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集成运放参数测试仪(B题) - 扬州大学.doc

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集成运放参数测试仪(B 题) - 扬州大学本人精心整理的文档,文档来自网络本人仅收藏整理如有错误还请自己查证!集成运放参数测试仪 (B 题)设计报告参赛学校:扬州大学学院:信息工程学院作者:刘中奇 张传法 邱玉强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(AT89C55WD)继电器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 可以实现复杂的逻辑功能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 FPGAFPGA 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
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