【正文】 in/VU1/VRin/kΩ由以上數(shù)據(jù)可見在0~5kHz范圍內(nèi)放大器的輸入電阻變化不大，因此，在測(cè)量時(shí)采用300Hz信號(hào)輸入來測(cè)量放大器的輸入電阻。2）最大不失真電壓直流電源Vcc=+15V ，f為輸入信號(hào)頻率，Vpp為最大不失真電壓表52 最大不失真電壓測(cè)量數(shù)據(jù)（一）f/kHzVpp/V可見在0~，因此，在測(cè)量時(shí)采用300Hz信號(hào)輸入。各部分程序流程圖NY清空m_FA[]將得到的新值賦給m_FA[]按得到的頻點(diǎn)對(duì)未采集到的插值Ym_strRxData中有無‘I’解碼后送給m_Rin即輸入阻抗解碼后送給m_Routm_strRxData中有無‘V’解碼后送給m_violocityM_strRxData中有無‘O’開始m_strRecv從開始到‘S’賦給m_strRxDatam_strRecv中有無sm_strRxData中有無‘A’結(jié)束YNNYNY圖41 屏幕顯示程序流程圖上位機(jī)的程序流程如下圖所示：將內(nèi)存位圖顯示在顯示器結(jié)束開始創(chuàng)建內(nèi)存DC及位圖背景圖放入內(nèi)存 在內(nèi)存DC上繪制網(wǎng)格線在內(nèi)存DC上繪制字符標(biāo)注繪制幅頻響應(yīng)曲線圖42 上位機(jī)程序流程五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)量與誤差分析為了驗(yàn)證所作放大器參數(shù)測(cè)試儀是否能夠達(dá)到測(cè)試指標(biāo)，我們用儀器進(jìn)行了實(shí)際的測(cè)量，實(shí)驗(yàn)儀器與測(cè)試數(shù)據(jù)如下。1. 在OnInitDialog中配置串口串口設(shè)置為二進(jìn)制方式，大于等于一個(gè)字符則發(fā)出一個(gè)OnComm事件，配置為“9600，n,8,1”。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(yàn)，8數(shù)據(jù)位，1停止位),每個(gè)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(diǎn)數(shù) X 坐標(biāo) X 坐標(biāo) 。發(fā)送過程較易實(shí)現(xiàn)，接收處理方式主要有查詢和中斷方式。MXA7219時(shí)序圖如下圖所示：圖31 MAX7219時(shí)序圖鍵盤程序采用中斷設(shè)計(jì)方法，通過與門連接到單片機(jī)的中斷口上，我們利用了中斷INT0，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)4*4鍵盤的掃描。==EBFES時(shí)鐘周期定時(shí)時(shí)間初值定時(shí)時(shí)間144）串行通訊中斷子程序設(shè)計(jì)串行通訊主要用于接收微機(jī)的控制信號(hào)，和握手信號(hào)，握手信號(hào)是一個(gè)特殊數(shù)值，當(dāng)單片機(jī)接到這個(gè)信號(hào)后，馬上在返回給微機(jī)這個(gè)信號(hào)，這樣微機(jī)就可以判斷出和本系統(tǒng)是否連上，為下一步的處理做準(zhǔn)備，由于程序很簡單，在此就不多作介紹了，詳細(xì)情況參見源程序清單。3）定時(shí)器中斷程序設(shè)計(jì)定時(shí)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(cè)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(hào)源加入一定頻率的正弦信號(hào)，然后通過測(cè)量輸入信號(hào)與待測(cè)量點(diǎn)之間的關(guān)系來計(jì)算出各個(gè)放大器的參數(shù)，信號(hào)源提供的頻率為300HZ,因此采樣速率我們?cè)O(shè)置為5K,因此在一個(gè)周期當(dāng)中相當(dāng)于采集了16個(gè)點(diǎn)，總共采集點(diǎn)數(shù)為128點(diǎn)，在測(cè)來能夠最大不失真電壓的時(shí)候，我們利用的單片機(jī)進(jìn)行FFT變換，實(shí)踐證明由128個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)來進(jìn)行FFT變換得到信號(hào)的頻譜是比較好的。放大器的雙負(fù)載，在實(shí)際過程中，我們分別選擇了100K和100歐姆，因此可以對(duì)放大器的輸出阻抗進(jìn)行測(cè)量。防止出現(xiàn)這種失真，我們?cè)诜糯笃鞯妮敵龆思恿艘患?jí)射隨器，這樣解決了放大器失真的問題。根據(jù)實(shí)際情況，選擇的檢波管型號(hào)為2AP9，屬于鍺管，實(shí)際證明，效果很好。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。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。而Microsoft公司的VC++，其基礎(chǔ)類庫（MFC）封裝了WIN32 API中的標(biāo)準(zhǔn)通信函數(shù)，可方便的支持串口通信。另一方面，考慮到本設(shè)計(jì)中單片機(jī)負(fù)荷較重，需要同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集及處理，并控制多個(gè)模塊工作，難以再給出I/O口來對(duì)鍵盤和數(shù)碼管進(jìn)行控制，因而B方案也是不合適的。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(jì)的數(shù)字處理機(jī)電路非常簡潔。本系統(tǒng)采用89C51單片機(jī)，由于其優(yōu)良的性能和低廉的價(jià)格，用在本系統(tǒng)的數(shù)字處理機(jī)部分是非常合適的。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(jì)的。如果希望開始另一個(gè)轉(zhuǎn)換，CS必須有一個(gè)從高到低的跳變，且后面應(yīng)緊跟著輸入地址數(shù)據(jù)。而當(dāng)DO脫離高阻狀態(tài)時(shí)，可提供一個(gè)時(shí)鐘的時(shí)間間隔的前導(dǎo)低電平，以使多路器穩(wěn)定。 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(gè)可選擇的輸入通道。由于測(cè)量對(duì)象屬于低頻放大器，因此產(chǎn)生信號(hào)的頻率范圍是從0500KHZ；AD9850采用32位頻率控制字，由于單片機(jī)是8BIT數(shù)據(jù)寬度，因此需要4個(gè)字節(jié)便可以完成對(duì)9850頻率的設(shè)置；對(duì)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(dāng)中的Fout是AD9850輸出的頻率值；頻率控制字；CLKIN是AD9850的主振時(shí)鐘。3） 輸出阻抗電路的選擇對(duì)于輸出阻抗的測(cè)量的方法與輸入阻抗有類似的方面，輸出阻抗也可以等效，這樣我們?cè)诜糯笃鬏敵鰰r(shí)接入兩種不同的負(fù)載，一種是無窮大，相當(dāng)于開路時(shí)測(cè)量放大器輸出的電壓值，一種情況是接入一個(gè)阻值賦在很小的負(fù)載，這樣由于放大器本身存在內(nèi)阻，導(dǎo)致有一部分電壓會(huì)落在內(nèi)阻上，從而通過檢測(cè)電壓值，便可以計(jì)算出放大器的輸出阻抗。圖26 幅頻特性測(cè)試電路（一）圖27 幅頻特性測(cè)試電路（二） 2） 輸入阻抗測(cè)量電路的選取在輸入阻抗測(cè)量電路的選取上，我們首先考慮到把放大器的輸入阻抗等效為一個(gè)待測(cè)電阻，建立起來這個(gè)概念之后，對(duì)于輸入阻抗測(cè)量電路的選取，就有了一個(gè)整體的認(rèn)識(shí)。為了保護(hù)AD9850，同時(shí)減小信號(hào)源的輸出阻抗，我們?cè)贏D9850的后側(cè)放了一級(jí)射隨，采用了AD813完成，此運(yùn)算放大器的帶寬為10MHZ,完全可以滿足我們的需要，信號(hào)經(jīng)過射隨之后，經(jīng)過檢波管進(jìn)行檢波，所得的直流進(jìn)入A/D,放大器的輸出信號(hào)也要經(jīng)過檢波管進(jìn)行檢波,防止檢波電路對(duì)前級(jí)放大器輸出造成影響，因此在放大器與檢波器之間加了一級(jí)的緩沖，從而達(dá)到了相互隔離的目的。其中，利用鍵盤，用戶可以選擇要測(cè)量的放大器參量，從而進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)量；數(shù)碼管顯示部分，可以顯示用戶操作是否正確，操作的提示信息等附加功能；數(shù)據(jù)上傳部分是整個(gè)系統(tǒng)的連接紐帶，負(fù)責(zé)向上位機(jī)傳送測(cè)得的數(shù)據(jù)；電源部分主要為整個(gè)系統(tǒng)提供穩(wěn)定的工作電源。同相放大器的輸出電阻與反相放大器的輸出電阻一樣 Ro≈0平衡電阻為 Rp=R1//Rf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。反相放大器的實(shí)際輸出電阻在一定的輸入電壓Ui作用下，反相放大器的輸出端可以看作是電勢(shì)為一定值的有源二端網(wǎng)絡(luò)，其等效輸出電阻是在無負(fù)載時(shí)輸出開路電壓Uo除以負(fù)載短路電流Ik，Roe=Uo/Ik如下圖23所示，由于輸出端短路接地，輸出對(duì)反相端的反饋電壓為零，反相端對(duì)地的電壓為輸入電壓Ui的分壓值+UiR1UR2RdR3I2Ro+EoIoIk圖23 放大器輸出電阻等效計(jì)算電路U =Ui[R2//（Rd+R3）]/[R1+R2//（Rd+R3）] =UiR2（Rd+R3）/[R2（Rd+R3）+R1（R2+R3+Rd）]差模輸入電壓經(jīng)過差模放大后的輸出電壓為Eo= Ad（U—U+）=AdURd/（Rd+R3）反相放大器的輸出短路電流Ik是Eo經(jīng)過Ro的短路電流Io和經(jīng)R2流入地的電流I2之和。從上式中可以看出，當(dāng)輸入信號(hào)電壓UO1大于輸入信號(hào)UO2時(shí)，輸出信號(hào)電壓UO1大于零（為正）；當(dāng)輸入信號(hào)電壓UO1小于輸入信號(hào)UO2時(shí)，輸出信號(hào)電壓UO1小于零（為負(fù)）。關(guān)于集成運(yùn)放的輸出端與輸入端之間相位關(guān)系特性主要有下列幾點(diǎn)：同相輸入端與輸出端的信號(hào)相位相同，反負(fù)相輸入端與輸出端信號(hào)相位相反。由此可見，這樣的低頻模擬放大器基本可以滿足我們的測(cè)試要求。綜上所述，我們選擇方案三，通過分析可以看到，方案一沒有充分應(yīng)用現(xiàn)在電子器件的大規(guī)模集成電路，因此，實(shí)現(xiàn)的功能不能夠達(dá)到智能儀器的要求；方案二雖然應(yīng)用了大規(guī)模集成電路，但是成本較高，同時(shí)由于測(cè)量的放大器是低頻放大器，因此對(duì)速度要求不是非常嚴(yán)格，因此完全可以利用單片機(jī)來作為主控單元，同時(shí)前端信號(hào)的產(chǎn)生，利用了AD公司的單片DDS專用芯片AD9850來實(shí)現(xiàn)，它具備與單片機(jī)方便的接口，可以通過單片機(jī)編程實(shí)現(xiàn)對(duì)其產(chǎn)生信號(hào)頻率的控制，縮短了整機(jī)的開發(fā)時(shí)間。而最大不失真電壓的測(cè)量采用了頻域計(jì)算的方法，通過時(shí)域的測(cè)量并進(jìn)行了變換得到了最大不失真電壓。方案的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：完全依靠于數(shù)字化的測(cè)量，比如對(duì)最大不失真電壓的測(cè)量，可以利用CPLD進(jìn)行FFT，從而完成對(duì)信號(hào)頻譜的分析，得到最大不失真電壓和失真度的測(cè)量?；谀M器件的信號(hào)處理系統(tǒng)是一種比較傳統(tǒng)的信號(hào)處理方法，一般應(yīng)包括放大器、濾波器、乘法器、除法器等。方案論證：方案一：基于模擬器件的信號(hào)處理方法整機(jī)測(cè)試指標(biāo)：放大器放大倍數(shù)，輸入阻抗，輸出阻抗，最大不失真電壓。電路實(shí)現(xiàn)方法：前端信號(hào)采用8038集成函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生測(cè)量信號(hào)，頻率的改變利用改變外界的電阻方法來實(shí)現(xiàn)。這種系統(tǒng)實(shí)時(shí)性比較好，而且如果沒有對(duì)精度的特殊要求，它的造價(jià)一般也比較低。此種方案處理速度快，實(shí)時(shí)性好。另外系統(tǒng)采用此方案，有許多優(yōu)點(diǎn)，例如不易受干擾、重復(fù)性好、調(diào)試容易、穩(wěn)定性好等，最突出的是精度高。二、整機(jī)工作原理與功能實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)的方框圖設(shè)計(jì)待測(cè)放大器人機(jī)界面放大器測(cè)試儀123 圖21 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方框圖以上框圖中表示的為放大器參數(shù)測(cè)試儀的主要組成。待測(cè)放大器電路采用集成運(yùn)算放大器完成，集成運(yùn)算放大器性能指標(biāo)大大優(yōu)于晶體管組成的分立元件放大器。在反相輸入端信號(hào)電壓不變時(shí)，同相輸入端的輸入信號(hào)電壓增大，輸出端的信號(hào)也在增大；同相輸入端的輸入信號(hào)電壓減小，輸出端的信號(hào)也在減小。為了電路分析和計(jì)算的方便，需要將電路中的集成運(yùn)放看成是一個(gè)理想的集成運(yùn)算放大器，顯然當(dāng)集成運(yùn)算放大器的性能愈好時(shí)，計(jì)算和誤差就會(huì)愈小，所設(shè)計(jì)的實(shí)際電路與理論計(jì)算就愈接近。則有Ik=Eo/Ro+U/R2=[AdR2Rd+Ro（Rd+R3）]Ui/{Ro[R2（Rd+R3）+R1（R2+R3+Rd）]}由以上式子可求得反相放大器的等效輸出電阻為Roe=Uo/Ik={Ro[R2（Rd+R3）+R1（R2+R3+Rd）]}/[RdR1Ad+（Rd+R3）（R2+Ro）+R1（R2+R3+Rd+Ro）]因?yàn)镽o〈〈RR2，則Roe≈Ro/（1+Ad F）可見反相放大器的輸出電阻與集成運(yùn)放的輸出電阻Ro相比，降低了（1+Ad F）倍。2）放大器測(cè)試儀：這是測(cè)試放大器的最關(guān)鍵的部分，此部分可以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入阻抗，輸出阻抗，最大不失真電壓，幅頻特性的測(cè)量。各級(jí)電路的選取以及工作原理1）幅頻特性測(cè)量電路的選取采用檢波法測(cè)量輸入輸出的信號(hào)幅度，然后進(jìn)行除法運(yùn)算，從而達(dá)到了測(cè)量幅頻特性的目的。檢波之后，得到的直流進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換，A/D的輸入切換通過模擬開關(guān)來實(shí)現(xiàn)，雖然模擬開關(guān)在導(dǎo)通時(shí)有一定的內(nèi)阻，但是電路采用模擬開關(guān)，切換的是電壓信號(hào)，用模擬開關(guān)便可達(dá)到這一目的，并且不會(huì)給系統(tǒng)帶來特別大的誤差；如果采用繼電器，雖然導(dǎo)通內(nèi)阻為零，但是切換速度不能過快，給系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性造成影響。將前端信號(hào)源和放大器的輸入端之間串入了一個(gè)已知阻值的電阻，然后通過檢波管對(duì)信號(hào)源的幅值和放大器等效輸入阻抗上的電壓幅值進(jìn)行檢波，送入A/D，并且通過單片機(jī)進(jìn)行計(jì)算，便可以得到放大器的輸入電阻。具體電路形式見下圖。可以看到，根據(jù)所要得到的頻率值，很容易就可以得到ad9850的頻率控制字。TLC0832的特點(diǎn)如下：*8位分辨率；*可和微處理器接口或獨(dú)立使用；*可滿量程工作或使用5V基準(zhǔn)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(shí)，置CS端方可啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，并使所有的邏輯電路使能。SAR比較器用于對(duì)電阻梯形網(wǎng)絡(luò)輸出的逐次信號(hào)和輸入模擬信號(hào)進(jìn)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。 TLC0832的輸入配置可在多路器尋址時(shí)序中進(jìn)行，多路器地址通過DI端移入寄存器。DSP器件從本質(zhì)上說和單片機(jī)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(yùn)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(yùn)算的硬件乘法器。單片機(jī)按其性能可分為8位和16位，16位單片機(jī)由于其造價(jià)較高使用不多，8位單片機(jī)以51系列為代表。7） 顯示與鍵盤電路對(duì)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。針對(duì)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(jī)的P1口完成對(duì)鍵盤的掃描與控制，從而完成了廉價(jià)高效的顯示和鍵