí)，測(cè)得輔助運(yùn)放的輸出電壓記為VL1，則有：（2）AVD電參數(shù)的測(cè)試原理與測(cè)試原理圖 圖 3設(shè)信號(hào)源輸出電壓為VS，測(cè)得輔助運(yùn)放輸出電壓為VL0，則有（3）KCMR電參數(shù)的測(cè)試原理與測(cè)試原理圖圖 4設(shè)信號(hào)源輸出電壓為VS，測(cè)得輔助運(yùn)放輸出電壓為VL0，則有1.2.2、發(fā)揮部分（1）增加電壓模運(yùn)放BWG (單位增益帶寬)參數(shù)測(cè)量功能，要求測(cè)量頻率圍為100kHz3.5MHz，

9、測(cè)量時(shí)間10秒，頻率分辨力為1kHz；為此設(shè)計(jì)并制作一個(gè)掃頻信號(hào)源，要求輸出頻率圍為 40kHz4MHz，頻率誤差絕對(duì)值小于1%；輸出電壓的有效值為2V±0.2 V；（2）增加自動(dòng)測(cè)量(含自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換)功能。該功能啟動(dòng)后，能自動(dòng)按VIO、IIO、AVD 、KCMR 和BWG的順序測(cè)量、顯示并打印以上5個(gè)參數(shù)測(cè)量結(jié)果；（3）其他第2章 方案比較與論證運(yùn)算放大器測(cè)量?jī)x是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的儀表。涉與國標(biāo)檢測(cè)電路、精密電壓測(cè)量、自動(dòng)測(cè)量檔位控制、DDS高頻信號(hào)合成、掃頻與測(cè)量、人機(jī)界面、多任務(wù)協(xié)調(diào)、數(shù)字濾波等許多方面。在如此復(fù)雜的軟硬件任務(wù)的條件下，常規(guī)硬件設(shè)計(jì)顯得有些力不從心。有以下幾個(gè)設(shè)計(jì)方

10、案：2.1、采用OS2 R2TX-TINV等可用于單片機(jī)的嵌入式操作系統(tǒng)利用任務(wù)切換形式完成多程序并行操作與響應(yīng)。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是編程相對(duì)簡(jiǎn)單、任務(wù)明確、易于擴(kuò)展。它的缺點(diǎn)是當(dāng)利用于51單片機(jī)等低端8位單片機(jī)時(shí)，占用系統(tǒng)資源過大。往往需要外擴(kuò)SRAM和ROM等手段擴(kuò)充硬件資源，增加系統(tǒng)硬件的復(fù)雜程度。在任務(wù)為較簡(jiǎn)單的操作時(shí)往往得不償失，實(shí)時(shí)性也很難保證。若采用高端的單片機(jī)勢(shì)必會(huì)增加成本，所以未選擇此種方案。2.2、協(xié)調(diào)和利用單片機(jī)部多個(gè)時(shí)鐘中斷源。時(shí)分制的并行處理多個(gè)任務(wù)與響應(yīng)，這種方案的優(yōu)點(diǎn)是在任務(wù)較簡(jiǎn)單時(shí)，占用系統(tǒng)資源極少，系統(tǒng)利用率高且無須外擴(kuò)硬件，可靠性好，容易把握實(shí)時(shí)性。它的缺點(diǎn)是當(dāng)

11、任務(wù)較大時(shí)會(huì)造成時(shí)鐘中斷過長(zhǎng)，多中斷互相嵌套冗雜等情況，造成程序混亂，尤其是在各任務(wù)所需處理中斷時(shí)間不一的時(shí)候，最容易發(fā)生。同時(shí)由于單個(gè)單片機(jī)數(shù)據(jù)處理能力有限，不可能處理過于復(fù)雜的任務(wù)，所以我們未采用此種方案。2.3 用多個(gè)單片機(jī)各司其職協(xié)調(diào)合作，分別完成不同的任務(wù)。雖然一定程度上增加了硬件的復(fù)雜程度，但有利于模塊化設(shè)計(jì)，并且與采用高端單片機(jī)相比更可行，低廉。所以我們選用此種方案。在多單片機(jī)合作協(xié)調(diào)時(shí)，最大的難點(diǎn)是數(shù)據(jù)和命令在各單片機(jī)間傳輸?shù)目偩€的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題。有以下幾種方案：2.3.1、采用單總線分支機(jī)構(gòu)，以一樣的數(shù)據(jù)命令傳輸協(xié)議，用呼號(hào)形式統(tǒng)一傳輸數(shù)據(jù)和命令。其優(yōu)點(diǎn)是：可在任意分支單片機(jī)間

12、雙向數(shù)據(jù)連接，且硬件相對(duì)簡(jiǎn)單，可廣播式發(fā)送數(shù)據(jù)與命令，且不用區(qū)分主從機(jī)。其缺點(diǎn)是：傳輸數(shù)據(jù)時(shí)只能有一個(gè)單片機(jī)發(fā)送信號(hào)，其他單片機(jī)只能接收，容易形成各單片機(jī)間搶占總線等問題。需要相應(yīng)的總線仲裁機(jī)構(gòu)來完成總線資源分配，硬件將相對(duì)復(fù)雜。我們的系統(tǒng)需要大數(shù)據(jù)流單向傳輸和小命令流雙向傳輸，所以不能用此結(jié)構(gòu)。2.3.2、樹狀主從式總線機(jī)構(gòu)，這種總線的最大優(yōu)點(diǎn)是有利于數(shù)據(jù)從主機(jī)到從機(jī)之間的傳輸，易于尋址。適合于多路信號(hào)采集的匯總和主機(jī)對(duì)從機(jī)的操作。其缺點(diǎn)是：數(shù)據(jù)傳輸路徑固定，在中繼單片機(jī)運(yùn)行時(shí)占用不必要的系統(tǒng)資源，不利于各分機(jī)之間的數(shù)據(jù)交流。2.3.3、多總線、控制線傳輸機(jī)構(gòu)，由于本作品設(shè)計(jì)的獨(dú)特性，結(jié)合單

13、片機(jī)硬件特點(diǎn)，采用多種專用控制總線。因此沒有傳輸協(xié)議，以增大傳輸速率。 輔助連接著液晶顯示屏、打印機(jī)、鍵盤等模塊。由于數(shù)據(jù)傳輸較為簡(jiǎn)單，分別采用若干IO控制線對(duì)其控制。以下將詳細(xì)介紹各個(gè)組成部分：2.4 主控芯片： 方案1：采用51系列單片機(jī)，51單片簡(jiǎn)單易用，但考慮到本系統(tǒng)的復(fù)雜性，需要用到多片51單片機(jī)，這將使系統(tǒng)顯得臃腫，也增大了開發(fā)的難度。 方案2：采用凌陽16位單片機(jī)。SPCE061A是繼nSP系列產(chǎn)品SPCE500A等之后凌陽科技推出的又一個(gè)16位結(jié)構(gòu)的微控制器。與SPCE500A不同的是，在存儲(chǔ)器資源方面考慮到用戶的較少資源的需求以與便于程序調(diào)試等功能，SPCE061A里只嵌32

14、K字的閃存（FLASH）。較高的處理速度使nSP能夠非常容易地、快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)。因此，與SPCE500A相比，以nSP為核心的SPCE061A微控制器是適用于數(shù)字語音識(shí)別應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)品的一種經(jīng)濟(jì)的選擇。性能如下：􀂋16位nSP微處理器； 􀂋工作電壓：VDD為2.63.6V(CPU), VDDH為VDD5.5V(I/O)； 􀂋CPU時(shí)鐘：0.32MHz49.152MHz ； 􀂋置2K Words 的SRAM； 􀂋置32K Words 的FLASH； 􀂋可編程音頻處理； И

15、715;系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下(時(shí)鐘處于停止?fàn)顟B(tài))，耗電小于2A3.6V； 􀂋2個(gè)16位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(可自動(dòng)預(yù)置初始計(jì)數(shù)值)； 􀂋2個(gè)10位DAC(數(shù)-模轉(zhuǎn)換)輸出通道； 􀂋32位通用可編程輸入/輸出端口； 􀂋14個(gè)中斷源可來自定時(shí)器A / B，時(shí)基，2個(gè)外部時(shí)鐘源輸入，鍵喚醒； 􀂋具備觸鍵喚醒的功能； 􀂋使用凌陽音頻編碼SACM_S240方式(2.4K位/秒)，能容納210秒的語音數(shù) 據(jù)； 􀂋鎖相環(huán)PLL振蕩器提供系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)； 􀂋32768Hz

16、實(shí)時(shí)時(shí)鐘； 􀂋7通道10位電壓模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和一個(gè)單通道的聲音專用模-數(shù)轉(zhuǎn)換器； 􀂋聲音模-數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入通道置麥克風(fēng)放大器和自動(dòng)增益控制(AGC)電路； 􀂋具備串行設(shè)備接口； 􀂋具有低電壓復(fù)位(LVR)功能和低電壓監(jiān)測(cè)(LVD)功能； 􀂋置在線仿真電路ICE（In- Circuit Emulator）接口； 􀂋具有能力； 􀂋具有WatchDog功能（由具體型號(hào)決定） 使用這種CPU可以大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并且它的計(jì)算能力也能滿足本作品的需要。2.5 AD采樣輸入部

17、分 前向通道的作用是對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行調(diào)理、量化。并將量化結(jié)果存入存儲(chǔ)器，以被顯示之用。它是整個(gè)設(shè)計(jì)的核心。ADC采用自動(dòng)方式工作，硬件ADC的最高速率限定為（Fosc/32/12）Hz,如果速率超過此值，當(dāng)從P_ADC（讀）（S7014H）單元讀取數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤。ADC在各種系統(tǒng)時(shí)鐘下的頻率響應(yīng)為：FOSC(MHz)20.4824.57632.76840.9649.152ADC響應(yīng)率（KHz）640768102412801536最大采樣率（Samplerate_max）為 Samplerate_max=ADC響應(yīng)率/16=1536KHz/16=96KHz。第3章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1信號(hào)條理電路的設(shè)

18、計(jì)A/D對(duì)輸入的模擬信號(hào)的幅值有一定的要求圍。為02V，而對(duì)于待測(cè)信號(hào)來說其幅值各不一樣，有時(shí)大大超出了A/D所如許的最大輸入圍，造成飽和失真，甚至燒毀硬件。有時(shí)信號(hào)較小，使A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果產(chǎn)生很大相對(duì)誤差，甚至不響應(yīng)。這些因素都使得無法對(duì)信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量。信號(hào)條理電路的作用就是將不同幅度的輸入信號(hào)都?xì)w整到適合A/D采集的輸入信號(hào)圍，具體來說，就是對(duì)大的輸入信號(hào)進(jìn)行衰減，對(duì)小信號(hào)則要放大。放大我們采用可編程增益放大器。PGA103，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行調(diào)理。通過對(duì)可編程器件的控制，使其放大倍數(shù)可以為*1、*10兩種不同值，來滿足對(duì)大小不同信號(hào)的放大要求。對(duì)于待測(cè)信號(hào)來說其幅值各不一樣，我們?cè)谛盘?hào)輸入

19、端加了前級(jí)衰減，從而將大信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的衰減，以滿足不同幅度的輸入信號(hào)都?xì)w整到適合A/D的輸入信號(hào)圍。具體方法實(shí)現(xiàn)同樣是采用數(shù)字電位器做精密衰減控制。我們采用256抽頭的DCP(數(shù)字電位器)，此數(shù)字電位器與系統(tǒng)采用SPI串行通訊方式，其控制總線少，體積結(jié)構(gòu)小，對(duì)其控制較為靈活、方便，其最大的優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)的非易失性，當(dāng)系統(tǒng)突然掉電時(shí)，數(shù)字電位器部的存儲(chǔ)單元會(huì)將當(dāng)前值進(jìn)行存儲(chǔ)，待系統(tǒng)上電時(shí)，其存儲(chǔ)數(shù)據(jù)即可恢復(fù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的保存。其控制方法簡(jiǎn)潔，方便，并且精度較高。3.1.2采樣方式的選擇 再現(xiàn)代數(shù)字采集、存儲(chǔ)系統(tǒng)中，通常有兩種采樣方式：實(shí)時(shí)采樣和等效采樣。方案一：實(shí)時(shí)采樣實(shí)時(shí)采樣是在信號(hào)存在期間對(duì)其采樣

20、。根據(jù)奈奎斯特采樣定理，采樣頻率必須高于被測(cè)信號(hào)中最高頻率分量的2倍，對(duì)于周期正弦信號(hào)，一個(gè)周期應(yīng)該有兩個(gè)采樣點(diǎn)，考慮到實(shí)際因素的影響，為了不失真的恢復(fù)原被信號(hào)，通常對(duì)被測(cè)信號(hào)的一個(gè)周期至少應(yīng)該有5個(gè)采樣點(diǎn)，原被測(cè)信號(hào)不失真的恢復(fù)也受到A/D的采樣深度的限制。實(shí)時(shí)采樣方法簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，當(dāng)被測(cè)信號(hào)頻率不是很高時(shí)，實(shí)時(shí)采樣方法較為理想。如圖11所示t0圖11 實(shí)時(shí)采樣 方案二：等效采樣由于采樣器工作的速率的限制，實(shí)際上在被測(cè)信號(hào)的頻率較高時(shí)很難實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采樣。并且采樣速率愈高，要求A/D的轉(zhuǎn)換速率愈高，其價(jià)格愈高。所以在價(jià)格上很難接受。但對(duì)于周期信號(hào)可以采用等效采樣方法。其中又分為順序和隨機(jī)等效采

21、樣方法。所謂順序采樣是對(duì)每一個(gè)信號(hào)周期僅采樣一點(diǎn)，經(jīng)過若干個(gè)信號(hào)周期后，就可以將被測(cè)信號(hào)的各個(gè)部分采樣一遍，這種采樣方法可以使采樣點(diǎn)借助于“步進(jìn)延遲”方法均勻的分布于被測(cè)信號(hào)波行的不同位置。所謂步進(jìn)延時(shí)，是每一次采樣比上一次采樣點(diǎn)的位置延時(shí)t時(shí)間。如圖12。圖12 等效采樣t0t等效采樣雖然對(duì)很高頻率的信號(hào)進(jìn)行采樣，但“步進(jìn)延遲”的方法很難在短時(shí)間實(shí)現(xiàn)，本設(shè)計(jì)要求信號(hào)頻率5Hz非常低。所以，在本設(shè)計(jì)中我們采用實(shí)時(shí)采樣方法。3.2 電平移位電路由于被測(cè)信號(hào)是雙極性的，即被轉(zhuǎn)換的模擬信號(hào)為正或負(fù)極性，而A/D的輸入信號(hào)通常為單極性信號(hào)。為了對(duì)雙極性信號(hào)的測(cè)量，以與適應(yīng)A/D的要求，在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換

22、之前必須將雙極性信號(hào)轉(zhuǎn)換為單極性信號(hào)，所以我們?cè)O(shè)計(jì)了電平移位電路，在本設(shè)計(jì)中可將被測(cè)信號(hào)移位為單極性信號(hào)。電平轉(zhuǎn)換電路，如圖 用電位器精確分壓生成一個(gè)電壓為參考電壓二分之一的偏置信號(hào)，然后信號(hào)通過OP-07組成的射隨器隔離，跟輸入信號(hào)混合，完成電平移位。3.3 濾波電路的設(shè)計(jì)被測(cè)信號(hào)的頻譜分量較多，其中必然夾雜著許多高次諧波的干擾,這樣對(duì)測(cè)量精度有嚴(yán)重的影響.所以，我們?cè)诒粶y(cè)信號(hào)的輸入端加了一級(jí)低通濾波器，它可以是有用的頻率信號(hào)通過，而抑制（或大為衰減）無用的頻率信號(hào),這樣許多高頻干擾信號(hào)被濾除，提高了測(cè)量的精度。實(shí)現(xiàn)低通濾波器有下面幾種方案。方案一：采用切比雪夫?yàn)V波器切比雪夫?yàn)V波器的顯著特點(diǎn)

23、是，其逼近誤差峰值在一定規(guī)定的圍的頻段尚為最小，而且是等紋波的即誤差值在極大和極小值之間擺動(dòng)。 方案二：二階BUTTERWORTH（巴特沃茲）低通濾波器二階巴特沃茲濾波器，如MAXIM公司的MAX291,其優(yōu)點(diǎn)是通帶特性曲線平坦，但是其從導(dǎo)通到截至頻率的坡度較為緩慢,且價(jià)格較高。方案三：RC積分濾波器RC積分濾波器使用方便，體積小，卻完全滿足本設(shè)計(jì)要求。其頻率特性為:F(j)=1/(1+j) ,其中=RC為時(shí)間常數(shù)。如圖輸出輸入C我們選擇的這種濾波器時(shí)間常數(shù)取5。3.4鍵盤模塊：方案一 采用矩陣式鍵盤，此類鍵盤采用矩陣式行列掃描方式，優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)按鍵較多時(shí)可降低占用單片機(jī)的I/O口數(shù)目，缺點(diǎn)為電路

24、復(fù)雜且會(huì)加大編程難度。方案二 采用獨(dú)立式按鍵電路，每個(gè)按鍵單獨(dú)占有一根I/O接口線,每個(gè)I/O口的工作狀態(tài)互不影響，此類鍵盤采用端口直接掃描方式。缺點(diǎn)為當(dāng)按鍵較多時(shí)占用單片機(jī)的I/O口數(shù)目較多，優(yōu)點(diǎn)為電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，且編程極其容易。綜合考慮兩種方案與題目要求，方案一需要8個(gè)I/O口，方案二需要11個(gè)I/O口，考慮到系統(tǒng)資源，故采用方案一。3.5液晶模塊：方案1：使用數(shù)碼管顯示，該方案控制最簡(jiǎn)單，但是只能顯示非常有限的符號(hào)和數(shù)字，對(duì)于設(shè)計(jì)中復(fù)雜的顯示功能顯然不能勝任。方案2：使用點(diǎn)陣液晶顯示，點(diǎn)陣液晶可以顯示多種字符與圖形，擁有友好的人機(jī)界面與強(qiáng)大的顯示功能。特別適用于智能控制的可編程人性化顯示。

25、權(quán)衡之后，決定選用方案2，并實(shí)現(xiàn)了中文圖形界面。3.6打印模塊：方案1：采用臺(tái)式打印機(jī)，臺(tái)式打印機(jī)打印效果最好，能夠打印出各種復(fù)雜的圖形，但其價(jià)格也是最高的。方案2：采用面板式微型打印機(jī)，這種打印機(jī)體積小，能夠打印中英人，也能打印圖像，能夠滿足要求。綜上兩種方案，我們選用面板式微型打印機(jī)，用單片機(jī)控制其打印數(shù)據(jù)與文字。輸出設(shè)備構(gòu)架如圖1：圖13.6.1液晶驅(qū)動(dòng)部分：本系統(tǒng)采用240128點(diǎn)陣圖形液晶模塊，它采用T6963C作控制器。T6963C的特點(diǎn)：T6963C是點(diǎn)陣式液晶圖形顯示控制器，它能直接與80系列的8位微處理器接口；T6963C的字符字體由硬件設(shè)置，其字體有4種：5*8、6*8、7

26、*8、8*8；T6963C的占空比可從1/16到1/128；T6963C可以圖形方式、文本方式用圖形和文本合成方式進(jìn)行顯示，以與文本方式下的特征顯示，還可以實(shí)現(xiàn)圖形拷貝操作等等；T6963具有部字符發(fā)生器CGROM，共有128個(gè)字符，T6963C可管理64K顯示緩沖區(qū)與字符發(fā)生器CGRAM。并允許MPU隨時(shí)訪問顯示緩沖區(qū)，甚至可以進(jìn)行位操作。3.7關(guān)于軟件的一些算法軟件濾波算法：3.7.1、遞推平均濾波法（又稱滑動(dòng)平均濾波法）優(yōu)點(diǎn)：對(duì)周期性干擾有良好的抑制作用，平滑度高適用于高頻振蕩的系統(tǒng) 缺點(diǎn)：靈敏度低對(duì)偶然出現(xiàn)的脈沖性干擾的抑制作用較差不易消除由于脈沖干擾所引起的采樣值偏差不適用于脈沖干擾

27、比較嚴(yán)重的場(chǎng)合比較浪費(fèi)RAM3.7.2、中位值平均濾波法（又稱防脈沖干擾平均濾波法）優(yōu)點(diǎn)：融合了兩種濾波法的優(yōu)點(diǎn)對(duì)于偶然出現(xiàn)的脈沖性干擾，可消除由于脈沖干擾所引起的采樣值偏差缺點(diǎn)：測(cè)量速度較慢，和算術(shù)平均濾波法一樣比較浪費(fèi)RAM3.7.3、加權(quán)遞推平均濾波法優(yōu)點(diǎn)：適用于有較大純滯后時(shí)間常數(shù)的對(duì)象和采樣周期較短的系統(tǒng)C、缺點(diǎn)：對(duì)于純滯后時(shí)間常數(shù)較小，采樣周期較長(zhǎng)，變化緩慢的信號(hào)不能迅速反應(yīng)系統(tǒng)當(dāng)前所受干擾的嚴(yán)重程度，濾波效果差3.7.4、消抖濾波法優(yōu)點(diǎn)：對(duì)于變化緩慢的被測(cè)參數(shù)有較好的濾波效果,可避免在臨界值附近控制器的反復(fù)開/關(guān)跳動(dòng)或顯示器上數(shù)值抖動(dòng)缺點(diǎn)：對(duì)于快速變化的參數(shù)不宜如果在計(jì)數(shù)器溢出的

28、那一次采樣到的值恰好是干擾值,則會(huì)將干擾值當(dāng)作有效值導(dǎo)入系統(tǒng).3.8.關(guān)于信號(hào)源部分信號(hào)源由MAXIM公司生產(chǎn)的MAX038芯片產(chǎn)生,其性能特點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn):(1)能產(chǎn)生精確的高頻正弦波、矩形波(含方波)、三角波和鋸齒波，輸出波形既可以人工設(shè)定，亦可以由微機(jī)或其它數(shù)字手段控制；(2)頻率圍很寬，從01 Hz直到20 MHz，最高可達(dá)40 MHz，頻率設(shè)定分為粗調(diào)和細(xì)調(diào)兩種。改變振蕩電容充、放電電流，可大幅度調(diào)節(jié)頻率，改變FADJ端的電位,能對(duì)頻率進(jìn)行精細(xì)調(diào)節(jié)；(3)對(duì)于輸出波形，電壓幅度均為2 V(PP)，對(duì)于地電位而言則是一1 V-+lV，輸出阻抗小于01n，低阻抗輸出能力可以達(dá)到20 m

29、A；(4)占空比調(diào)節(jié)圍寬，最大調(diào)節(jié)圍為10 90(一般應(yīng)用在1585的圍)，且占空比與頻率均可單獨(dú)調(diào)節(jié)，互不影響；(5)輸出波形失真小，正弦波總諧波失真度僅為075，占空比調(diào)節(jié)的非線性度只有2；(6)部基準(zhǔn)電壓源的電壓值為250002 V，電壓溫度系數(shù)低至20x106oC，利用該基準(zhǔn)電壓源不僅可以提供充、放電的電流 ，以確定頻率值，還能設(shè)定FADJ端的電壓，實(shí)現(xiàn)頻率微調(diào)，此外還可設(shè)定DADJ端的電壓，調(diào)節(jié)占空比；(7)含一個(gè)相位比較器，用于鎖相環(huán)；(8)具有掃描工作方式，掃描電壓外部設(shè)置；(9)采用5 V雙電源供電，電壓圍±475一±525 V，允許變化±5，電流

30、約80 mA，典型功耗為400mW 。MAX038的主要應(yīng)用有精密函數(shù)波形發(fā)生器、壓控振蕩器、頻率調(diào)制器、脈寬調(diào)制器、鎖相環(huán)、頻率合成器、正弦波或矩形波調(diào)頻發(fā)生器等。以下是它的部功能結(jié)構(gòu)框圖. 由上我們可知道MAX038芯片是一款功能非常強(qiáng)大的信號(hào)產(chǎn)生類芯片,根據(jù)本題目實(shí)現(xiàn)功能的要求我們只需要控制其輸出頻率的變化在40K到4M之間即可,只要選擇好合適的振蕩電容,再用足夠精度的電流控制其振蕩頻率控制器,就能做到頻率以預(yù)期的變化率變化. 根據(jù)題目基本部分和發(fā)揮部分有不同的要求,即第一次輸出為固定不變的5Hz頻率,第二次輸出為從40K到4M按一定的速率變化的頻率,由此條件可以計(jì)算出接入MAX038振

31、蕩電路的電容值,再用一繼電器根據(jù)測(cè)試項(xiàng)目進(jìn)行切換,這里需要說明的一點(diǎn)是,在本電路中我們選擇對(duì)輸出頻率放大副度進(jìn)行放大的芯片為兩種,一種是在高頻狀態(tài)下進(jìn)行副度放大,我們選用MAXIM公司的高速視頻運(yùn)放MAX4104,其最高速度可工作在750M的頻率下,而其至命的弱點(diǎn)是在當(dāng)它工作在低頻狀態(tài)下時(shí)芯片立刻會(huì)被燒壞,也正是因?yàn)槿绱宋覀儾胚x擇用LF356進(jìn)行低頻條件下的頻率副度放大,綜合以上各種條件繪制出如下圖所示的信號(hào)源產(chǎn)生電路結(jié)構(gòu)圖如下 對(duì)上圖電路各個(gè)部分現(xiàn)做簡(jiǎn)要的說明.一,頻率段選擇電路:頻率段的選擇主要是針對(duì)整個(gè)測(cè)量過程中存在的兩種狀態(tài)進(jìn)行選擇,即固定不變的5Hz測(cè)量頻率與從40K到4M連續(xù)變化的

32、掃描頻率,對(duì)這兩段的選擇是通過核心處理芯片來控制的,對(duì)不同的測(cè)量選擇相應(yīng)的值即可,而其中的值主要即為振蕩電容的大小與輸入給頻率調(diào)節(jié)端口電流的大小來決定,對(duì)電流調(diào)節(jié)其中心頻率變化的過程將會(huì)在下面的小節(jié)中講述.二,壓控流電路:其實(shí)所謂的壓控流源就是將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào),我們之所以這樣做,主要是因?yàn)镸AX038芯片的頻率粗調(diào)控制端是通過接收電流強(qiáng)弱信號(hào)來決定輸出頻率大小的,而一般情況下我們很少對(duì)直流的大小進(jìn)行控制,而是通過DA對(duì)輸出電壓進(jìn)行控制,在這里我們同樣通過DA對(duì)電壓的大小進(jìn)行控制,而有一特別之處需要說明的是,由于核心器件為凌陽十六位單片機(jī),它本身自帶有兩個(gè)十位精度的DA,但考慮到僅用十位

33、精度來控制4K到40M變化的頻率,并且變化精度不大于1K的條件,僅用凌陽自帶的一個(gè)DA是不能達(dá)到要求的,所以我們采用將凌陽片兩個(gè)十位精度電流輸出的DA進(jìn)行整合變成一個(gè)二十位精度電壓輸出的DA,這樣的電壓輸出精度再經(jīng)過壓流變化后將達(dá)到相當(dāng)?shù)木?足以滿足題目給出小于1K變化率的精度,這也是本次我們做題中的一大創(chuàng)新點(diǎn).三,頻率放大電路:題目要求5Hz為固定2V正弦波或?yàn)?K到4M幅度為4V的正弦波,由于有幅度的改變所以我們用兩塊運(yùn)放各自處理不同頻率和不同幅度的正弦波,在兩者之間切換采用繼電器由核心處理芯片對(duì)起進(jìn)行控制.第4章 系統(tǒng)調(diào)試4.1 硬件調(diào)試4.1.1 利用標(biāo)準(zhǔn)板測(cè)運(yùn)算放大器（1）的輸入失調(diào)電壓a 將開關(guān)K2斷開，將開關(guān)K1閉合，用7位半的數(shù)字電壓表，測(cè)輸出電壓，則=b 將開關(guān)K2