2019年TI杯 简易电路特性测试仪 制作过程（8）——调试与校准 20/05/17

一、测量电路的调试
       调试测量电路之前，首先要保证外接的三极管放大电路工作正常、电源板可以正常的输出正负12V和5V电压、MCU板和AD9850模块工作正常（IO工作正常，信号可以正常输出。）。由于上述的电路部分比较容易调试，或者可以购买现成的模块来使用，调试比较简单，这里主要来说一下测量电路的调试步骤。连接测量电路上的控制信号到MCU核心板上，主要是连接继电器的控制信号到MCU板上的IO口，将AD9850的正弦信号输出连接到测量板上，连接电源板和测量板为板子通电，检查接线无误后即可上电。
1. 继电器的调试与控制
       将测量板上的继电器的控制引脚连接到MCU的IO上，如果实际使用的IO和程序中的定义的IO不同的话，可以更改程序中的IO定义和初始化，将其改成自己使用的IO。然后在主界面按下确认键进入菜单设置，选择设置->6.继电器控制，这个菜单里面可以自由的控制继电器的导通，可以分别控制J1-J7，可以很方便的实现继电器的各种导通组合，在调试的时候可以很方便的观察不同状态下的信号建立情况。
       首先进入这个菜单，依次的测试每个继电器的控制情况，多次导通和关断继电器，确保继电器控制正常。
2. 信号衰减输出部分调试

图1 输出衰减电路

       我以DDS信号峰峰值为1060mV为例给出各点的信号峰峰值——标号后括号内的值。
       ①（1060mV）：测量①点的信号与DDS的输出信号是否相同，如果没信号或者信号差距过大，检查运放焊接问题。
       ②（1060mV）：信号与①相同。
       ③（96.36mV）：信号大小与①的关系是否接近理论分压值，没信号或者幅值不对，检测R7电阻上的信号是否正确，不正确的话继续看C4电容上的信号耦合情况。（注意耦合后的信号不应有直流分量）
       ④（10.5mV）：测量④处的信号是否符合分压比例，没信号则查看R12上的信号，从后一级级向前排查。（注意耦合后的信号不应有直流分量）

图2 小信号放大电路

       小信号放大电路的主要作用是测量输入电阻Ri时，测量U_OUT点的信号大小，为了方便查看电路是否工作正常，将继电器J4导通吸合，其他继电器全部断开。此时U_OUT点应该有信号输出，这个点的信号峰峰值应该是10.5mV。括号中给出U_OUT点的峰峰值为10.5mV时，各个点的信号峰峰值大小。
       ⑤（31.5mV）：注意由于运放的精度和电阻精度问题，实际上测量出的信号大小会有所偏差。没信号的话就要检查电阻和运放的焊接问题。
       ⑥（346.5mV）：注意由于运放的精度和电阻精度问题，实际上测量出的信号大小会有所偏差。没信号的话就要检查电阻和运放的焊接问题。
       ⑦（1.235V）：注意LM285有多种信号，不同的后缀可能代表不同的基准电压，电压在1.25V左右即为正常，这个电压值的误差对测量不会产生影响。
       ⑧（346.5mV）：这个点信号的峰峰值也是346.5mV，但是这里的信号是含有1.235V的直流分量的。

3. 信号输入检测部分电路

图3 信号输入检测电路

       由于每个放大电路的放大倍数和静态工作点不尽相同，我这里就以①点信号峰峰值1500mV，U_CQ测量值为4.8V为例（R38和R39的值会对测量产生影响），标号后面括号中的值为该点信号的峰峰值。这里先不对峰峰值检波电路部分的调试进行分析，因为目前的测量没有使用到这部分电路。
       ①：当继电器J4导通而J1-J3断开时，该点有交流信号输出峰峰值1500mV。当继电器J1-J4全都断开时，该点输出直流电压，电压大小4.8V。J5断开，J6或J7其中一个闭合时，该点的信号由于电阻分压，信号的峰峰值应该小于1500mV。如果这点没有信号，或者输出12V时，需要检查外接放大电路是否正常，或者继电器导通是否正常。
       ②（1.2V）：J1-J4断开，J5闭合，J6-J7断开，此时由于①的电压为4.8V，由于R38和R39的分压，②的电压为1.2V左右。
       ③：该点电压值和①电压值相同，只是中间加了一级电压跟随器，进行前后级隔离。
       ④（500mV）：该点信号的峰峰值应该是③点信号的1/3（比例由R43和R44的值决定，信号峰峰值较小时，也可以不用进行电阻分压。），并且进过电容耦合之后，信号是没有直流分量的。
       ⑤（500mV）：该点信号的峰峰值和④点信号的峰峰值相同，区别在于该点信号具有1.235V的直流分量。

       如果测量发现上述的这些点的信号都符合预期的话，那么基本上可以认为测量电路部分的工作是正常的，接下来就是进行软件的校准了。

二、测试仪的软件校准
       由于电路中的元器件的精密程度较低，电路中的放大电路，放大倍数主要受电阻的精度影响，如果电阻的精度较低的话就会造成放大电路放大倍数和理论值有一定的差距，因此需要软件进行校准。
1. 菜单输入校准部分
       有几个参数可以在菜单中进行校准，主界面按下确认键，进入菜单，进入设置菜单，设置菜单中分别有放大增益、缩小比例、DDS频率、直流衰减、Ui峰峰值、继电器控制等菜单选项，校准时需要用到，放大增益、缩小比例、直流衰减、Ui峰峰值这四个菜单，让我们依次进行校准设置。
       放大增益菜单中，校准的就是图2中的两级放大电路的放大倍数，此时J4闭合，J1-J3断开，放大电路的输入信号为10.5mV，根据屏幕上显示的Ui值进行校准放大倍数。
       缩小比例菜单中，校准的是图3中R43和R44电阻的分压比例，如果信号缩小为原来的1/3，那么应当输入3.0，如果信号没有衰减的话就输入1.0，屏幕上会显示当前的Uo值，可以根据显示值和实际示波器测量值进行比对校准。
       直流衰减菜单中，校准的就是图3中R38和R39的分压比例，如果R38和R39分别为3k和1k的话，就输入4.0，屏幕上会显示当前测量的直流电压大小，可以和实际用外用表测量的电压值进行比对校准。
       Ui峰峰值菜单中，校准的就是图1中④点的信号峰峰值，由于DDS输出信号的峰峰值是固定的，1k频率下峰峰值为1.06V，200k频率下峰峰值也是1.06V，由于这个特性程序中在测量增益和幅频特性时不会每次都去测量Ui的大小，同时由于Ui信号峰峰值很小，测量误差较大，于是就可以先用数字毫伏表测量，然后直接输入Ui的值进行校准，这样就可以不用每次都测量Ui的值了。

2. 修改程序源码校准
       有一些信号的校准并没有为其单独设置一个菜单，需要在源程序找到对应的位置进行校准，这里就来罗列一下需要校准的部分。
       对测量输入电阻时R6、R8和测量输出电阻时R40、R42的校准，如果采用的电阻精度是5%的话那么计算中还是采用理论值进行计算的话就会出现较大误差，所以电阻精度不高的时候用万用表测量一下电阻的实际值，然后在代码中进行修改是有必要的。在main.c的basic_task任务中有如下代码，这四行代码就是R6、R8、R40、R42的实际值。

	Measure_Rs.R6_value = 3015;   //电阻值根据实际值填写 电阻精度较差时可用万用表测量之后填写精确值
	Measure_Rs.R8_value = 20150;
	Measure_Rs.R40_value = 1000;
	Measure_Rs.R42_value = 3000;

       测量输入电阻时，输出信号也就是图1中③点的信号峰峰值需要实际测量然后填入代码中，修改位置为ADC.c文件中的Ri_Cal_1KHz_Handle函数中，函数中有如下代码。

Measure_Ri_Jun.Ui1_value = 9636; //Ui1峰峰值 96.36mV 根据实际测量填写

       测量1k增益时，如果增益很小的时候需要输出大信号进行增益的测量，也就是图1中的②点信号的峰峰值需要实际测量，然后在程序中根据实际进行修改，程序中需要修改的位置在ADC.c文件中的Av_Cal_1KHz_Handle函数中，函数中有如下代码。

Measure_Av_Jun.Ui_value = 1060;//真实的Ui有效值 1mV分辨率 根据实际值填写

       至此硬件电路的调试和软件校准的相关内容就分析完了，宣告着这个系列关于“简易电路特性测试仪”的制作和分析也基本就写完了，接下来我会更新一篇关于我制作的简易电路特性测试仪实际测试效果的博客。

       PS：程序源码和硬件电路图都在之前发的这个系列博文第一篇中，大家可以在那篇博文的最下面，点击网盘链接进行下载。