放大器参数测试仪 - 大学生电子设计竞赛设计报告

黑龙江省大学生电子设计竞赛设计报告

题 目：放大器参数测试仪 学 校：哈尔滨工程大学

目 录

一 设计要求 二 Abstract

摘 要

三 系统硬件方案及论证

(1)电源电路 (2)信号源电路 (3)控制系统 (4)显示系统

四 整机结构框架图 五 程序框架图 六 测试方案 七 整机电路图 附录 一 参考文献 二 软件程序清单

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一 设计要求

制作出放大器参数测试仪

1） 测试参数的种类、数量自定、电压增益不小于 1000，输出幅度不小于10V; 2） 测试参数的精度自定；

3） 测试仪的功能，例如对测试结果是否存储、显示、打印等自定义。

二 摘 要

Abstract

This machine can test the impedance of the transporter and the fan-out and the

magnifying-multiple. Although its structure is simple-it just needs few peripheral equipment, its

utility. You can easily get use of it because of the LCD display, and this is the most advantage of it. If you use it, you can easily find its convenience .But the precision of it is not very excellent. And

it’s the largest disadvantage .So it still needs some amelioration to be more excellent.

摘要

根据题目要求，我们设计了一个。在硬件的设计上我们采用了比较简单的设计，但由于时间的限制，我们只设计出了输入阻抗、输出阻抗和放大率的测试，但我们最感兴趣的相频和幅频特性没有完成，因此本设计在硬件上仍需要很大的改进。在软件上，我们参考了一些资料，编制了我们的程序。

最后衷心的感谢各位评委老师，在这里，我们由衷地说一句：“您辛苦了！”。

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二

系统硬件方案及论证

（1）电源部分

本机的电源电路如图2-1所示，该设计稳定性较强，简易实用占用空间较小。图中JP5的1、3号接口为外加VDD端，2为接地端。1与3分别接入U6与U7的输入端，经过U6和U7处理后，分别得到?12V电压，再经滤波处理即得到较为理想的直流电源。由于本机还需要+5V的电压，为防止+12V电压将U5烧毁，便将U5的输入端与U6的输入端相连，经过U5处理后便得到+5V电压。为便于应用，分别在集成片后加装了LED，对应+12V、-12V和+5V电压，但电源部分正常工作时三个贴片LED被点亮。 （2）信号源 1）方案比较

方案一：根据LC震荡电路，通过模拟电路直接生成正弦波信号，该方案的电路简单，所用

的电路元件较少，但分辨率低，难以控制，在频率较高时难以调整。

方案二：使用集成函数发生器IC8038电路产生正弦信号。电路图如图3-2所示。本方案产

生的信号稳定性强，频带范围高，但步进增加时相对较复杂。

图3-2 IC8038电路图

方案三：直接采用DDS信号源，使用高集成度频率合成器AD9850，它主要的优点所

示分辨力高，可以做到很低的频率，即时的频率转换以及成本低，控制

灵活等。但缺点在于受限于器件本身的最高频率，输出频率上限不太高。

综合考虑，我们选用了第三种方案。

图3-3 信号源工作原理图

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2) 方案论证：本机信号源的工作原理如图3-3所示。

假设一个信号为

u?t??Usin?2?f0t??0? （3—1）只要幅度U和初始相位?0不随时间变化，它的频谱就是位于f0的一条谱线。

为了分析简化，可令U=1, ?0=0,这将不会影响对频率的研究，即

u?t??Usin(2?f0??0)?sin??0t??sin??t? （3—2）这种单频信号的主要特征是它的相位是时间的线性函数，即

?0??0t?2?f0t （3—3）

d?t???0?2?f0 （3—4）

dt将整个周期的相位2?分割为M等份，每一份

??2?M （3—5）既为可选择的最小相位增量，若每次的相位增量取?，此时相位增长的斜率

最小，得到最低频率输出

f0min??fc? （3—6） 2?f0M经滤波后得到合成模拟信号为

fc?? u?t??sin?2?t? （3—7）

?M?若每次的相位增量选择为?的K倍，即可得到信号频率

K?Kf0??fc （3—8）

2?TcM相应的模拟信号为

K??u?t??sin?2?fct? （3—9）

?M?式中M和K都是正整数，根据采样定理的要求，K的最大值应大于M的1/2。 相位累加可用一个累加器来完成。用一个N位字长的累加器，则M?2N，将一整周期的相位分割成最小增量为??2?2N的M个离散的相位，它们的代码为0至2N?1。

输出数据K决定了每次累加的相位增量，在一定的时钟频率之下，就决定了合成信号频率f0?Kfc/24，故K称为频率控制字。

3）应用方式 在本仪器中，我们将初始值定为200 Hz，步进值设为300Hz，整个信号源由四个键进

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行控制，分别为增加、减小、取消、确认。这样便于随时改变信号频率，可在不同频率下对方大气的性能加以测试。但不足点是没有充分的使用信号源的分辨力，所得到的离散频率值相对较为独立。 （2）控制系统

本机的控制系统主要由单片机AT89C52构成，在外围分别加入了基准电压电路、A\\D转换电路和前置放大电路。首先信号经过R7后再R7端产生电压降，此时R7会产生一个对低电压，而K1、K3、K7均为低点评即继电器两侧没有电压，信号可以直接送入放大器U3，经过U3放大后，送入AT89C52,同理，放大器的输出端通过JP6将信号传入，此时会在R8产生一个对地电压，而K1、K7此时为高电平，继电器两端有激励电压，这时由放大器输出端传入的信号就会传送到U3，经过U3放大后进入到AT89C52通过计算后便会得到输入阻抗、输出阻抗、和放大率。该过程电路如图2-4所示。

图3-4

(3) 显示系统 1）方案比较

方案一：采用8位段数码管，将单片机得到的数据通过数码管显示出来。该方案简单易行，

但所需的元件较多，且不容易进行操作，可读性差，一旦设定后，很难再加入其他的功能。

方案二：采用液晶显示系统，将得到的数据通过液晶系统显示。该方案所需液晶器件可由厂

家提供，并且可用软件进行调制，对后续的功能兼容性高，只需将软件作修改即可， 可操作性强，也易于读数。但成本相对一来说较高。

方案三：将结果通串口接入电脑，在电脑中编制程序，通过软件将数据转化成图形数字界面。

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该方案在数据的处理上比方案二直观，可增加较多的扩展功能。但不便于携带，可移动性不如方案二。

综上所述，我们采用了第二个方案，即采用液晶显示系统。 2）方案论证：

液晶显示器可直接与AT89C52相连接，硬件方面较为便捷。只需根据自带的程序设计界面即可。液晶的显示信号通过单片机提供，除液晶自身的界面设定外，还需要为单片机加入于液晶通讯的程序，二者用汇编语言是能够做到的，因而我们的该项方案是完全可行的。 3）具体操作：

我们利用液晶系统的软件编制了菜单系统，以便于更好的为使用者提供操作界面。首先我们设计了功能菜单，这种设计的优点在于能够更加形象地进行操作，便于操作者的使用，操作者完全可以根据系统提示进行操作

四 整机框架图

我们设计的仪器可测量放大器的输入阻抗、输出阻抗和放大率，本仪器主要三部分构成，即信号源、控制系统、LCD显示系统。主要的结构框架图如图1-1所示。信号源采用的是

AD 程控增益放大器 检波电路 转换器 LCDAT89C52 被测放大器 DDS 键盘显示系统 信号源 图4-1 系统结构图

DDS信号源，控制系统主要部分由单片机AT89C52构成。测试流程为信号源产生某一频率的正弦波信号送入放大器输入端，由继电器切换通道，将被测信号经程控增益放大器放大，

送入AD153,将结果送入单片机存储，由单片机计算后将结果送液晶显示。

五 程序流程图

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液晶初始化 DDS初始化 显示帮助信息 显示选择菜单 键盘扫描 N 确认键按下? Y 显示频率选择界面 键盘扫描 N 确认键按下? Y DDS输出信号 通道选择 AD片选开 量程转换 存储数据 - 8 -

运算处理 结果送液晶显示 六 测试方案 LCD

检波电 CPU 显示路 器 待测

信放大器 号 源

图６-1 整机测试图

本机的测试方案如图６-1所示。测试步骤如下： (1)选择参数 (2)选择频率

(3)根据选择的参数切换通道 (4)量程转换 (5)CPU运算 (6)显示结果

七 整机电路图

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1+5U414C65Cap30.1uFVINVOUTNCNCNCNCGNDNCU212111VREF+VREF-VINMC1403UR99K1K+5510-12C813D2Cap Pol21uF+5Cap Pol210uF7D12AP9BR38XQ2XQ1K11C3CA2CB1CB0CB2546C2X1CA02CA13D376AD_1CS3RD8INT09MODEWR/RDYCSRDINT10R102678234212+5+5VDDPWRDND0(LSB)D1D2D3D4D5D6D7(MSB)GNDMAX153CPPVEE20+51823451415161719U3A0A112A0A1IN+IN-OS ADJOS ADJDGNDPGA202KPC9-VFILT AFILT BREFSEN OOUT4Cap Pol2111uF12+V212D876914101112131415161710P10P11P12P13P14P15P16P17VCC2C5C4Cap Pol20.1UF4.7uF12U140+12C71311101112131415161712345678P00P01P02P03P04P05P06P073938373635343332DDATEW_CLKFQ_UDA0A1AD_CSSCLKSTDINT01312INT1INT01514+5+5T1T0CE2Q1901231230PFY111.0592MHZX21EA/VPC1Cap Pol222uFK1C4K7JP1+512X1X21918P20P21P22P23P24P25P26P272122232425262728K3K2K4K1S1S2S3S43X1X21CRESET9RESET30PFR21KR8R11RPot1500P1YBNCX112R7100MHDR1X212JP689521KJP5Header 3MHDR1X22123JP7321Header 3+12U5TL780-05CKC1INOUTGNDCA1+5233DS1

+511C10470uF2LED112C110.1uF20GNDRD1716RDWRRXDTXDALE/PPSEN101130291122R12+5CA0CA2CB1+5246B7Q290122CA13CA1CA0CA2CB171R58BCB0Q39012CB23465R687Q49012CA05602CA2CB1CB0CB246U651IN1TL780-12CKC3OUTGND2DS23CB2851CB02XQ2XQ1K2+12B12CER4C12470uF12K24K7K44K7XQ2XQ11XQ2XQ1K4C130.1uFLED2R131K2K34K71K32U7INJP2Header 20HMC7912BTOUTGND32-12DS3221S21S112SW-PBS3SW-PBS4S3SW-PBS51S412SW-PB22JP31RESET3W_CLK579246810Header 5X2+5FQ_UDDATEC14470uF21C150.1uFLED3R1412345678910S2ASCLKSTD111213141516171819201K1Title1放大器参数测试仪Size+5ANumberRevision321JP4MHDR1X3123A4Date:File:4-Dec-2004 Sheet of C:\\Documents and Settings\\康永刚\\My DoDracuwn meBynts\\sa:KYGi\\protel\\fangdaqi\\fangdaqi.DDB4 - 11 -

1234 D12J1CON2DJ2CON212VVCCR4200R32001711CCACBL(NC)R9100KR1020IOUTB1009IOUTAVDDDVDDDVDDAVDDL3BNC18.2pL1222pC3U2R8100K21D0D1D2D3D4D5D6D7RESETW_CLKFQ_UDVINPVINNCLKINRSETQOUTQOUTBDGNDDGNDAGNDAGNDC10C1133pC1243212827262522781615AD9850L4BNCVCCVVCCVCC241501962318C422pJP1D0D2D4D6D0D1D2VCCD3D4D5D6D7RESETW_CLKFQ_UD13579246810HEADER 5X2D1D3D5D7C3.3pL20.91U1VCC3OUTGNDCRYSTAL21213144VCCNCR5R10.68JP21RESET3W_CLK579C13470p246810HEADER 5X2VCCFQ_UD

VVCCB0.1uC1C2C5C6C7C810uC910u0.1u0.1u0.1u0.1uL5BNC10k10kBR7VVCCR6VCCVCCINVCCIN124321J3AJP_VCC4 HEADERCON_VCCINTitleASizeADate:File:1234-Dec-2004 Sheet of C:\\Documents and Settings\\康永刚\\My DocumeDrawn By:nts\\sai\\protel\\9850.DDB4NumberRevision

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附录 一 参考文献

（１）ＭＳＣ－５１／９６单片及原理及应用 孙涵芳 徐爱卿 北京航天航空大学出版社 １９８７ （２）跟我学用单片机 肖洪兵 胡辉 郭速学

北京航天航空大学出版社

（３）MCS-51系列单片机实用接口技术 李华

北京航天航空大学出版社

（4）王松武 主审 武思军 于鑫 主编.电子创新设计.哈尔滨：哈尔滨工程大学电工电子教

学基地，2003

（5）第五届全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编.北京：北京理工大学出版社，2001

（６） 杨振江，杜铁军，李群 编著.流行单片机实用子程序及应用实例.西安：西安电子科

技大学出版社，2002

（７） 段尚枢.运算放大器应用基础.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1998 （８） 何立民.单片机高级教程.北京：北京航空航天大学出版社，2001

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附录二 部分源程序

DDS EQU P0.0 ;DDS数据口 W_CLK EQU P0.1 ;DDS CLK FQ_UD EQU P0.2 ;DDS更新 A0 EQU P0.3 A1 EQU P0.4

;********************************************************** K1 EQU P2.3 ;继电器端口 K2 EQU P2.1 K3 EQU P2.0 K4 EQU P2.2

;******************************************************** STD EQU P0.7 ;LCD 数据口 SCLK EQU P0.6 ;LCD CLK K_AC EQU 40H ;键盘计数器 M_AC EQU 41H

;********************************************************** DlA1 EQU 42H ;fOR DElAy DlA2 EQU 43H DlA3 EQU 44H

;****************************************************************

RS_STU EQU 45H ;LCD 写数据指令选择标志 DA_IN EQU 46H ;LCD 数据暂存 ;************************************************************* AD_DT EQU 47H

NUM EQU 48H ;数字寄存 ;******************************************************

AD_MARK EQU 20H.0 ;AD转换有效标志 MARK_0 EQU 20H.1 ;增益标志 MARK_6 EQU 20H.2 MARK_10 EQU 20H.3 MARK_100 EQU 20H.4 MARK_1000 EQU 20H.5

;************************************************************ RIN0 EQU 49H RIN1 EQU 4AH ROUT0 EQU 4BH ROUT1 EQU 4CH VIN EQU 4DH VOUT EQU 4EH

;*************************************************************** ORG 0000H

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lJMP MAIN

ORG 03H ;AD中断入口 LJMP INT

;**************************************************************** ORG 030H MAIN:

MOV SP,#60H

MOV AD_DT,#00H

LCALL DDS_INITIAL ;初始化9850 ;************液晶初始化*********************** LCD0: MOV A,#30H ;30---基本指令操作 LCALL SEND_I LCALL DELAY_COM MOV A,#01H ;清除显示 LCALL SEND_I

LCALL DELAY_CLR LCALL DELAY_CLR MOV A,#0CH LCALL SEND_I LCALL DELAY_COM MOV A,#30H ;30---基本指令操作 LCALL SEND_I LCALL DELAY_COM

;****************************************************** LCD_WRITE:

LCALL DIS00 LCALL DELAY3 LCD_DIS01:

LCALL DIS01 LCALL DELAY3 LCD_DIS02:

LCALL DIS02

MOV M_AC,#01H LJMP M_KEY

JMP $

;*********频率选择键盘扫描******************************* F_KEY: MOV DPTR,#TAB000 CALL SEND_W1 LCALL K_1

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JMP F_KEY K_1: SETB P2.4 JB P2.4,S02

CALL DELAY10MS JB P2.4,S02 JNB P2.4,$

CALL DELAY10MS JNB P2.4,$ LJMP F_OUT S02: SETB JB CALL JB JNB CALL JNB INC MOV CJNE MOV MOV S002: LCALL

S03: SETB JB CALL JB JNB CALL JNB DEC MOV

CJNE MOV MOV S003: LCALL S04: SETB JB CALL JB JNB CALL JNB

P2.5 P2.5,S03

DELAY10MS P2.5,S03 P2.5,$

DELAY10MS P2.5,$ K_AC A,K_AC A,#1BH,S002 A,#01H K_AC,A DIS_F P2.6 P2.6,S04

DELAY10MS P2.6,S04 P2.6,$

DELAY10MS P2.6,$ K_AC A,K_AC A,#00H,S003 A,#1AH K_AC,A DIS_F P2.7 P2.7,K_1

DELAY10MS P2.7,K_1 P2.7,$

DELAY10MS P2.7,$

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JMP LCD_DIS02 ; JMP F_KEY

;*********菜单选择键盘扫描******************************* M_KEY:

LCALL K_0 JMP M_KEY K_0: SETB P2.4 JB P2.4,S2

CALL DELAY10MS JB JNB CALL JNB LJMP S2: SETB JB CALL JB JNB CALL JNB INC MOV CJNE MOV MOV S21: CALL S3: SETB JB CALL JB JNB CALL JNB DEC MOV

CJNE MOV MOV S31: CALL S4: SETB JB CALL

P2.4,S2 P2.4,$

DELAY10MS P2.4,$ DIS05 P2.5 P2.5,S3

DELAY10MS P2.5,S3 P2.5,$

DELAY10MS P2.5,$ M_AC A,M_AC A,#04H,S21 A,#01H M_AC,A M_OUT P2.6 P2.6,S4

DELAY10MS P2.6,S4 P2.6,$

DELAY10MS P2.6,$ M_AC A,M_AC A,#00H,S31 A,#03H M_AC,A M_OUT P2.7 P2.7,K_0

DELAY10MS

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JB P2.7,K_0 JNB P2.7,$

CALL DELAY10MS JNB P2.7,$

JMP LCD_DIS01

;***************************************************** M_OUT: MOV A,M_AC M_00: CJNE A,#01H,M_01 LJMP DIS02 RET

M_01: CJNE A,#02H,M_02 LJMP DIS03 RET

M_02: CJNE A,#03H,M_RET LJMP DIS04 M_RET: RET

;*************************************************************** F_OUT: MOV A,K_AC F_00: CJNE A,#01H,F_01 LJMP F00

F_01: CJNE A,#02H,F_02 LJMP F01

F_02: CJNE A,#03H,F_03 LJMP F02

F_03: CJNE A,#04H,F_04 LJMP F03

F_04: CJNE A,#05H,F_05 LJMP F04

F_05: CJNE A,#06H,F_06 LJMP F05

F_06: CJNE A,#07H,F_07 LJMP F06

F_07: CJNE A,#08H,F_08 LJMP F07

F_08: CJNE A,#09H,F_09 LJMP F08

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F_09: CJNE A,#0AH,F_10 LJMP F09

F_10: CJNE A,#0BH,F_11 LJMP F10

F_11: CJNE A,#0CH,F_12 LJMP F11

F_12: CJNE LJMP

F_13: CJNE LJMP

F_14: CJNE LJMP

F_15: CJNE LJMP

F_16: CJNE LJMP

F_17: CJNE LJMP

F_18: CJNE LJMP

F_19: CJNE LJMP

F_20: CJNE LJMP

F_21: CJNE LJMP

F_22: CJNE LJMP

F_23: CJNE

A,#0DH,F_13 F12 A,#0EH,F_14 F13 A,#0FH,F_15 F14 A,#10H,F_16 F15 A,#11H,F_17 F16 A,#12H,F_18 F17 A,#13H,F_19 F18 A,#14H,F_20 F19 A,#15H,F_21 F20 A,#16H,F_22 F21 A,#17H,F_23 F22 A,#18H,F_24

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LJMP F23

F_24: CJNE A,#19H,F_25 LJMP F24

F_25: CJNE A,#1AH,F_RET LJMP F25 F_RET: LJMP F_00

;*************************************************************** F00: MOV 34H,#000H ;20 MOV 33H,#000H MOV 32H,#000H MOV 31H,#002H MOV 30H,#0AFH LCALL LOAD LCALL DIS06 LJMP ADC

F01: MOV 34H,#000H ;50 MOV 33H,#000H MOV 32H,#000H MOV 31H,#006H MOV 30H,#0B5H LCALL LOAD LCALL DIS06 LJMP ADC

F02: MOV 34H,#000H ;100 MOV 33H,#000H MOV 32H,#000H MOV 31H,#00DH MOV 30H,#06BH LCALL LOAD LCALL DIS06 LJMP ADC

F03: MOV 34H,#000H ;200 MOV 33H,#000H MOV 32H,#000H MOV 31H,#01AH MOV 30H,#0D7H LCALL LOAD LCALL DIS06 LJMP ADC

F04: MOV 34H,#000H ;500 MOV 33H,#000H

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