【正文】 出電壓是否失真，并可以得到最大不失真電壓。具體電路如下圖所示：圖210 最大不失真電壓測試電路5） 信號源電路與A/D電路信號源采用AD公司的專用集成芯片AD9850，可以產(chǎn)生頻率可控的正弦信號。由于測量對象屬于低頻放大器，因此產(chǎn)生信號的頻率范圍是從0500KHZ；AD9850采用32位頻率控制字，由于單片機是8BIT數(shù)據(jù)寬度，因此需要4個字節(jié)便可以完成對9850頻率的設(shè)置；對于頻率與頻率控制字之間的關(guān)系，如下公式所示：其中公式當中的Fout是AD9850輸出的頻率值；頻率控制字；CLKIN是AD9850的主振時鐘?？梢钥吹剑鶕?jù)所要得到的頻率值，很容易就可以得到ad9850的頻率控制字。通過單片機實現(xiàn)對ad9850的操作就很容易的得到了測量放大器的前端信號源。其中，ad9850的各位控制字和讀寫時序見下圖：圖211 AD9850時序圖A/D數(shù)據(jù)采集電路采用TLC0832進行測量，A/D轉(zhuǎn)換器的輸入范圍是0—5V，8BIT串行，因此與微處理機接口與編程都十分方便。 TLC0832的基本特性：TLC0832是八位逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它有兩個可選擇的輸入通道。TLC0832的特點如下：*8位分辨率；*可和微處理器接口或獨立使用；*可滿量程工作或使用5V基準電源；*具有單通道或多路器選擇的雙通道，并可選擇單端或差分輸入；*采用單5V供電，輸入范圍為0～5V；*輸入和輸出與TTL和CMOS兼容；TLC0832處于工作狀態(tài)時，置CS端方可啟動轉(zhuǎn)換，并使所有的邏輯電路使能。CS在整個轉(zhuǎn)換過程中必須置為低電平，接著從處理器接受一個時鐘。當一個時鐘的時間間隔被自動插入后，可以使多種轉(zhuǎn)換器選定的通道穩(wěn)定。而當DO脫離高阻狀態(tài)時，可提供一個時鐘的時間間隔的前導(dǎo)低電平，以使多路器穩(wěn)定。SAR比較器用于對電阻梯形網(wǎng)絡(luò)輸出的逐次信號和輸入模擬信號進行比較，比較器輸出則用于表示劉大于還是小于電阻梯形網(wǎng)絡(luò)的輸出。在轉(zhuǎn)換過程中，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)同時從DO端輸出，并以最高位(MSB)開頭。在經(jīng)過8個時鐘后，轉(zhuǎn)換完成，CS變高，內(nèi)部所有寄存器清零，此時，輸出電路變?yōu)楦咦锠顟B(tài)。如果希望開始另一個轉(zhuǎn)換，CS必須有一個從高到低的跳變，且后面應(yīng)緊跟著輸入地址數(shù)據(jù)。 TLC0832的輸入配置可在多路器尋址時序中進行，多路器地址通過DI端移入寄存器。用多路器地址選擇模擬輸入通道的方法如表21所列，其工作時序圖如圖1所示。表21 選擇模擬輸入通道通道號CH0CH1輸入數(shù)據(jù)流（bit）110111圖212 TLC0831時序圖6） 數(shù)據(jù)處理與主控電路由于對數(shù)據(jù)采集與處理的速度要求不太高，同時以控制和運算為主的系統(tǒng)一般選用單片機來處理數(shù)據(jù)，單片機技術(shù)是比較成熟的技術(shù)，它的特點是以程序控制的方式把比較復(fù)雜的問題化大為小逐步求精，（如：乘法可以化為若干次加法處理）這樣一來非常復(fù)雜的問題也可以處理了，缺點是實時性較差，單片機由于其使用面非常之廣因此價格極其低廉，對于本系統(tǒng)使用單片機是再合適不過了。在有些場合速度要求較高而問題又比較復(fù)雜（如：數(shù)字濾波技術(shù)）就需要我們另辟蹊徑了，比如DSP器件就是專為解決這些問題設(shè)計的。DSP器件從本質(zhì)上說和單片機類似也是程序控制方式，但其采用了不同于馮諾依曼的哈佛結(jié)構(gòu)使程序運行速度更快，在總線上采用流水線結(jié)構(gòu)，并專設(shè)有用于乘法運算的硬件乘法器。這些技術(shù)的綜合運用使得DSP器件執(zhí)行一條指令的時間以nS計。DSP器件的缺點是成本高對開發(fā)人員的數(shù)學(xué)功底要求較苛刻，但DSP器件以其固有的優(yōu)點代表著數(shù)字信號處理器件發(fā)展的方向。本系統(tǒng)采用89C51單片機，由于其優(yōu)良的性能和低廉的價格，用在本系統(tǒng)的數(shù)字處理機部分是非常合適的。單片機按其性能可分為8位和16位，16位單片機由于其造價較高使用不多，8位單片機以51系列為代表。AT89C51單片機是51系列單片機性價比較高的一種，內(nèi)含4K電可擦ROM、128字節(jié)RAM。用戶程序可以直接燒錄到芯片內(nèi)而不需要外配ROM和RAM非常方便，AT89C51內(nèi)含兩個16位定時器，一個全雙工串口，5個雙優(yōu)先級中斷源，4個8位I/O口。這些資源在大多數(shù)場合已足夠用，這里也不例外，因此本設(shè)計的數(shù)字處理機電路非常簡潔。7） 顯示與鍵盤電路對于這部分電路、一般常用兩種辦法：A：利用專門譯碼芯片如CD4053和專用編碼芯片ICL8279控制數(shù)碼管和鍵盤。B：利用單片機、I/O口直接驅(qū)動輸入方法和完成對鍵盤的控制。顯示AD985089C51單片機鍵盤MAX7219圖213 顯示與鍵盤電路由于本設(shè)計用了多達16個鍵盤和8個數(shù)碼管，用專用模塊編碼譯碼成本相對較高(ICL8279零售價40元)，所以不采用A方案。另一方面，考慮到本設(shè)計中單片機負荷較重，需要同時進行數(shù)據(jù)的采集及處理，并控制多個模塊工作，難以再給出I/O口來對鍵盤和數(shù)碼管進行控制，因而B方案也是不合適的。針對以上分析，根據(jù)題目要求，我們用MAX7219來管理8位數(shù)碼管，利用單片機的P1口完成對鍵盤的掃描與控制，從而完成了廉價高效的顯示和鍵盤單元，由于MAX7219內(nèi)部有128字節(jié)的RAM，因此還為系統(tǒng)提供了128位的RAM，以及更為強大的數(shù)據(jù)處理能力，可謂一舉多得。實踐證明這樣的設(shè)計是行之有效的。8） 與上位機通訊電路串口是計算機與外部設(shè)備進行數(shù)據(jù)交換的重要介質(zhì)，所以串行通信在實際工程實現(xiàn)中有著廣泛的應(yīng)用。而Microsoft公司的VC++，其基礎(chǔ)類庫（MFC）封裝了WIN32 API中的標準通信函數(shù)，可方便的支持串口通信。在放大器參數(shù)測試儀的設(shè)計中，為了能夠?qū)⒎l特性曲線、輸入阻抗、輸出阻抗、最大不失真電壓通過PC進行顯示，我們運用了串口進行了下位機（單片機）與上位機（PC機）的通信。二者通過RS232串行口接收或上傳數(shù)據(jù)和指令。傳輸介質(zhì)為二芯屏蔽電纜，接線圖如下圖所示：圖214 RS232串行口接線圖RS232信號的電平和單片機串口的電平不一致，必須進行二者之間的電平轉(zhuǎn)換。在此使用的集成電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232為RS232C/TTL電平轉(zhuǎn)換芯片。它只使用單+5V為其工作，配接4個1UF電解電容即可完成RS232電平與TTL電平之間的轉(zhuǎn)換。其原理圖如下圖所示，轉(zhuǎn)換完畢的串口信號TXD、RXD直接和單片機AT89C51相連接。圖215 RS232C/TTL電平轉(zhuǎn)換圖電路設(shè)計與參數(shù)計算1) 待測放大器的設(shè)計為了滿足測試要求，設(shè)計的放大器應(yīng)該具有放大倍數(shù)在1000倍以內(nèi)可調(diào)的特點，因此我們采用兩級運放，第一級最大放大倍數(shù)50倍，第二級最大放大倍數(shù)為20倍，從而達到設(shè)計要求。同相放大器與反相放大器相比，同相放大器具有很高的輸入電阻和很低的輸出電阻是很好的阻抗變換器。因此為了提高放大器本身的性能，我們第一級放大采用同相而第二級采用反相放大。其電路圖如圖215所示，圖216 放大器原理圖圖217 放大器電路圖2) 輸入阻抗測量電路的設(shè)計在輸入阻抗電路設(shè)計參數(shù)的計算過程中，考慮到了幾個參數(shù)的選取，包括檢波器的輸入阻抗，檢波二極管的抬升電壓的獲取，放大器輸入端固定電阻的阻值選??；為了提高檢波器的輸入阻抗，在檢波管的后級電阻選取了大電阻，為了提高低頻信號的檢波質(zhì)量，與其并聯(lián)的電容也選取了較大值，根據(jù)實際效果，檢波電阻為50K，檢波電容為10UF，通過實際測量，可以滿足電路的要求。為了對幅度小的信號也能進行檢波，防止檢波管的死區(qū)電壓影響檢波管的效率，在檢波管上加了一個偏置電壓，該電壓能夠讓檢波管處于微導(dǎo)通狀態(tài)，從而提高了檢波效率。根據(jù)實際情況，選擇的檢波管型號為2AP9，屬于鍺管，實際證明，效果很好。由于檢波電路的輸入阻抗與前面提到的電路均有直接關(guān)系，因此，在前面的電阻選擇上，我們均選用了較大的電阻，以免使檢波電路的輸入阻抗過小，影響前級電路。3）幅頻特性電路參數(shù)的計算在幅頻特性測量上，也應(yīng)用了檢波電路，具體電路參數(shù)與輸入阻抗的參數(shù)計算過程近似。電路實現(xiàn)過程中發(fā)現(xiàn)，在放大器放大倍數(shù)超過800倍時，放大器輸出檢波器會對放大器的輸出信號造成影響，這對測量輸出阻抗和最大不失真電壓是極為不利的。防止出現(xiàn)這種失真，我們在放大器的輸出端加了一級射隨器，這樣解決了放大器失真的問題。4） 輸出阻抗的測量參數(shù)的計算對待測放大器進行了手動測量，發(fā)現(xiàn)放大器的輸出阻抗在10歐姆30歐姆之間，如此小的輸出阻抗，給實際的自動測量帶來了很多技術(shù)難題。針對這個問題，我們采用了雙負載對輸出信號進行提取，對于雙負載的切換，并沒有采用模擬開關(guān)，而是采用繼電器，因為輸出阻抗本身就較小，采用模擬開關(guān)，由于其本身存在導(dǎo)通電阻的問題，因此會給測量帶來很大的誤差。雖然繼電器切換頻率不能過快，但是對于放大器輸出阻抗的測量上并不需要對繼電器進行過高頻率的切換，因此采用繼電器實現(xiàn)切換是理想的選擇。放大器的雙負載，在實際過程中，我們分別選擇了100K和100歐姆，因此可以對放大器的輸出阻抗進行測量。三、AT89C51軟件設(shè)計第一節(jié) 放大器各參數(shù)測量程序設(shè)計此部分處理程序主要控制著A/D轉(zhuǎn)換器的工作，檢測峰值，繼電器和模擬開關(guān)的切換，與微機的通信和顯示鍵盤通信等。1）主程序設(shè)計初始化部分用于加載各特殊功能寄存器的值，和一些重要的寄存器初始狀態(tài)，然后檢測是否開始測量，這時程序不停檢查各測量標志位的狀態(tài)，一旦有要測量的指標，馬上跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的程序完成對相應(yīng)指標的測量，放入暫存器保存當前值，以備用于上傳到PC機。（詳細程序見附錄）2）中斷程序設(shè)計中斷程序主要用于鍵盤檢測與相應(yīng)功能標志位的置位，一旦有中斷申請，證明要測量放大器的某個參數(shù)，程序馬上執(zhí)行置標志位的工作，并迅速跳回主程序，主程序可以通過判斷相應(yīng)的測量標志位是否置位來執(zhí)行相應(yīng)的程序，這樣可以保證對鍵盤響應(yīng)的測量任務(wù)每一次都能以最快的速度執(zhí)行，并且不會影響其他中斷源的工作。3）定時器中斷程序設(shè)計定時器中斷程序主要用于控制A/D轉(zhuǎn)換器的采樣頻率，由于在測量放大器的輸入阻抗、輸出阻抗、最大不失真電壓的過程中，要通過信號源加入一定頻率的正弦信號，然后通過測量輸入信號與待測量點之間的關(guān)系來計算出各個放大器的參數(shù)，信號源提供的頻率為300HZ,因此采樣速率我們設(shè)置為5K,因此在一個周期當中相當于采集了16個點，總共采集點數(shù)為128點，在測來能夠最大不失真電壓的時候，我們利用的單片機進行FFT變換，實踐證明由128個數(shù)據(jù)點來進行FFT變換得到信號的頻譜是比較好的。定時器初值計算：0EBHTL0 0FEHTH0H100592.11/8102.6553665536102.5K64==\=180。180。==180。==EBFES時鐘周期定時時間初值定時時間144）串行通訊中斷子程序設(shè)計串行通訊主要用于接收微機的控制信號，和握手信號，握手信號是一個特殊數(shù)值，當單片機接到這個信號后，馬上在返回給微機這個信號，這樣微機就可以判斷出和本系統(tǒng)是否連上，為下一步的處理做準備，由于程序很簡單，在此就不多作介紹了，詳細情況參見源程序清單。波特率計算：，只有這一晶振頻率下才能保證單片機工作最快且定時器的初值為整數(shù)，否則或者單片機工作速度下降或者波特率不準影響通訊質(zhì)量。第二節(jié) 顯示與鍵盤處理程序設(shè)計顯示與鍵盤處理程序擔(dān)負著原始數(shù)值信號到顯示七段碼的變換，對數(shù)碼管和鍵盤的掃描等功能。此部分程序由于在數(shù)碼管掃描時采用的是MAX7219專用數(shù)碼管掃描芯片，MAX7219是串行接口，能驅(qū)動8位數(shù)碼管，其讀寫時序非常簡單，根據(jù)下面的時序圖，我們很容易的編寫了AT89C51的程序，在單片機當中，我們開辟了8個字節(jié)作為顯示緩沖區(qū)，同時用MAX7219的最大優(yōu)點是，一旦單片機將數(shù)據(jù)發(fā)送給MAX7219之后，那么單片機就不用去管理數(shù)碼管了，可以由MAX7219單獨來完成掃描過程。MXA7219時序圖如下圖所示：圖31 MAX7219時序圖鍵盤程序采用中斷設(shè)計方法，通過與門連接到單片機的中斷口上，我們利用了中斷INT0，從而實現(xiàn)了對4*4鍵盤的掃描。由于程序設(shè)計不是很復(fù)雜，在此不再加以贅述，詳見程序清單。四、上位機程序設(shè)計對于單片機與PC機通訊采用了協(xié)議，傳輸波特率為9600，通過VC++ ，在WINDOWS 環(huán)境下提供了完備的API應(yīng)用程序接口函數(shù)，程序員通過這些函數(shù)與通信硬件接口。通信函數(shù)是中斷驅(qū)動的：發(fā)送數(shù)據(jù)時，先將其放入緩存區(qū)，串口準備好后，就將其發(fā)送出去；傳來的數(shù)據(jù)迅速申請中斷，使WINDOWS 接收它并將其存入緩沖區(qū)，以供讀取。發(fā)送過程較易實現(xiàn)，接收處理方式主要有查詢和中斷方式。采用查詢方式時，CPU要不斷測試串口是否有數(shù)據(jù)，以防止接收串口數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯誤、遺漏、效率低；而采用中斷方式則無需測試串口，一旦有數(shù)據(jù)傳至，CPU終止當前任務(wù)，由中斷服務(wù)程序完成操作，所以，中斷方式具有效率高、接收準確、編程簡單等優(yōu)點。因此在上位機程序的編寫過程中采用的是中斷接收方式。第一節(jié) 通信協(xié)議為了實現(xiàn)更好的數(shù)據(jù)傳輸，防止出現(xiàn)數(shù)據(jù)沖突，我們在單片機與上位機通訊時，約定了協(xié)議，當單片機向PC機發(fā)送關(guān)鍵字時，PC機程序才執(zhí)行相應(yīng)的功能。現(xiàn)將雙方的通訊協(xié)議介紹如下：波特率為9600bit ,N81(無奇偶校驗，8數(shù)據(jù)位，1停止位),每個字節(jié)使用ASCII碼 幅頻特性（單位：橫軸K歐姆，縱軸倍數(shù)）A 總點數(shù) X 坐標 X 坐標 。 S起始位1字節(jié) 幅頻特性總點數(shù)4字節(jié) 1字節(jié) 7字節(jié) 。 停止位1字節(jié) 輸入阻抗（單位：K歐姆）I 輸入阻抗 S 起始位1字節(jié) 3字節(jié)