2019年TI杯 简易电路特性测试仪 制作过程(1)——总体思路 20/05/17

前言
  2019年参加TI杯比赛时选择了D题——简易电路特性测试仪,由于以前没有制作仪表类题目的经验,在比赛的头两日踩了不少的坑,最终没能在这届比赛中取得理想的成绩。事后决定利用常见的通用型器件来试着完成这道题目,也为今后遇到这类型的电路设计时积累经验。
题目分析
2019年TI杯 简易电路特性测试仪 制作过程(1)——总体思路 20/05/17_第1张图片
  检测的外围电路和装置连接示意图如上图所示,需要检测的电路是一个典型的工作点稳定的阻容耦合共射放大电路。题目要求测试仪连接电路的输入输出端口,通过分析输入信号和输出信号的来检测电路参数。基本要求中需要测量放大电路在1kHz下的输入电阻、输出电阻、增益,以及放大电路的幅频特性。发挥部分则需要测试仪判断电路的故障,比如开路或短路一个电阻、开路电容、增大电容等,测试仪可以自动的快速判断出故障是什么。
1.输入电阻测量方式
  测试仪输出一个1kHz正弦信号,记录下Ui点的信号为Ui1,在输出串联一个电阻R再进行输出,记录下此时Ui点的信号大小为Ui2,则放大电路的输入电阻大小为 R i = U i 2 ∗ R U i 1 − U i 2 Ri=\frac{Ui2*R}{Ui1-Ui2} Ri=Ui1Ui2Ui2R,根据这个原理即可测量得到输出入电阻的大小。
2.输出电阻测量方式
  测试仪测量空载时输出信号的大小记为Uo1,之后在测量带负载R时的输出信号大小记为Uo2,则放大电路的输出电阻大小为 R o = ( U o 1 − U o 2 ) ∗ R U o 2 Ro=\frac{(Uo1-Uo2)*R}{Uo2} Ro=Uo2(Uo1Uo2)R,根据这个原理即可测量得到输出电阻的大小。
总体方案
  测试仪需要测量有Ui点的信号幅值大小,Uo点的信号幅值大小,没有信号输入时放大电路的静态工作 点,也就是Uo点的直流电压大小。测试仪选择STM32F103RCT6作为主控MCU,ADC采用内部ADC,检测1kHz信号的幅值大小时采用均方根进行计算,72M的主频配合一定的软件处理勉强够用,测量幅频特性截止频率时采用峰值扫描法的方式进行检测,后续讲到软件处理的时候会进行详细分析这里不做细述。硬件电路主要由运算放大器构成的模拟电路,运算放大器采用通用型LM358和TL084构成,模拟部分供电采用正负12V的线性电源进行供电,数字部分采用开关电源供电。测试仪和外部放大电路的连接采用屏蔽线连接,地线连接时防止构成地回路。正弦波信号采用DDS芯片AD9850产生,这个直接购买的现成的模块,MCU通过通信控制输出信号的频率。
2019年TI杯 简易电路特性测试仪 制作过程(1)——总体思路 20/05/17_第2张图片
  上图为简易电路特性测试仪的总体方案框图,之后的文章中的硬件设计讲解主要是外部测量电路的设计。STM32F103RCT6外部电路和电源电路的设计不会进行详细的叙述,只会做简单的讲解。
  附上电路图文件和程序源码,已上传百度网盘需要的同学可以参考(程序写的比较乱。。),有问题的可以留言交流,我会尽快回复的。
2020/05/16 对程序进行了更新和完善 上传了试题和测评表
2020/05/17修改了电路中R38的值从2K变为3K

链接:https://pan.baidu.com/s/1BeuvRE399D9qJCs2JScuOg
提取码:sxic

这个系列的博客后续可能会进行完善更新,标题的时间表示最近的更新日期,多多关注谢谢。

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