2019全国电子设计大赛D题---简易电路特性测试仪

本文是2019年博主参加电子设计大赛的项目说明书，博主在此次比赛中荣获三等奖，今天将项目说明书分享出来，希望和大家共同进步！

一、摘要：

… . 搭建了静态工作点稳定电路作为被测电路，测试系统使用STC15F2K60S2单片机为控制核心，设计了RC桥式振荡电路产生1kHz， Vp-p为5.96V的正弦波。正弦波分为两路，一路经过精密整流变为直流信号，再经AD转换后用数码管显示；另一路正弦波经衰减电路变为毫伏级信号输入被测电路，放大后的信号再经精密整流及AD变换后输入单片机，对被测电路的输入电阻、输出电阻、增益等指标进行计算，结果用数码管显示。测试结果显示，在输入信号为1KHz时，本被测电路输入电阻为1.37kΩ，输出电阻为1.91kΩ，增益为136db。
关键词：AD转换

1 方案论证与比较

1.1 采样方法比较与选择

… .方案一、用 DDS 芯片配合 FIFO 对信号进行采集， 通过 DDS 集成芯片产生一个频率可调的正弦交流信号，然后由 FIFO 对 A/D 转换的结果进行采集和存储，最后送 MCU 处理。
… .方案二、用振荡电路进行信号的采集，产生一个频率稳定的正弦交流信号，然后由 FIFO 对 A/D 转换的结果进行采集和存储，最后送 MCU 处理。
由于振荡电路产生的信号频率较为稳定，所以我们选择方案二。

1.2 处理器的比较与选择

… …为了减少功耗，使用方便，我们采用的单片机为STC15F2K60S2，它拥有8路ADC通道，并且时钟频率为5MHz~35MHz，更适合本次实验。

1.3测量理论及故障判断分析计算

… .输入电阻r是放大器的主要动态性能指标之，测量ri几乎是模拟电了技术基础实验必然按排的内容。在查阅到的教材、实验指导书中，放大器的输入电阻几乎都是通过输入回路串入电阻R (如图1 )进行测量，具体方法如下:
当开关K断开(R接入)时，测得Us和Ui值，则可由下式求得放大器的输入电阻
ri=Ui/(Us-Ui)*R
其依据是:根据分压关系有Us/Ui=(ri+R)/ri
即 Us/Ui-1=R/ri
故可得 ri=Ui/(Us-Ui)*R

… …实际上，当交流电压表接在放大器输入端测Ui时，电压表的输入电阻R与放大器的输入电阻ri并联，对Ui值有影响。因此，上述各式中的ri均应改为ri//Ri,测得的也不是ri，而是ri//Ri的值。当被测放大器的输入电阻较大时，上述测量方法有较大的测量误差。说明这种方法只适用于ri较小的情况，如果用下述方法测上ri,就可以克服上述方法存在的问题。具体方法如下:
… .电路仍如图1，测量K闭合时的输出电压Uo及K断开时的输出电压Uo’，则可得放大器的输入电阻ri, ri=Uo’/(Uo-Uo’)*R

… …其依据是：由于K断开前后，电压表测Uo及Uo’时，始终作为放大器的负载接在放大器的输出端，所以。在K闭合和断开两种情况中，放大器的放大倍教Au不变，故 Uo=UsAu
Uo’=UiAu
由以上两式可得: Uo/Uo’=Us/Ui
由Ui与Uo的分压关系可得:Us/Ui=(ri+R)/ri
所以: Us/Ui=(ri+R)/ri ;
Uo/Uo’-1=R/ri
故可得: ri=Uo’/(Uo-Uo’)*R
… …上述方法克服了电压表内阻Ri对放大器输入电阻ri测量的影响。即使是测量单管共集电极放大器的输入电阻，电压表接入到该放大器输出端测输出电压时，对放大器的ri也有影响。但是，Ri并入射极时，Ri折算到输入端的等效电阻值为(1+β)Ri，比直接并在输入端测Ui时的Ri增大了β倍。因此，就共集电极电路的ri测量而论，用后一种方法也比前一种方法好，测量误差小。
输出电阻r是放大器的主要动态性能指标之，如图2等效电路，
可得
Ro=(Us-U)/Io
由Io与U和Rl关系得：Ro=Us/(U-Rl)-Rl
即 Ro=Rl(Us/U-1)
频幅特性： Au=Uo/Ui

2 系统设计

2.1 总体设计

… .振荡电路产生一个频率为1KHz的正弦交流信号，通过精密整流将交流信号变成直流信号，经过AD转换成数字信号，由数码管显示，输出电压通过衰减电路进入被测电路，经被测
电路经过放大后整流，通过AD转换，再由数码管显示。具体框图下：

2.2 单元电路设计

2.2.1 精密整流电路

2.2.2 RC振荡电路（振荡频率1KHz）

2.2.3 衰减电路（衰减倍数大约为1/200）

3软件设计

4 系统测试

… …结果分析：我们以单一频率的正弦波为输入信号，在理想状况下，输入电阻为1.39K，输出电阻1.98K，增益为148，而由于有干扰，我们实测输入电阻为1.37k，输出电阻为1.91k，增益为136，其误差均在10%以内。
5 结论
… …由于系统架构设计合理， 功能电路实现较好， 系统性能优良、 稳定，较好地达到了题目要求的各项指标。

参考文献：
《信号与系统》，ALAN V .OPPENHEIM 著，西安：西安交通大学出版社， 1997 年；
《数字图像处理学》，元秋奇著，北京：电子工业出版社， 2000 年；
《模拟电子线路基础》，吴运昌著，广州：华南理工大学出版社， 2004 年；
《数字电子技术基础》，阎石著，北京：高等教育出版社， 1997 年；
《数据结构与算法》，张晓丽等著，北京：机械工业出版社， 2002 年；
《ARM&Linux 嵌入式系统教程》，马忠梅等著，北京：北京航空航天大学出版社， 2004 年；
《单片机原理及应用》，李建忠著，西安：西安电子科技大学， 2002 年；

附录：
附1：元器件明细表;
1、STC15F2K60S2
2、LM358、LM393
3、1N4148
4、CD4052
5、LM7805、LM7905
6、数码管
附2:仪器设备清单：
1、低频信号发生器
2、数字万用表
3、交流毫伏表
4、数字示波器
5、稳压电源

以上就是本文所有内容，希望能帮助大家！！！