【正文】 數(shù)據(jù)并存入緩沖區(qū)，檢測到‘S’后則判為一組新數(shù)據(jù)接收完，發(fā)出WM_COMNEWDATA消息。程序?qū)崿F(xiàn)方法，串口通過MSComm控件接收數(shù)據(jù)，對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并在屏幕上顯示出來。 S起始位1字節(jié) 幅頻特性總點(diǎn)數(shù)4字節(jié) 1字節(jié) 7字節(jié) 。第一節(jié) 通信協(xié)議為了實(shí)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(jī)與上位機(jī)通訊時(shí)，約定了協(xié)議，當(dāng)單片機(jī)向PC機(jī)發(fā)送關(guān)鍵字時(shí)，PC機(jī)程序才執(zhí)行相應(yīng)的功能。采用查詢方式時(shí)，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(cuò)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(dāng)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(zhǔn)確、編程簡單等優(yōu)點(diǎn)。通信函數(shù)是中斷驅(qū)動(dòng)的：發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，先將其放入緩存區(qū)，串口準(zhǔn)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。由于程序設(shè)計(jì)不是很復(fù)雜，在此不再加以贅述，詳見程序清單。此部分程序由于在數(shù)碼管掃描時(shí)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(dòng)8位數(shù)碼管，其讀寫時(shí)序非常簡單，根據(jù)下面的時(shí)序圖，我們很容易的編寫了AT89C51的程序，在單片機(jī)當(dāng)中，我們開辟了8個(gè)字節(jié)作為顯示緩沖區(qū)，同時(shí)用MAX7219的最大優(yōu)點(diǎn)是，一旦單片機(jī)將數(shù)據(jù)發(fā)送給MAX7219之后，那么單片機(jī)就不用去管理數(shù)碼管了，可以由MAX7219單獨(dú)來完成掃描過程。波特率計(jì)算：，只有這一晶振頻率下才能保證單片機(jī)工作最快且定時(shí)器的初值為整數(shù)，否則或者單片機(jī)工作速度下降或者波特率不準(zhǔn)影響通訊質(zhì)量。==180。定時(shí)器初值計(jì)算：0EBHTL0 0FEHTH0H100592.11/8102.6553665536102.5K64==\=180。（詳細(xì)程序見附錄）2）中斷程序設(shè)計(jì)中斷程序主要用于鍵盤檢測與相應(yīng)功能標(biāo)志位的置位，一旦有中斷申請，證明要測量放大器的某個(gè)參數(shù)，程序馬上執(zhí)行置標(biāo)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(biāo)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(huì)影響其他中斷源的工作。三、AT89C51軟件設(shè)計(jì)第一節(jié) 放大器各參數(shù)測量程序設(shè)計(jì)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(jī)的通信和顯示鍵盤通信等。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(jìn)行過高頻率的切換，因此采用繼電器實(shí)現(xiàn)切換是理想的選擇。4） 輸出阻抗的測量參數(shù)的計(jì)算對待測放大器進(jìn)行了手動(dòng)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(shí)際的自動(dòng)測量帶來了很多技術(shù)難題。電路實(shí)現(xiàn)過程中發(fā)現(xiàn)，在放大器放大倍數(shù)超過800倍時(shí)，放大器輸出檢波器會(huì)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。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。為了對幅度小的信號也能進(jìn)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(gè)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。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。圖215 RS232C/TTL電平轉(zhuǎn)換圖電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算1) 待測放大器的設(shè)計(jì)為了滿足測試要求，設(shè)計(jì)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(diǎn)，因此我們采用兩級運(yùn)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(dá)到設(shè)計(jì)要求。它只使用單+5V為其工作，配接4個(gè)1UF電解電容即可完成RS232電平與TTL電平之間的轉(zhuǎn)換。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(jī)串口的電平不一致，必須進(jìn)行二者之間的電平轉(zhuǎn)換。在放大器參數(shù)測試儀的設(shè)計(jì)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(jìn)行顯示，我們運(yùn)用了串口進(jìn)行了下位機(jī)（單片機(jī)）與上位機(jī)（PC機(jī)）的通信。8） 與上位機(jī)通訊電路串口是計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的重要介質(zhì)，所以串行通信在實(shí)際工程實(shí)現(xiàn)中有著廣泛的應(yīng)用。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(jī)的P1口完成對鍵盤的掃描與控制，從而完成了廉價(jià)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(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，可謂一舉多得。顯示AD985089C51單片機(jī)鍵盤MAX7219圖213 顯示與鍵盤電路由于本設(shè)計(jì)用了多達(dá)16個(gè)鍵盤和8個(gè)數(shù)碼管，用專用模塊編碼譯碼成本相對較高(ICL8279零售價(jià)40元)，所以不采用A方案。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。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(gè)16位定時(shí)器，一個(gè)全雙工串口，5個(gè)雙優(yōu)先級中斷源，4個(gè)8位I/O口。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。DSP器件的缺點(diǎn)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(diǎn)代表著數(shù)字信號處理器件發(fā)展的方向。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。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(shí)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(shí)以控制和運(yùn)算為主的系統(tǒng)一般選用單片機(jī)來處理數(shù)據(jù)，單片機(jī)技術(shù)是比較成熟的技術(shù)，它的特點(diǎn)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(diǎn)是實(shí)時(shí)性較差，單片機(jī)由于其使用面非常之廣因此價(jià)格極其低廉，對于本系統(tǒng)使用單片機(jī)是再合適不過了。 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。在經(jīng)過8個(gè)時(shí)鐘后，轉(zhuǎn)換完成，CS變高，內(nèi)部所有寄存器清零，此時(shí)，輸出電路變?yōu)楦咦锠顟B(tài)。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(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。當(dāng)一個(gè)時(shí)鐘的時(shí)間間隔被自動(dòng)插入后，可以使多種轉(zhuǎn)換器選定的通道穩(wěn)定。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。其中，ad9850的各位控制字和讀寫時(shí)序見下圖：圖211 AD9850時(shí)序圖A/D數(shù)據(jù)采集電路采用TLC0832進(jìn)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(jī)接口與編程都十分方便?？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。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。具體電路形式見下圖。圖28 輸入阻抗測試電路需要說明的是，對于測量放大器的輸入阻抗時(shí)上端已知電阻的選取到底以何種標(biāo)準(zhǔn)為宜，經(jīng)過我們反復(fù)的測試，發(fā)現(xiàn)這個(gè)已知電阻的選取既不能太大，又不能太小，太大則導(dǎo)致落在放大器等效輸入阻抗的電壓值過小，測量不準(zhǔn)確；同理，如果阻值過小，導(dǎo)致信號源的壓降全都落在放大器的等效輸入電阻上，也不能精確的測量放大器的輸入電阻值。將前端信號源和放大器的輸入端之間串入了一個(gè)已知阻值的電阻，然后通過檢波管對信號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。A/D轉(zhuǎn)換器，我們采用的是TI公司的8位串行單通道AD TLC0831，它占用外界資源少，接口簡單，編程方便。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，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。在實(shí)際電路當(dāng)中，根據(jù)實(shí)際需要對電路參數(shù)進(jìn)行了恰當(dāng)?shù)脑O(shè)置。各級電路的選取以及工作原理1）幅頻特性測量電路的選取采用檢波法測量輸入輸出的信號幅度，然后進(jìn)行除法運(yùn)算，從而達(dá)到了測量幅頻特性的目的。對于下位機(jī)的操作系統(tǒng)主要包括，鍵盤部分，數(shù)碼管顯示部分，數(shù)據(jù)上傳部分，電源部分所構(gòu)成。2）放大器測試儀：這是測試放大器的最關(guān)鍵的部分，此部分可以實(shí)現(xiàn)對輸入阻抗，輸出阻抗，最大不失真電壓，幅頻特性的測量。2：同相放大器 同相放大器的電路圖如下圖24所示：+_++Uo_+Ui_R1RfRp圖24 同相放大器電路輸入與輸出之間的關(guān)系為 Uo=（R1+Rf）Ui/R1輸入電阻 Ri=ric此式中ric 為運(yùn)放本身同相端對地的共模輸入電阻，一般比較大，約為100兆歐母左右。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。R1的取值應(yīng)遠(yuǎn)小于信號源的內(nèi)阻。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。集成運(yùn)放的輸出電壓由下式?jīng)Q定：Uo＝Ao（Ui1－Ui2）式中：Uo為集成運(yùn)放的輸出電壓；Ao為集成運(yùn)放的開環(huán)放大倍數(shù)；　Ui1為集成運(yùn)放同相輸入端信號電壓；Ui2為集成運(yùn)放反相輸入端信號電壓。在反相輸入端信號電壓不變時(shí)，同相輸入端的輸入信號電壓增大，輸出端的信號也在增大；同相輸入端的輸入信號電壓減小，輸出端的信號也在減小。集成運(yùn)放的共模抑制比很大，通常大于80至100dB。待測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。經(jīng)過直接測量，放大器的最大放大倍數(shù)為1200倍，輸出最大不失真電壓為14V,輸入阻抗為10K，輸出阻抗為50100歐姆。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)待測放大器人機(jī)界面放大器測試儀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)測試儀的主要組成。對于這一系統(tǒng)，由于對實(shí)時(shí)性要求不是太高，而精度是主要矛盾，因此我們決定選取基于數(shù)字器件的信號處理系統(tǒng)，來完成本設(shè)計(jì)。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。方案三：基于單片機(jī)作為主控單元，利用數(shù)字器件的測量整機(jī)測試指標(biāo)：幅頻特性、輸入阻抗、輸出阻抗、最大不失真電壓；電路實(shí)現(xiàn)方法：信號源采用AD9850進(jìn)行生成，采用AD9850的最大優(yōu)點(diǎn)是頻率可控，頻率穩(wěn)定度高，且幅度穩(wěn)定，一般不需要外界的附加電路便可以實(shí)現(xiàn)，從而給電路的設(shè)計(jì)帶來方便，放大器的輸入阻抗測量采用等效電阻法進(jìn)行測量，放大器的輸出阻抗利用雙重負(fù)載法進(jìn)行測量，大負(fù)載接入放大器輸出端，可以將電壓信號完全采集出來，而利用小負(fù)載時(shí)，由于放大器本身存在內(nèi)阻，因此當(dāng)小負(fù)載可以和放大器的輸出電阻相匹配的時(shí)候，便可以等效為放大器的輸出電阻和小電阻進(jìn)行分壓，從而利用公式可以求得放大器的輸出電阻。此種方案處理速度快，實(shí)時(shí)性好。方案二：基于CPLD作主控單元數(shù)字測量與分析方法整機(jī)測試指標(biāo)：幅頻特性、輸入阻抗、輸出阻抗、最大不失真電壓、失真度的測量；電路實(shí)現(xiàn)方法：前級信號源利用FPGA來實(shí)現(xiàn)，通過DDS技術(shù)產(chǎn)生頻率和幅度可程控的信號源，用于對放大器的測量；后級輸入阻抗，輸出阻抗，最大不失真電壓，失真度的測量，采用CPLD控制外接高速AD進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與處理，從而得到對放大器參數(shù)的測量。這種系統(tǒng)實(shí)時(shí)性比較好，而且如果沒有對精度的特殊要求，它的造價(jià)一般也比較低。對于最大不失真電壓的測量采用模擬濾波法，眾所周知，在放大器輸出電壓失真的情況下，會(huì)產(chǎn)生諧波分量，利用低通和高通濾波器，我們便可以將基波分量和諧波分量分離出來，從而得到基波分量與諧波分量的比值，根據(jù)比值的大小，我們便可以判斷出失真與否，還有失真的程度，即完成了對放大器參數(shù)的測量。電路實(shí)現(xiàn)方法：前端信號采用8038集成函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生測量信號，頻率的改變利用改變外界的電阻方法來實(shí)現(xiàn)。一、題目要求和方案論證題目要求：1）制