集成运放参数测试仪毕业设计论文

摘 要

集成运放测试仪是电子专业中一种常用的芯片测试设备。目前，市场上出售的集成运

放测试仪比较少，而且价格昂贵。一般实验室都没有此类测试仪器。本课题针对这种现状，

特意研制一台质量优良、成本低廉的集成运放测试仪。

集成运放测试仪主要用于测试运放芯片的参数和功能。本测试仪以STC12C5A60S2

单片机作为控制核心，对运放测试电路的输入输出信号进行检测、处理，并将测试波形及

参数显示到TFT彩屏上。集成运放测试仪的研究遵循一般的电子作品研究过程：首先进

行系统理论分析与方案设计；然后分模块设计、测试；最后进行系统调试、测试。论文整

体分为硬件设计和软件设计两大部分。然后从系统角度将测试仪分为单片机控制部分，功

能按键输入部分、显示部分、信号源部分、运放测试部分和电源部分分别进行介绍。

研究结果表明自行研制的集成运放测试仪简单、实用，能够满足大多数专业人员的要

求。测试仪摈弃了繁琐的功能，仅仅设置了四个按键、两种模式，并且采用TFT彩屏显

示，方便专业人员观察测试结果。同时，本测试仪还存在一些不足，如不能做到通用、电

路设计不完善等，需要继续深入研究。

关键词 集成运算放大器 单片机 芯片测试 TFT彩屏

Abstract

Integrated op-amp tester is a commonly used in electronic chip test equipment. At present,

the market integration op-amp tester is less, and the price is high. General laboratory both does

not have this kind of test equipment. This subject is based on the present situation, we have

developed a good quality, low cost integrated op-amp tester.

Integrated op-amp tester is used to test op-amp chip parameters and function. This tester is

to STC12C5A60S2 single chip microcomputer as control core, the test circuit to put their input

and output signal detection and treatment, and will test the waveform and parameter display to

TFT colour screens. Integrated op-amp tester research following general electronic work study

process: first system theory analysis and design; And then points module design, test; The last

system commissioning, testing. The whole paper into hardware design and software design of

two parts. And then from the system will be divided into single chip microcomputer control

Angle tester part, the function of keystroke, display section, the signal source part, op-amp

testing part and power supply part introduced respectively.

The results of the study show that the developed by integrated op-amp tester is simple,

practical, and can satisfy the requirements of most professionals. Ditched the function of trival

tester, just set the four buttons, two kinds of patterns, and the TFT color display, convenient

professional observation test results. Meanwhile, the tester still existed some shortage, such as

general motors, cannot do circuit design is not perfect and so on, needs to continue to study.

Key words integrated operational amplifier single-chip microcomputer

chip test TFT colour screens

目 录

第1章 绪论 ............................................................................................................................... 1

1.1 课题背景及国内外研究概况 ............................................................................................. 1

1.2 集成电路测试仪概述 ......................................................................................................... 2

1.3 本课题的研究内容及研究意义 ......................................................................................... 2

1.3.1 本课题的研究内容 ...................................................................................................... 2

1.3.2 本课题的研究意义 ...................................................................................................... 2

第2章 集成运放测试仪总体方案设计 ................................................................................... 3

2.1 集成运放测试仪测试参数选择 ......................................................................................... 3

2.1.1输入失调电压 ............................................................................................................... 3

2.1.2 输入失调电流IIO ......................................................................................................... 3

2.1.3 开环差模放大倍数Aod .............................................................................................. 4

2.1.4 共模抑制比KCMR ..................................................................................................... 4

2.1.5 最大输出电压UOPP ..................................................................................................... 5

2.2集成运放测试仪测试芯片选择 ......................................................................................... 5

2.2.1 OP07简介 ..................................................................................................................... 5

2.2.2 LM324简介 ............................................................................................................... 6

2.2.3 LM358简介 ............................................................................................................... 7

2.3 集成运放测试仪整体设计 ................................................................................................. 8

2.3.1 集成运放测试仪系统结构图 ...................................................................................... 8

2.3.2 集成运放测试仪各部分说明 ...................................................................................... 9

第3章 集成运放测试仪硬件设计 ......................................................................................... 12

3.1 单片机控制部分 ............................................................................................................... 12

3.2 显示部分 ........................................................................................................................... 13

3.3 信号源部分 ....................................................................................................................... 14

3.4 运放测试部分 ................................................................................................................... 16

3.5 电源部分 ........................................................................................................................... 16

第4章 集成运放测试仪软件设计 ......................................................................................... 17

4.1 软件使用说明 ................................................................................................................... 17

4.1.1 编程软件keil ............................................................................................................. 17

4.1.2 目标程序下载软件STC_ISP_V483 ......................................................................... 17

4.2 软件设计说明 ................................................................................................................... 17

4.2.1 整体软件流程图 ........................................................................................................ 17

4.2.2 信号源（AD9850）部分软件设计 .......................................................................... 19

4.2.3 TFT彩屏显示部分软件设计 ..................................................................................... 20

4.2.4 AD转换部分软件设计 .............................................................................................. 21

4.2.5 按键功能部分软件设计 ............................................................................................ 24

4.3 小结 ................................................................................................................................... 24

第5章 集成运放测试仪调试 ............................................................................................... 25

5.1 集成运放测试电路调试 ................................................................................................... 25

5.2 信号源模块调试 ............................................................................................................... 27

5.3 TFT彩屏模块调试............................................................................................................ 28

5.4 电源模块调试 ................................................................................................................... 28

5.5 整体调试 ........................................................................................................................... 29

第6章 结论 ............................................................................................................................. 30

致 谢 ..................................................................................................................................... 31

参考文献 ..................................................................................................................................... 32

附 录 ..................................................................................................... 错误！未定义书签。

集成运放参数测试仪

第1章 绪论

1.1 课题背景及国内外研究概况

集成电路测试是保证集成电路性能、质量的关键手段之一。集成电路测试技术也是发

展集成电路产业的三大支撑技术之一。因此，集成电路测试仪作为一个测试门类受到很多

国家的高度重视。随着集成电路发展到第四代，集成电路测试仪也从最初测试小规模集成

电路发展到测试中规模、大规模和超大规模集成电路。

集成电路测试仪的发展过程可以粗略地分为四个时代。第一代始于1965年，测试对

象是小规模集成电路，可测管脚数达16只。用导线连接、拨动开关、二极管矩阵等方法，

编制自动测试序列，仅仅测量IC外部管脚的直流参数。第二代始于1969年，此时计算机

的发展已达到适用于控制测试仪的程度 ，测试对象扩展到中规模集成电路，不但能测试

IC的直流参数，还可用低速图形测试IC的逻辑功能。第三代始于1972年，这时的测量

对象扩展到大规模集成电路（LSI），最突出的进步是把功能测试图形速率提高到10MHz。

从1975年开始，测试对象为大规模、超大规模集成电路（LSI/VLSI），不但能有效地测量

CMOS电路，也能有效地测量TTL、ECL电路。此时作为独立发展的半导体自动测试设

备，无论其软件、硬件都相当成熟。1980年测试仪进入第四代，测量对象为VLSI，测试

仪的智能化水平进一步提高，具备与计算机辅助设计（CAD）连接能力，加强了数字系

统与模拟系统的融合。现在，测试仪的功能测试速率已达500MHz以上，可测管脚数多

达1024个，测试仪的发展速度是惊人的。

我国在70年代初就开始了集成电路测试仪的研制工作，80年代后期国产集成电路测

试仪的水平，特别是自行设计能力有较大提高，国内研究或制造集成电路测试仪的研究所

与工厂主要有中国科学院计算技术研究所、半导体所、北京自动测试技术研究所、光华无

线电仪器厂等。1986年中国科学院计算技术研究所研制成功了ICT-2 LSI/VISI综合测试

系统，功能测试速率10MHz/20MHz，通道数48。1987年北京自动测试技术研究所研制

成功了BC3170存储器测试系统，功能测试速率20MHz，通道数32个。同期光华无线电

仪器厂推出GH3123型集成电路自动测试仪，北京自动测试技术研究所BC3110X型集成

电路测试仪研制成功，标志着国产中小规模集成电路测试仪的技术水平进入新的发展时期

和走向实用阶段。继而北京科力公司研制和生产测试速率12.5MHz、64通道大规模数字

集成电路测试系统。此后不久，光华无线电仪器厂又研制成功功能测试速率为10MHz的

16M位RAM存储器测试仪，大规模测试系统获得长足的发展。

1.2 集成电路测试仪概述

集成电路测试仪是对集成电路进行测试的专用仪器设备。集成电路测试仪的分类很

多，按测试的集成电路的特点可以分为数字型和模拟型测试仪；按功能可以分为集成电路

功能测试仪和集成电路参数测试仪；按形式可分为便携式集成电路测试仪和台式集成电路

测试仪。功能测试是对集成电路的功能进行判定，看功能是否失效。而参数测试是对集成

电路的各项参数进行测试，看测试读取的参数是否符合集成电路的设计要求。市场上常见

的便宜的集成电路测试仪大多是功能测试仪，由于参数测试仪的生产成本较高，一般参数

测试仪的价格都在几万，在实验里， 集成电路的测试是一件经常性的工作，实验做完后

电路是好是坏从表面上是看不出来的，如用简单办法给电路加信号源用万用表和示波器测

试则是一非常麻烦的事，因为一块集成电路有很多引脚，一个一个的测试是一件非常费时

费力的事，在一般实验室条件下集成电路只需进行功能测试即可，所以本文要设计一个简

易、实用集成电路测试仪。

1.3 本课题的研究内容及研究意义

1.3.1 本课题的研究内容

本课题主要对常用集成运放芯片的测试原理及实现方法进行研究和设计。具体包括以

下内容：

1) 对集成运放的测试原理进行研究与分析，对各种测试方法进行分析与对比，并确

定本课题所要采用的方案；

2) 对集成运放测试仪进行硬件电路的设计，用Protel DXP 2004绘制电路原理图，然

后焊接、调试、测试各模块电路；

3) 对集成运放测试仪进行软件设计，完成集成运放测试仪的具体软件编辑、调试与

测试。

4) 对集成运放测试仪进行整体测试。

1.3.2 本课题的研究意义

目前集成电路测试仪的价格都非常昂贵，而且出现问题不易维护。而对于电子类实验

室而言，一个常用的集成电路测试设备是不可或缺的。基于上述考虑，我们针对实验室最

常用的集成运放芯片设计并制作了一台简单易用的集成运放测试仪。

第2章 集成运放测试仪总体方案设计

2.1 集成运放测试仪测试参数选择

集成运算放大器是一种线性集成电路，与其他半导体器件一样，它也用一些性能指标

来衡量其质量的优劣。集成运放的性能指标可以从其器件手册中查到，但由于集成电路是

半导体器件，其性能参数常常有较大的离散性，因此，我们在使用具体器件之前必须对其

主要参数进行测试，这样才能保证在电路中使用的器件是合格的。

集成运放的主要参数有输入失调电压UIO、输入失调电流IO 、差模放大倍数Aod 、

共模抑制比KCMR 、最大输出电压UOPP 、通频带等。

2.1.1输入失调电压

理想运算放大器，当输入信号为零时其输出也为零。但在真实的集成电路器件中，由

于输入级的差动放大电路总会存在一些不对称的现象（由晶体管组成的差动输入级，不对

称的主要原因是两个差放管的UBE不相等），使得输入为零时，输出不为零。这种输入为

零而输出不为零的现象称为“失调”。为讨论方便，人们将由于器件内部的不对称所造成

的失调现象，看成是由于外部存在一个误差电压而造成，这个外部的误差电压叫做“输入

失调电压”，记作UIO或VOS。

输入失调电压在数值上等于输入为零时的输出电压除以运算放大器的开环电压放大倍数：

UIO UOOAod

式中：UIO — 输入失调电压 Uoo— 输入为零时的输出电压值

Aod — 运算放大器的开环电压放大倍数

2.1.2 输入失调电流IIO

当输入信号为的零时，运放两个输入端的输入偏置电流之差称为输入失调电流，记为

IIO ：

IIO IB1 IB2

式中：IB1，IB2分别是运算放大器两个输入端的输入偏置电流

输入失调电流的大小反映了运放内部差动输入级的两个晶体管的失配度，由于IB1，

IB2本身的数值已很小（μA或nA级），因此它们的差值通常不是直接测量的。

一般情况下输入失调电压和输入失调电流的数值都很小，且其测试电路复杂。如果要

对失调电压、电流进行检测则要求测试仪有很高的精度，高精度的测试仪必然要选择高精

度的专用硬件芯片，这样一方面测试仪的成本会大幅度提高，另一方面一些专用硬件芯片

的购买、调试都不是很方便，需要占用很多的时间与经费。如果这样设计测试仪的硬件架

构就违背了低成本、简单实用的要求，与购买商家的测试仪没有什么区别，甚至会造成高

成本、低质量。综合考虑，不对以上两项集成运放参数进行测试。

2.1.3 开环差模放大倍数Aod

集成运放在没有外部反馈时的直流差模放大倍数称为开环差模电压放大倍数，用Aod

表示。它定义为开环输出电压UO与两个差分输入端之间所加差模输入信号Uid 之比：

Aod UOUid

按定义Aod应是信号频率为零时的直流放大倍数，但为了测试方便，通常采用低频

（几十赫兹以下）正弦交流信号进行测量。由于集成运放的开环电压放大倍数很高，而且

在开环情况下UO的漂移量太大，难以直接进行测量，故一般采用闭环测量方法。

差模放大倍数Aod是集成运放的一项主要参数，在运放应用电路中对放大倍数的考

虑是必不可少的。

2.1.4 共模抑制比KCMR

集成运放的差模电压放大倍数Aod与共模电压放大倍数Aoc之比称为共模抑制比，

记为KCMR（或CMRR）：

KCMR AodAoc

式中：Aod—差模电压放大倍数；

Aoc—共模电压放大倍数

共模信号是指加在运算放大器两个输入端上幅值、相位都相等的输入信号，是一种无

用的信号（常因电路结构、干扰和温漂造成）。理想运算放大器的输入级是完全对称的，

其共模电压放大倍数为零，所以当只输入共模信号时，理想运放的输出信号为零；当输入

信号中包含差模信号与共模信号两种成份时，理想运放输出信号中的共模成份为零。但在

实际的集成运算放大器中，因为电路结构不可能完全对称，所以其共模电压放大倍数不可

能为零，当输入信号中含有共模信号时，其输出信号中必然含有共模信号的成分。输出端

共模信号愈小，说明电路对称性愈好，也就是说运放对共模干扰信号的抑制能力愈强。人

们用共模抑制比KCMR来衡量集成运算放大器对共模信号的抑制能力。KCMR愈大，对

共模信号的抑制能力越强，抗共模干扰的能力越强。

KCMR AdUR F icAcR1Uoc

从上式可知，理论上的差模放大倍数为无穷大，这在实际当中是不可实现的，故不对

此项参数进行测试。

2.1.5 最大输出电压UOPP

集成运放的最大输出电压又称输出电压动态范围，记为UOPP，该参数与电源电压、

外接负载及信号源频率有关。输出电压峰峰值UOPP 调试方便，故也对其进行测试。

通频带是指输入在输入电压范围内，一定放大倍数下输入信号的频率上限值，超过此

频率值输出电压会产生失真。故此项参数也必须进行测试。

综合考虑，本测试仪仅对差模放大倍数Aod 、最大输出电压UOPP 和通频带进行测

试。在一般的集成运放中，这三项参数经过测试后正常的话，可以认为这个运放芯片是正

常的。

2.2集成运放测试仪测试芯片选择

目前，集成运放的型号很多，且各种运放的引脚排列各不相同，所以在设计不同运放

的测试电路时引脚切换电路的设计也会很复杂，很难做到通用。下面对实验室中常用的集

成运放芯片作简要介绍：

2.2.1 OP07简介

1. OP07双极性运算放大器集成电路

OP07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。由于OP07具

有非常低的输入失调电压（对于OP07A最大为25μV），所以OP07在很多应用场合不需

要额外的调零措施。OP07同时具有输入偏置电流低（OP07A为±2nA）和开环增益高（对

于OP07A为300V/mV）的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于

高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。

OP07可以用单电源供电，但是线性区间太小，单电源供电，模拟地在1/2 VCC。建

议电源最好大于8V，否则线性区实在太小，放大倍数无法做大，一不小心就饱和了。通

常用+12V，-12V双电源供电。

2. OP07芯片引脚功能说明：

1和8为偏置平衡(调零端)，2为反向输入端，3为正向输入端，4接﹣VCC，5空脚 6

为输出，7接电源﹢VCC。

OP07芯片外形图和引脚图分别图2-1和图2-2所示：

图2-1 OP07芯片外形图 图2-2 OP07引脚图

2.2.2 LM324简介

1. LM324双极型线性集成电路

LM324内部包括有四个独立的、高增益、内部频率补偿的运算放大器，适合于电源

电压范围很宽的单电源使用, 也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流

与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供

电的使用运算放大器的场合。 LM324的封装形式为塑封14引线双列直插式。

2. 特点

1) 内部频率补偿

2) 直流电压增益高(约100dB)

3) 单位增益频带宽(约1MHz)

4) 电源电压范围宽：单电源(3—32V)； 双电源(±1.5—±16V)

5) 低功耗电流，适合于电池供电

6) 低输入失调电压和失调电流

7) 共模输入电压范围宽，包括接地

8) 差模输入电压范围宽，等于电源电压范围

9) 输出电压摆幅大(0至VCC-1.5V) LM324外形图和引脚图分别图2-3和图2-4所示：

图2-3 LM324外形图 图2-4 LM324引脚排列图

2.2.3 LM358简介

LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模组,音频放大器、工业控制、DC增益部件和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。 LM358的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。特性如下：

1) 内部频率补偿

2) 直流电压增益高(约100dB)

3) 单位增益频带宽(约1MHz)

4) 电源电压范围宽：单电源(3—30V)；双电源(±1.5一±15V)

5) 低功耗电流，适合于电池供电

6) 低输入失调电压和失调电流

7) 共模输入电压范围宽，包括接地

LM358 DIP塑封引脚图如图2-5所示。

图2-5 DIP塑封引脚图引脚功能

由以上对三种常用运放芯片的介绍可知，这三种运放可以满足大多数运放应用电路的要求，故仅对这三种集成运放芯片进行测试。这三种运放是各种运算放大电路中应用最为广泛的集成运放芯片。其价格便宜，性能也能满足一般运放应用电路的要求。

2.3 集成运放测试仪整体设计

集成运放测试仪围绕其可靠性、实用性与低成本设计电路。从电路系统考虑，其应该包括功能按键、控制器、显示、运放测试电路、AD/DA，信号源电路及电源电路。所有模块电路都是围绕运放测试电路进行设计、选型的。为达到直观、清晰的要求，显示界面有必要的操作说明及选项设置，在测试过程中有输入、输出波形的显示。下面对各模块的设计及芯片的选型作简要分析。

2.3.1 集成运放测试仪系统结构图

集成运放测试仪的结构框图如图2-6所示：

图2-6 集成运放测试仪系统框图

2.3.2 集成运放测试仪各部分说明

集成运放测试电路采用同相比例运算放大电路，考虑到对带宽的测试，测试所需的输入信号由信号源模块AD9850产生。待测运放输出的测试信号输入到单片机中进行数据处理，并将波形显示到TFT彩屏上。通过按键来切换不同的芯片测试模式。

1.集成运放测试电路

集成运放典型应用电路有反相比例运算放大电路、同相比例运算放大电路，加减运算电路、微积分电路等，而反相比例和同相比例运算放大电路是其他运算放大电路的基础。所以在运放测试电路上可以选择同相比例运算放大电路或反相运算放大电路。本测试仪采用同相比例运算放大电路，使得测试电路变得简单。正负12V供电保证了输入测试信号的宽电压范围。通过调节反馈电位器可以改变运放测试电路的放大倍数。由于三种运放芯片的性能参数几乎相同，故三种测试芯片均采用相同的测试电路。另外经过对不同型号运放的多次测试，发现运放在闭环放大倍数为20倍时信号波形最佳。闭环放大倍数大于20倍后，输出信号频率小于10KHZ，否则就失真了。另一方面，由于输出信号幅值必须小于5V，这是单片机AD的限制，若运放放大倍数过大，必定要降低输入信号的幅度，而当输入信号幅度过小时，单片机的AD又会有较大误差，严重的会造成信号的错误检测。达不到单片机控制的目的。

2.信号源部分

方案一：采用软件编程方式产生正弦信号

这种方案的好处是外接硬件电路简单，成本低。但这种方案有一个瓶颈的地方，若要产生高精度、平滑的正弦信号，必然要有很大的软件工作量，这必然会占用很大一部分单片机的内存资源。另一方面单片机输出的信号波形不稳定，容易受单片机晶振的影响。

方案二：采用集成的DDS信号源模块

现在市场上销售的AD9850模块已经非常成熟。其性能优于一般信号源电路。信号源模块能够输出正弦波和方波，2个正弦波和2个方波。采用70MHz的低通滤波器，使波形的SN比更好。且其价格不高。

本测试仪仅对信号源的两项指标有要求，一是输出信号频率，普通运放单位增益带宽在1M左右。AD9850模块输出的正弦信号的频率可达10M，远远满足了普通运放的要求；二是对信号幅度的要求，由于使用的是单片机内部自带AD，其基准电压为5V，故运放的输出信号幅度要小于5V,本测试仪的运放测试的放大倍数为20倍。故输入信号要小于250mv，经测试，AD9850输出200mv，1kHZ的正弦信号波形良好。

3.显示部分

方案一：采用LCD1602液晶显示模块

LCD1602为工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符（16列2行）。 1602

液晶是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块，它有若干个5X7或者5X10等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能显示图形。其功耗低、体积小、超薄轻巧，常用在袖珍式仪表和低功耗应用系统中。但由于本测试仪要显示波形及汉字，所以此方案不可行。

方案二：采用TFT LCD 彩屏模块

TFT LCD 彩屏模块接口简单，软件控制方便，其原理类似于点阵，不过功耗、效果要远远优于点阵。一般较小的TFT彩屏像素点都在128*160，所以其可以显示的字符远远多于LCD1602，而价格却相差不大。本测试仪采用2.2寸TFT LCD 彩屏模块，控制器为 HY-220，像素点为220*175，显示设计两屏显示，第一屏是集成运放测试仪使用说明及芯片选型，配合按键选择待测运放芯片型号，第二屏是选择特定型号的待测运放后的测试界面，测试界面主要包括输入、输出信号的波形、幅值，测试运放的放大倍数及带宽。

4.按键功能设置

测试仪正面板共设计有4个按键及一个运放供电开关。为避免测试仪通电后运放输出幅值电压损坏单片机AD端口，特设置了一个运放供电开关。当选择特定型号的测试运放后方可打开运放供电开关。设置这一开关的好处是更换待测运放芯片时不用关闭测试仪的电源，只需关闭运放供电电源。

四个按键分别为“选择” 、“确定” 、“Retest” 、“Return” 。其的功能分别如下： 选择 ： 用于选择待测运放型号；

确定 ： 选好测试芯片型号后按此键进行测试；若待测芯片正常，显示屏上会出现输

入输出两路波形，同时‘正常’指示灯（绿色）亮；若待测芯片异常，显示

屏上只有输入波形，‘异常’指示灯（红色）亮，同时蜂鸣器报警，此时按

任意键可停止报警。

Retest ：用于重复测试同一（或同一型号的）芯片，

注意：应待屏幕上出现带宽值后再按此键，否则无效！

Return ：用于返回主界面，当测试另一种型号芯片时需先切换到主界面，此键兼有

复位功能。

5.控制部分

主控制器

方案一：采用STC89C52单片机

STC89C52是一种低功耗、高性能8位微控制器，具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。另外 STC89X52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，

振荡器被冻结，单片机停止一切工作，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35Mhz，6T/12T可选。但其与信号源、键盘与显示电路、A/D转换电路的接口电路比较复杂，而且其内存过小，难以满足软件编程的要求，故不采用此方案。

方案二：采用STC12C5A60S2单片机

STC12C5A60S2/AD/PWM系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换(250K/S), 内置56K字节片内Flash程序存储器，擦写次数10万次以上 ，1280字节片内RAM数据存储器，4个16位定时器，兼容普通8051的定时器T0/T1。该单片机内置A/D转换模块，在32个I/O口中，有8个端口可以作为模拟量输入端口，且AD转换速率比一般的AD转换芯片高，能满足对模拟信号输入的要求，简化外围电路设计，这样就省去了AD芯片的选择，在电路设计与可靠性上都是一个优势；另外，该单片机的RAM资源大，能够满足数据存储空间的需要。故采用方案二。

以上是集成运放测试仪的总体设计方案及主要部分的说明。本方案的设计过程为：首先，对测试运放主要性能参数作简要理论分析，确定可以测试的参数；然后，设计测试仪整体方案，大致分为运放测试电路、信号产生电路、单片机控制部分、模数转换部分、显示及输入部分。在确定各模块后，对各模块分别进行详细理论分析及实际电路测试。测试顺序为信号产生电路、运放测试电路、模数转换部分、显示部分、输入部分，单片机作为控制核心贯穿于整个测试的始终。按照这样一种测试顺序进行的理由为：测试运放性能作为这一设计的最终目的，要首先确定实际情况下运放参数的范围。整理好性能参数测试数据后，通过理论分析，选取特定的频率及幅值作为运放测试电路的设定值。之后才能开始信号源的测试工作，信号源模块输出信号的参数标准是从运放参数测试结果中得来的。同时，信号源幅值的选取还受单片机AD幅值的限制，故要综合考虑信号源输出的信号参数。在完成信号源及运放测试电路的测试后，接下来要调试显示了，因为选取的显示屏为TFT2.2液晶屏，它的原理类似于点阵，任何字符、汉字的显示都是通过打点形成的。这一部分测试工作主要在软件。封装好各个函数模块后就可以进行联调了。最后进行的是按键测试，这一部分主要也在软件，设计好按键分配及功能后就可以进行软件调试了。进行完这一步，基本上所有的测试工作都完成了。下面的工作就是外壳及安装设计。这项工作也非常重要，它与之前的电路焊接安装方式差别非常大，所以需要耗费很多时间。完成了所有的测试调试工作后，要进行运放测试仪的终测，对装配好的测试仪进行多次、长时间测试。确保测试仪的质量及安全。

介绍。

3.1 单片机控制部分

RAM资源与片内AD资源。 单片机控制部分电路图如图3-1所示：

够满足对运放输入输出测试信号检测的要求。 图3-1 单片机控制部分原理图 北华航天工业学院毕业论文 第3章 集成运放测试仪硬件设计 8路10位高速A/D转换器,速度可达到250KHz(25 万次/ 秒)。8 路电压输入型A/D，可STC12C5A60AD/S2系列带A/D转换的单片机的A/D转换口在P1口(P1.7-P1.0)，有用户可以通过软件设置将8 路中的任何一路设置为A/D转换。单片机的这一功能恰好能系统是一个成熟的电路，不需要做太多改动，二是外围的接口是考虑到最后安装时需要用输入及显示部分、信号源部分、运放测试部分和供电部分。下面分别对各硬件模块做详细这一部分主要是单片机最小系统及必要的接口设计。这样设计的目的一是单片机最小排线连接不能做在一块电路板上的模块。这一部分充分利用了STC12C5A60S2单片机的做温度检测、电池电压检测、按键扫描、频谱检测等。上电复位后P1 口为弱上拉型I/O 口， 集成运放测试仪的硬件按照上一章的系统框图进行设计，主要包括单片机控制部分、

单片机选用宏晶公司的STC12C5A60S2单片机，其性能指标如下：

1) 增强型8051 CPU，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统8051

2) 工作电压：STC12C5A60S2系列工作电压：5.5V- 3.3V（5V单片机）

3) 工作频率范围：0 - 35MHz，相当于普通8051的 0～420MHz

4) 用户应用程序空间60K字节

5) 片上集成1280字节RAM

6) 通用I/O口（32个），复位后为：准双向口/弱上拉（普通8051传统I/O口），可设置

成四种模式：准双向口/弱上拉，推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏，每个I/O口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不要超过100mA

7) ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片

8) 时钟源：外部高精度晶体/时钟，内部R/C振荡器(温漂为+/-5%到+/-10%以内) ，用户

在下载用户程序时，可选择是使用内部R/C振荡器还是外部晶体/时钟。常温下内部R/C振荡器频率为：5.0V单片机为：11MHz～15.5MHz。精度要求不高时，可选择使用内部时钟，但因为有制造误差和温漂，以实际测试为准

9) 共4个16位定时器。两个与传统8051兼容的定时器/计数器,16位定时器T0和T1，

没有定时器2，但有独立波特率发生器

10) 2个时钟输出口，可由T0的溢出在P3.4/T0输出时钟，也可由T1的溢出在P3.5/T1

输出时钟

11) 外部中断I/O口7路。传统的下降沿中断或低电平触发中断,并新增支持上升沿中断的

PCA模块

12) A/D转换, 10位精度ADC，共8路，转换速度可达250K/S(每秒钟25万次)

13) 通用全双工异步串行口(UART)，由于STC12系列是高速的8051，可再用定时器或

PCA软件实现多串口

3.2 显示部分

显示部分采用HY - 220 TFT彩屏，HY - 220 - TFT模块是一个2.2 寸 TFT触摸屏。分辨率为176 x 220，具有256 K的颜色。液晶显示器有一个宽视角,这样的对比也很合适。屏幕使用HX8340控制器,它是8位数据接口,许多单片机像STM32单片机、AVR和8051都可以与此液晶屏接口匹配。HY - 220 – TFT模块配有一个SD卡插槽，可以实现SD卡存储功能扩展。

TFT彩屏引脚说明：

1) GND 接地

2) VCC 接5V电源

3) NC 悬空

4) RS RS为高电平时选择数据寄存器，为低电平时选择指令寄存器。

5) WR 读信号线，高电平时进行读操作。

6) RD 写信号线，高电平时进行写操作。

7) ~ 14) DB0~DB7 双向数据总线接口，与单片机的数据口对应连接

15) CS 片选端 低有效

16) NC 悬空

17) RST 复位引脚

18) NC 悬空

3.3 信号源部分

信号源部分采用基于DDS(直接数字频率合成)技术的信号源芯AD9850，AD9850是AD公司生产的最高时钟为125 MHz、采用先进的DDS技术的直接频率合成器，主要由可编程DDS系统、高性能数模变换器（DAC）和高速比较器3部分构成，能实现全数字编程控制的频率合成。

AD9850有40 位控制字，32 位用于频率控制（低32位），5 位用于相位控制，1 位用于电源休眠控制，2位用于选择工作方式。这40 位控制字可通过并行或串行方式输入到AD9850 。在并行装入方式中，通过8 位总线D0 —D7将数据输入到寄存器，在W - CL K 的上升沿装入8位数据，并把指针指向下一个输入寄存器，在重复5 次之后再在FQ - UD 上升沿把40位数据从输入寄存器装入到频率/ 相位数据寄存器(更新DDS 输出频率和相位) ， 同时把地址指针复位到第一个输入寄存器。 AD9850的复位(RESET) 信号为高电平有效，且脉冲宽度不小于5 个参考时钟周期。AD9850的参考时钟频率一般远高于单片机的时钟频率（小厮所用为单片机89C51，使用12M晶振）， 因此AD9850 的复位(RESET)端可与单片机的复位端直接相连。

由于AD9850外围电路较繁琐，且一些外围电路器件价格较高，若焊接一部分电路，与购买成品模块相比，既要耗费大量时间，又会造成不必要的花费。在此，我们采用市场上出售的AD9850模块。

AD9850模块主要功能特点：

1) 模块能够输出正弦波和方波，2个正弦波和2个方波输出

AD9850： 0-40MHz

频率在20-30MHz后谐波越来越大，波形会越来越不干净

方波： 0-1MHz

2) 采用70MHz的低通滤波器，使波形的SN比更好

3) 并口和串口数据输入可以通过一个跳帽选择

4) 产生DA基准的管脚(PIN12)引出，方便做输出波形的幅度调节应用

5) 比较器的基准输入端电压由可变电阻产生，调节该电阻可以得到不同的占空比方波 6) AD9850模块采用125MHz的有源晶振

AD9850模块功能框图如图3-2所示：

图3-2 AD9850模块功能框图

AD9850模块硬件连接图如图3-3所示：

图3-3 AD9850模块硬件连接图

3.4 运放测试部分

运放测试电路采用最简单的反相比例运算放大电路。用正负12V供电，输入信号由信号源模块提供。输出的正弦信号送入单片机进行处理。为防止输出的正弦幅值超过AD的检测范围，将运放测试电路的放大倍数固定为20倍。

3.5 电源部分

测试仪整体需要三种电压，分别为5V、±12V。所以电源部分必须设计三种电压输出电路。三路电源都采用线性电源。这种电源输出电压纹波小，幅值稳定。综合考虑性价比，稳压芯片采用LM78/79系列芯片。考虑到测试仪整体功耗较大，选用的整流桥为4A，变压器为20W。电源电路原理图如图3-4所示：

图3-4 电源电路原理图

以上为集成运放测试仪的主要硬件电路，各模块硬件电路相互配合，考虑安装限制，单片机模块和信号源模块做在一块板上，电源单独一块板，运放测试模块、按键模块以及彩屏显示模块做在一起。中间考虑到信号的切换，加入了继电器。这里不再详述。

第4章 集成运放测试仪软件设计

4.1 软件使用说明

4.1.1 编程软件keil

1. keil概述

Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外，看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil C51生成的目标代码效率非常高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。

2. Keil C51单片机软件开发系统的整体结构

C51工具包的uVision与Ishell分别是C51 for Windows和for Dos的集成开发环境(IDE)，可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人员可用IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件。然后分别由C51及A51编译器编译生成目标文件(.OBJ)。目标文件可由LIB51创建生成库文件。

4.1.2 目标程序下载软件STC_ISP_V483

下载软件STC_ISP_V483使用说明：

第一步：运行STC_ISP_V483.exe；

第二步：选择单片机类型为stc12c5a60s2；

第三步：点击“打开文件”按钮(选择一个hex文件)；

第四步：点击“DownLoad下载”按钮；

第五步：提示给MCU上电后打开单片机的电源开关待软件下面的白框提示下载信息” 已加密”，这样就完成了hex文件的下载。

4.2 软件设计说明

集成运放测试仪软件部分先对整体流程图作简要介绍，之后分模块介绍设计流程。

4.2.1 整体软件流程图

集成运放测试仪软件流程图如图4-1所示：

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/3qq1.html