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1、北华航天工业学院毕业论文 I 摘 要 集成运放测试仪是电子专业中一种常用的芯片测试设备。目前，市场上出售的集成 运放测试仪比较少，而且价格昂贵。一般实验室都没有此类测试仪器。本课题针对这种 现状，特意研制一台质量优良、成本低廉的集成运放测试仪。 集成运放测试仪主要用于测试运放芯片的参数和功能。本测试仪以 STC12C5A60S2 单片机作为控制核心，对运放测试电路的输入输出信号进行检测、处理，并将测试波形 及参数显示到 TFT 彩屏上。集成运放测试仪的研究遵循一般的电子作品研究过程：首先 进行系统理论分析与方案设计；然后分模块设计、测试；最后进行系统调试、测试。论 文整体分为硬件设计和软件设计
2、两大部分。然后从系统角度将测试仪分为单片机控制部 分，功能按键输入部分、显示部分、信号源部分、运放测试部分和电源部分分别进行介 绍。 研究结果表明自行研制的集成运放测试仪简单、实用，能够满足大多数专业人员的 要求。测试仪摈弃了繁琐的功能，仅仅设置了四个按键、两种模式，并且采用 TFT 彩屏 显示，方便专业人员观察测试结果。同时，本测试仪还存在一些不足，如不能做到通用、 电路设计不完善等，需要继续深入研究。 关键词 集成运算放大器 单片机 芯片测试 TFT 彩屏 北华航天工业学院毕业论文 II Abstract Integrated op-amp tester is a commonly use
3、d in electronic chip test equipment. At present, the market integration op-amp tester is less, and the price is high. General laboratory both does not have this kind of test equipment. This subject is based on the present situation, we have developed a good quality, low cost integrated op-amp tester
4、. Integrated op-amp tester is used to test op-amp chip parameters and function. This tester is to STC12C5A60S2 single chip microcomputer as control core, the test circuit to put their input and output signal detection and treatment, and will test the waveform and parameter display to TFT colour scre
5、ens. Integrated op-amp tester research following general electronic work study process: first system theory analysis and design; And then points module design, test; The last system commissioning, testing. The whole paper into hardware design and software design of two parts. And then from the syste
6、m will be divided into single chip microcomputer control Angle tester part, the function of keystroke, display section, the signal source part, op-amp testing part and power supply part introduced respectively. The results of the study show that the developed by integrated op-amp tester is simple, p
7、ractical, and can satisfy the requirements of most professionals. Ditched the function of trival tester, just set the four buttons, two kinds of patterns, and the TFT color display, convenient professional observation test results. Meanwhile, the tester still existed some shortage, such as general m
8、otors, cannot do circuit design is not perfect and so on, needs to continue to study. Key words integrated operational amplifier single-chip microcomputer chip test TFT colour screens 北华航天工业学院毕业论文 III 目 录 第 1 章 绪论 .1 1.1 课题背景及国内外研究概况.1 1.2 集成电路测试仪概述.2 1.3 本课题的研究内容及研究意义.2 1.3.1 本课题的研究内容 2 1.3.2 本课题的研
9、究意义 2 第 2 章 集成运放测试仪总体方案设计 .3 2.1 集成运放测试仪测试参数选择.3 2.1.1 输入失调电压 .3 2.1.2 输入失调电流 IIO.3 2.1.3 开环差模放大倍数 Aod 4 2.1.4 共模抑制比 KCMR4 2.1.5 最大输出电压 UOPP5 2.2 集成运放测试仪测试芯片选择5 2.2.1 OP07 简介.5 2.2.2 LM324 简介 .6 2.2.3 LM358 简介 .7 2.3 集成运放测试仪整体设计.8 2.3.1 集成运放测试仪系统结构图 8 2.3.2 集成运放测试仪各部分说明 9 第 3 章 集成运放测试仪硬件设计 .12 3.1 单
10、片机控制部分.12 3.2 显示部分.13 3.3 信号源部分.14 3.4 运放测试部分.16 3.5 电源部分.16 第 4 章 集成运放测试仪软件设计 .17 北华航天工业学院毕业论文 IV 4.1 软件使用说明.17 4.1.1 编程软件 keil .17 4.1.2 目标程序下载软件 STC_ISP_V483 .17 4.2 软件设计说明.17 4.2.1 整体软件流程图 17 4.2.2 信号源（AD9850）部分软件设计.19 4.2.3 TFT 彩屏显示部分软件设计.20 4.2.4 AD 转换部分软件设计.21 4.2.5 按键功能部分软件设计 24 4.3 小结.24 第
11、5 章集成运放测试仪调试25 5.1 集成运放测试电路调试.25 5.2 信号源模块调试.27 5.3 TFT 彩屏模块调试28 5.4 电源模块调试.28 5.5 整体调试.29 第 6 章 结论 .30 致 谢 .31 参考文献 .32 附 录 .33 北华航天工业学院毕业论文 1 集成运放参数测试仪 第 1 章 绪论 1.1 课题背景及国内外研究概况 集成电路测试是保证集成电路性能、质量的关键手段之一。集成电路测试技术也是 发展集成电路产业的三大支撑技术之一。因此，集成电路测试仪作为一个测试门类受到 很多国家的高度重视。随着集成电路发展到第四代，集成电路测试仪也从最初测试小规 模集成电路
12、发展到测试中规模、大规模和超大规模集成电路。 集成电路测试仪的发展过程可以粗略地分为四个时代。第一代始于 1965 年，测试对 象是小规模集成电路，可测管脚数达 16 只。用导线连接、拨动开关、二极管矩阵等方法， 编制自动测试序列，仅仅测量 IC 外部管脚的直流参数。第二代始于 1969 年，此时计算 机的发展已达到适用于控制测试仪的程度 ，测试对象扩展到中规模集成电路，不但能测 试 IC 的直流参数，还可用低速图形测试 IC 的逻辑功能。第三代始于 1972 年，这时的测 量对象扩展到大规模集成电路（LSI） ，最突出的进步是把功能测试图形速率提高到 10MHz。从 1975 年开始，测试对
13、象为大规模、超大规模集成电路（LSI/VLSI） ，不但能 有效地测量 CMOS 电路，也能有效地测量 TTL、ECL 电路。此时作为独立发展的半导 体自动测试设备，无论其软件、硬件都相当成熟。1980 年测试仪进入第四代，测量对象 为 VLSI，测试仪的智能化水平进一步提高，具备与计算机辅助设计（CAD）连接能力， 加强了数字系统与模拟系统的融合。现在，测试仪的功能测试速率已达 500MHz 以上， 可测管脚数多达 1024 个，测试仪的发展速度是惊人的。 我国在 70 年代初就开始了集成电路测试仪的研制工作，80 年代后期国产集成电路 测试仪的水平，特别是自行设计能力有较大提高，国内研究或
14、制造集成电路测试仪的研 究所与工厂主要有中国科学院计算技术研究所、半导体所、北京自动测试技术研究所、 光华无线电仪器厂等。1986 年中国科学院计算技术研究所研制成功了 ICT-2 LSI/VISI 综 合测试系统，功能测试速率 10MHz/20MHz，通道数 48。1987 年北京自动测试技术研究 所研制成功了 BC3170 存储器测试系统，功能测试速率 20MHz，通道数 32 个。同期光 华无线电仪器厂推出 GH3123 型集成电路自动测试仪，北京自动测试技术研究所 BC3110X 型集成电路测试仪研制成功，标志着国产中小规模集成电路测试仪的技术水平 进入新的发展时期和走向实用阶段。继而
15、北京科力公司研制和生产测试速率 12.5MHz、64 通道大规模数字集成电路测试系统。此后不久，光华无线电仪器厂又研制 成功功能测试速率为 10MHz 的 16M 位 RAM 存储器测试仪，大规模测试系统获得长足 的发展。 北华航天工业学院毕业论文 2 1.2 集成电路测试仪概述 集成电路测试仪是对集成电路进行测试的专用仪器设备。集成电路测试仪的分类很 多，按测试的集成电路的特点可以分为数字型和模拟型测试仪；按功能可以分为集成电 路功能测试仪和集成电路参数测试仪；按形式可分为便携式集成电路测试仪和台式集成 电路测试仪。功能测试是对集成电路的功能进行判定，看功能是否失效。而参数测试是 对集成电路
16、的各项参数进行测试，看测试读取的参数是否符合集成电路的设计要求。市 场上常见的便宜的集成电路测试仪大多是功能测试仪，由于参数测试仪的生产成本较高， 一般参数测试仪的价格都在几万，在实验里， 集成电路的测试是一件经常性的工作，实 验做完后电路是好是坏从表面上是看不出来的，如用简单办法给电路加信号源用万用表 和示波器测试则是一非常麻烦的事，因为一块集成电路有很多引脚，一个一个的测试是 一件非常费时费力的事，在一般实验室条件下集成电路只需进行功能测试即可，所以本 文要设计一个简易、实用集成电路测试仪。 1.3 本课题的研究内容及研究意义 1.3.1 本课题的研究内容 本课题主要对常用集成运放芯片的测
17、试原理及实现方法进行研究和设计。具体包括 以下内容： 1) 对集成运放的测试原理进行研究与分析，对各种测试方法进行分析与对比，并确 定本课题所要采用的方案； 2) 对集成运放测试仪进行硬件电路的设计，用 Protel DXP 2004 绘制电路原理图， 然后焊接、调试、测试各模块电路； 3) 对集成运放测试仪进行软件设计，完成集成运放测试仪的具体软件编辑、调试与 测试。 4) 对集成运放测试仪进行整体测试。 1.3.2 本课题的研究意义 目前集成电路测试仪的价格都非常昂贵，而且出现问题不易维护。而对于电子类实 验室而言，一个常用的集成电路测试设备是不可或缺的。基于上述考虑，我们针对实验 室最常
18、用的集成运放芯片设计并制作了一台简单易用的集成运放测试仪。 北华航天工业学院毕业论文 3 第 2 章 集成运放测试仪总体方案设计 2.1 集成运放测试仪测试参数选择 集成运算放大器是一种线性集成电路，与其他半导体器件一样，它也用一些性能指 标来衡量其质量的优劣。集成运放的性能指标可以从其器件手册中查到，但由于集成电 路是半导体器件，其性能参数常常有较大的离散性，因此，我们在使用具体器件之前必 须对其主要参数进行测试，这样才能保证在电路中使用的器件是合格的。 集成运放的主要参数有输入失调电压 UIO、输入失调电流 IO 、差模放大倍数 Aod 、共模抑制比 KCMR 、最大输出电压 UOPP 、
19、通频带等。 2.1.1 输入失调电压 理想运算放大器，当输入信号为零时其输出也为零。但在真实的集成电路器件中， 由于输入级的差动放大电路总会存在一些不对称的现象（由晶体管组成的差动输入级， 不对称的主要原因是两个差放管的 UBE 不相等） ，使得输入为零时，输出不为零。这种 输入为零而输出不为零的现象称为“失调” 。为讨论方便，人们将由于器件内部的不对称 所造成的失调现象，看成是由于外部存在一个误差电压而造成，这个外部的误差电压叫 做“输入失调电压” ，记作 UIO或 VOS。 输入失调电压在数值上等于输入为零时的输出电压除以运算放大器的开环电压放大倍数： od OO IO A U U 式中：
20、UIO 输入失调电压 Uoo 输入为零时的输出电压值 Aod 运算放大器的开环电压放大倍数 2.1.2 输入失调电流 IIO 当输入信号为的零时，运放两个输入端的输入偏置电流之差称为输入失调电流，记 为 IIO ： 2B1BIO III 式中：IB1，IB2分别是运算放大器两个输入端的输入偏置电流 输入失调电流的大小反映了运放内部差动输入级的两个晶体管的失配度，由于 北华航天工业学院毕业论文 4 IB1，IB2本身的数值已很小（A 或 nA 级） ，因此它们的差值通常不是直接测量的。 一般情况下输入失调电压和输入失调电流的数值都很小，且其测试电路复杂。如果 要对失调电压、电流进行检测则要求测试
21、仪有很高的精度，高精度的测试仪必然要选择 高精度的专用硬件芯片，这样一方面测试仪的成本会大幅度提高，另一方面一些专用硬 件芯片的购买、调试都不是很方便，需要占用很多的时间与经费。如果这样设计测试仪 的硬件架构就违背了低成本、简单实用的要求，与购买商家的测试仪没有什么区别，甚 至会造成高成本、低质量。综合考虑，不对以上两项集成运放参数进行测试。 2.1.3 开环差模放大倍数 Aod 集成运放在没有外部反馈时的直流差模放大倍数称为开环差模电压放大倍数，用 Aod 表示。它定义为开环输出电压 UO与两个差分输入端之间所加差模输入信号 Uid 之 比： id O od U U A 按定义 Aod 应是
22、信号频率为零时的直流放大倍数，但为了测试方便，通常采用低频 （几十赫兹以下）正弦交流信号进行测量。由于集成运放的开环电压放大倍数很高，而 且在开环情况下 UO的漂移量太大，难以直接进行测量，故一般采用闭环测量方法。 差模放大倍数 Aod 是集成运放的一项主要参数，在运放应用电路中对放大倍数的考 虑是必不可少的。 2.1.4 共模抑制比 KCMR 集成运放的差模电压放大倍数 Aod 与共模电压放大倍数 Aoc 之比称为共模抑制比， 记为 KCMR（或 CMRR）： oc od CMR A A K 式中：Aod差模电压放大倍数； Aoc共模电压放大倍数 共模信号是指加在运算放大器两个输入端上幅值、
23、相位都相等的输入信号，是一种 无用的信号（常因电路结构、干扰和温漂造成） 。理想运算放大器的输入级是完全对称的， 其共模电压放大倍数为零，所以当只输入共模信号时，理想运放的输出信号为零；当输 入信号中包含差模信号与共模信号两种成份时，理想运放输出信号中的共模成份为零。 但在实际的集成运算放大器中，因为电路结构不可能完全对称，所以其共模电压放大倍 北华航天工业学院毕业论文 5 数不可能为零，当输入信号中含有共模信号时，其输出信号中必然含有共模信号的成分。 输出端共模信号愈小，说明电路对称性愈好，也就是说运放对共模干扰信号的抑制能力 愈强。人们用共模抑制比 KCMR 来衡量集成运算放大器对共模信号
24、的抑制能力。KCMR 愈大，对共模信号的抑制能力越强，抗共模干扰的能力越强。 oc icF c d CMR U U 1R R A A K 从上式可知，理论上的差模放大倍数为无穷大，这在实际当中是不可实现的，故不 对此项参数进行测试。 2.1.5 最大输出电压 UOPP 集成运放的最大输出电压又称输出电压动态范围，记为 UOPP，该参数与电源电压、 外接负载及信号源频率有关。输出电压峰峰值 UOPP 调试方便，故也对其进行测试。 通频带是指输入在输入电压范围内，一定放大倍数下输入信号的频率上限值，超过 此频率值输出电压会产生失真。故此项参数也必须进行测试。 综合考虑，本测试仪仅对差模放大倍数 A
25、od 、最大输出电压 UOPP 和通频带进行测 试。在一般的集成运放中，这三项参数经过测试后正常的话，可以认为这个运放芯片是 正常的。 2.2 集成运放测试仪测试芯片选择 目前，集成运放的型号很多，且各种运放的引脚排列各不相同，所以在设计不同运 放的测试电路时引脚切换电路的设计也会很复杂，很难做到通用。下面对实验室中常用 的集成运放芯片作简要介绍： 2.2.1 OP07 简介 1. OP07 双极性运算放大器集成电路 OP07 芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。由于 OP07 具 有非常低的输入失调电压（对于 OP07A 最大为 25V） ，所以 OP07 在很多应用场合
26、不需 要额外的调零措施。OP07 同时具有输入偏置电流低（OP07A 为2nA）和开环增益高 （对于 OP07A 为 300V/mV）的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得 OP07 特别 适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。 OP07 可以用单电源供电，但是线性区间太小，单电源供电，模拟地在 1/2 VCC。建 议电源最好大于 8V，否则线性区实在太小，放大倍数无法做大，一不小心就饱和了。通 北华航天工业学院毕业论文 6 常用+12V，-12V 双电源供电。 2. OP07 芯片引脚功能说明： 1 和 8 为偏置平衡(调零端)，2 为反向输入端，3 为正向输入端，4 接VC
27、C，5 空脚 6 为输出，7 接电源VCC。 OP07 芯片外形图和引脚图分别图 2-1 和图 2-2 所示： 图 2-1 OP07 芯片外形图 图 2-2 OP07 引脚图 2.2.2 LM324 简介 1. LM324 双极型线性集成电路 LM324 内部包括有四个独立的、高增益、内部频率补偿的运算放大器，适合于电源 电压范围很宽的单电源使用, 也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电 流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电 源供电的使用运算放大器的场合。 LM324 的封装形式为塑封 14 引线双列直插式。 2. 特点 1) 内部频率补偿
28、2) 直流电压增益高(约 100dB) 3) 单位增益频带宽(约 1MHz) 4) 电源电压范围宽：单电源(332V)； 双电源(1.516V) 5) 低功耗电流，适合于电池供电 6) 低输入失调电压和失调电流 7) 共模输入电压范围宽，包括接地 8) 差模输入电压范围宽，等于电源电压范围 9) 输出电压摆幅大(0 至 VCC-1.5V) 北华航天工业学院毕业论文 7 LM324 外形图和引脚图分别图 2-3 和图 2-4 所示： 图 2-3 LM324 外形图 图 2-4 LM324 引脚排列图 2.2.3 LM358 简介 LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大
29、器，适合于电 源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源 电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模组,音频放大器、工业 控制、DC 增益部件和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。 LM358 的封 装形式有塑封 8 引线双列直插式和贴片式。特性如下： 1) 内部频率补偿 2) 直流电压增益高(约 100dB) 3) 单位增益频带宽(约 1MHz) 4) 电源电压范围宽：单电源(330V)；双电源(1.5 一15V) 5) 低功耗电流，适合于电池供电 6) 低输入失调电压和失调电流 7) 共模输入电压范围宽，包括接地 LM358 DI
30、P 塑封引脚图如图 2-5 所示。 图 2-5 DIP 塑封引脚图引脚功能 北华航天工业学院毕业论文 8 由以上对三种常用运放芯片的介绍可知，这三种运放可以满足大多数运放应用电路 的要求，故仅对这三种集成运放芯片进行测试。这三种运放是各种运算放大电路中应用 最为广泛的集成运放芯片。其价格便宜，性能也能满足一般运放应用电路的要求。 2.3 集成运放测试仪整体设计 集成运放测试仪围绕其可靠性、实用性与低成本设计电路。从电路系统考虑，其应 该包括功能按键、控制器、显示、运放测试电路、AD/DA，信号源电路及电源电路。所 有模块电路都是围绕运放测试电路进行设计、选型的。为达到直观、清晰的要求，显示 界
31、面有必要的操作说明及选项设置，在测试过程中有输入、输出波形的显示。下面对各 模块的设计及芯片的选型作简要分析。 2.3.1 集成运放测试仪系统结构图 集成运放测试仪的结构框图如图 2-6 所示： 图 2-6 集成运放测试仪系统框图 单片机 （12c5a60s2） 键 盘彩屏显示 信号源模块 （AD9850） 运放芯片 测试电路 5V 电源 12V 电源 AD A D 北华航天工业学院毕业论文 9 2.3.2 集成运放测试仪各部分说明 集成运放测试电路采用同相比例运算放大电路，考虑到对带宽的测试，测试所需的 输入信号由信号源模块 AD9850 产生。待测运放输出的测试信号输入到单片机中进行数 据
32、处理，并将波形显示到 TFT 彩屏上。通过按键来切换不同的芯片测试模式。 1.集成运放测试电路 集成运放典型应用电路有反相比例运算放大电路、同相比例运算放大电路，加减运 算电路、微积分电路等，而反相比例和同相比例运算放大电路是其他运算放大电路的基 础。所以在运放测试电路上可以选择同相比例运算放大电路或反相运算放大电路。本测 试仪采用同相比例运算放大电路，使得测试电路变得简单。正负 12V 供电保证了输入测 试信号的宽电压范围。通过调节反馈电位器可以改变运放测试电路的放大倍数。由于三 种运放芯片的性能参数几乎相同，故三种测试芯片均采用相同的测试电路。另外经过对 不同型号运放的多次测试，发现运放在
33、闭环放大倍数为 20 倍时信号波形最佳。闭环放大 倍数大于 20 倍后，输出信号频率小于 10KHZ，否则就失真了。另一方面，由于输出信 号幅值必须小于 5V，这是单片机 AD 的限制，若运放放大倍数过大，必定要降低输入信 号的幅度，而当输入信号幅度过小时，单片机的 AD 又会有较大误差，严重的会造成信 号的错误检测。达不到单片机控制的目的。 2.信号源部分 方案一：采用软件编程方式产生正弦信号 这种方案的好处是外接硬件电路简单，成本低。但这种方案有一个瓶颈的地方，若 要产生高精度、平滑的正弦信号，必然要有很大的软件工作量，这必然会占用很大一部 分单片机的内存资源。另一方面单片机输出的信号波形
34、不稳定，容易受单片机晶振的影 响。 方案二：采用集成的 DDS 信号源模块 现在市场上销售的 AD9850 模块已经非常成熟。其性能优于一般信号源电路。信号 源模块能够输出正弦波和方波，2 个正弦波和 2 个方波。采用 70MHz 的低通滤波器，使 波形的 SN 比更好。且其价格不高。 本测试仪仅对信号源的两项指标有要求，一是输出信号频率，普通运放单位增益带 宽在 1M 左右。AD9850 模块输出的正弦信号的频率可达 10M，远远满足了普通运放的 要求；二是对信号幅度的要求，由于使用的是单片机内部自带 AD，其基准电压为 5V， 故运放的输出信号幅度要小于 5V,本测试仪的运放测试的放大倍数
35、为 20 倍。故输入信号 要小于 250mv，经测试，AD9850 输出 200mv，1kHZ 的正弦信号波形良好。 3.显示部分 方案一：采用 LCD1602 液晶显示模块 北华航天工业学院毕业论文 10 LCD1602 为工业字符型液晶，能够同时显示 16x02 即 32 个字符（16 列 2 行） 。 1602 液晶是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块，它有若干个 5X7 或者 5X10 等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。每位之间有一个 点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它 不能显示图形。其功耗低、体积小、超薄轻巧
36、，常用在袖珍式仪表和低功耗应用系统中。 但由于本测试仪要显示波形及汉字，所以此方案不可行。 方案二：采用 TFT LCD 彩屏模块 TFT LCD 彩屏模块接口简单，软件控制方便，其原理类似于点阵，不过功耗、效 果要远远优于点阵。一般较小的 TFT 彩屏像素点都在 128*160，所以其可以显示的字符 远远多于 LCD1602，而价格却相差不大。本测试仪采用 2.2 寸 TFT LCD 彩屏模块，控 制器为 HY-220，像素点为 220*175，显示设计两屏显示，第一屏是集成运放测试仪使 用说明及芯片选型，配合按键选择待测运放芯片型号，第二屏是选择特定型号的待测运 放后的测试界面，测试界面主
37、要包括输入、输出信号的波形、幅值，测试运放的放大倍 数及带宽。 4.按键功能设置 测试仪正面板共设计有 4 个按键及一个运放供电开关。为避免测试仪通电后运放输 出幅值电压损坏单片机 AD 端口，特设置了一个运放供电开关。当选择特定型号的测试 运放后方可打开运放供电开关。设置这一开关的好处是更换待测运放芯片时不用关闭测 试仪的电源，只需关闭运放供电电源。 四个按键分别为“选择” 、 “确定” 、 “Retest” 、 “Return” 。其的功能分别如 下： 选择 ： 用于选择待测运放型号； 确定 ： 选好测试芯片型号后按此键进行测试；若待测芯片正常，显示屏上会出现 输入输出两路波形，同时正常指
38、示灯（绿色）亮；若待测芯片异常， 显示屏上只有输入波形， 异常指示灯（红色）亮，同时蜂鸣器报警，此 时按任意键可停止报警。 Retest ：用于重复测试同一（或同一型号的）芯片， 注意：应待屏幕上出现带宽值后再按此键，否则无效！ Return ：用于返回主界面，当测试另一种型号芯片时需先切换到主界面，此键兼有 复位功能。 5.控制部分 主控制器 方案一：采用 STC89C52 单片机 STC89C52 是一种低功耗、高性能 8 位微控制器，具有以下标准功能： 8k 字节 Flash，512 字节 RAM， 32 位 I/O 口线，看门狗定时器，内置 4KB 北华航天工业学院毕业论文 11 EE
39、PROM，MAX810 复位电路，三个 16 位定时器/计数器，一个 6 向量 2 级中断结构， 全双工串行口。另外 STC89X52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电 模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。 掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机停止一切工作，直到下一 个中断或硬件复位为止。最高运作频率 35Mhz，6T/12T 可选。但其与信号源、键盘与显 示电路、A/D 转换电路的接口电路比较复杂，而且其内存过小，难以满足软件编程的要 求，故不采用此方案。 方案二：采用 STC12C5A60S2 单
40、片机 STC12C5A60S2/AD/PWM 系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片 机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代 8051 单片机，指令代码完全兼容传统 8051,但 速度快 8-12 倍。内部集成 MAX810 专用复位电路,2 路 PWM,8 路高速 10 位 A/D 转换 (250K/S), 内置 56K 字节片内 Flash 程序存储器，擦写次数 10 万次以上 ，1280 字节片 内 RAM 数据存储器，4 个 16 位定时器，兼容普通 8051 的定时器 T0/T1。该单片机内置 A/D 转换模块，在 32 个 I/O 口中，有 8 个端口可以作为模拟
41、量输入端口，且 AD 转换速 率比一般的 AD 转换芯片高，能满足对模拟信号输入的要求，简化外围电路设计，这样 就省去了 AD 芯片的选择，在电路设计与可靠性上都是一个优势；另外，该单片机的 RAM 资源大，能够满足数据存储空间的需要。故采用方案二。 以上是集成运放测试仪的总体设计方案及主要部分的说明。本方案的设计过程为： 首先，对测试运放主要性能参数作简要理论分析，确定可以测试的参数；然后，设计测 试仪整体方案，大致分为运放测试电路、信号产生电路、单片机控制部分、模数转换部 分、显示及输入部分。在确定各模块后，对各模块分别进行详细理论分析及实际电路测 试。测试顺序为信号产生电路、运放测试电路
42、、模数转换部分、显示部分、输入部分， 单片机作为控制核心贯穿于整个测试的始终。按照这样一种测试顺序进行的理由为：测 试运放性能作为这一设计的最终目的，要首先确定实际情况下运放参数的范围。整理好 性能参数测试数据后，通过理论分析，选取特定的频率及幅值作为运放测试电路的设定 值。之后才能开始信号源的测试工作，信号源模块输出信号的参数标准是从运放参数测 试结果中得来的。同时，信号源幅值的选取还受单片机 AD 幅值的限制，故要综合考虑 信号源输出的信号参数。在完成信号源及运放测试电路的测试后，接下来要调试显示了， 因为选取的显示屏为 TFT2.2 液晶屏，它的原理类似于点阵，任何字符、汉字的显示都 是
43、通过打点形成的。这一部分测试工作主要在软件。封装好各个函数模块后就可以进行 联调了。最后进行的是按键测试，这一部分主要也在软件，设计好按键分配及功能后就 可以进行软件调试了。进行完这一步，基本上所有的测试工作都完成了。下面的工作就 是外壳及安装设计。这项工作也非常重要，它与之前的电路焊接安装方式差别非常大， 所以需要耗费很多时间。完成了所有的测试调试工作后，要进行运放测试仪的终测，对 装配好的测试仪进行多次、长时间测试。确保测试仪的质量及安全。 北华航天工业学院毕业论文 12 P1.0/T2 1 P1.1/T2EX 2 P1.2/ECI 3 P1.3/CEX0 4 P1.4/CEX1 5 P1
44、.5/CEX2 6 P1.6/CEX3 7 P1.7/CEX4 8 RST 9 P3.0/RxD 10 P3.1/TxD 11 P3.2/INT0 12 P3.3/INT1 13 P3.4/T0 14 P3.5/T1 15 P3.6/WR 16 P3.7/RD 17 XTAL2 18 XTAL1 19 VSS 20 P2.0/A8 21 P2.1/A9 22 P2.2/A10 23 P2.3/A11 24 P2.4/A12 25 P2.5/A13 26 P2.6/A14 27 P2.7/A15 28 PSEN 29 ALE/PROG 30 EA/VPP 31 P0.7/AD7 32 P0.6/
45、AD6 33 P0.5/AD5 34 P0.4/AD4 35 P0.3/AD3 36 P0.2/AD2 37 P0.1/AD1 38 P0.0/AD0 39 VCC 40 U1 STC12C5A60S2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 P6VCC P00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07 P14 P15 P16 P17 12 Y1 30pF C3 30pF C5 1K R17 10K R15 22uF C4 S17 VCC VCC 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 P8 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 P9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
46、P11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 P10 VCC VCC VCC RST P2上上上 P1上上上 P0上上上 上上上上 P3上上上 P30 P31 P32 P33 P34 P35 P36 P37 P20 P21 P22 P23 P24 P25 P26 P27 AD0 AD1 AD2 AD3 第第 3 章章 集成运放测试仪硬件设计集成运放测试仪硬件设计 集成运放测试仪的硬件按照上一章的系统框图进行设计，主要包括单片机控制部分、 输入及显示部分、信号源部分、运放测试部分和供电部分。下面分别对各硬件模块做详 细介绍。 3.1 单片机控制部分 单片机控制部分电路图如图 3-1 所示：
47、图 3-1 单片机控制部分原理图 这一部分主要是单片机最小系统及必要的接口设计。这样设计的目的一是单片机最 小系统是一个成熟的电路，不需要做太多改动，二是外围的接口是考虑到最后安装时需 要用排线连接不能做在一块电路板上的模块。这一部分充分利用了 STC12C5A60S2 单片 机的 RAM 资源与片内 AD 资源。 STC12C5A60AD/S2 系列带 A/D 转换的单片机的 A/D 转换口在 P1 口(P1.7-P1.0)，有 8 路 10 位高速 A/D 转换器,速度可达到 250KHz(25 万次/ 秒)。8 路电压输入型 A/D，可 做温度检测、电池电压检测、按键扫描、频谱检测等。上
48、电复位后 P1 口为弱上拉型 I/O 口，用户可以通过软件设置将 8 路中的任何一路设置为 A/D 转换。单片机的这一功能恰 好能够满足对运放输入输出测试信号检测的要求。 北华航天工业学院毕业论文 13 单片机选用宏晶公司的 STC12C5A60S2 单片机，其性能指标如下： 1) 增强型 8051 CPU，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统 8051 2) 工作电压：STC12C5A60S2 系列工作电压：5.5V- 3.3V（5V 单片机） 3) 工作频率范围：0 - 35MHz，相当于普通 8051 的 0420MHz 4) 用户应用程序空间 60K 字节 5) 片上集成 1280
49、字节 RAM 6) 通用 I/O 口（32 个） ，复位后为：准双向口/弱上拉（普通 8051 传统 I/O 口） ，可设置 成四种模式：准双向口/弱上拉，推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏，每个 I/O 口驱 动能力均可达到 20mA，但整个芯片最大不要超过 100mA 7) ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程） ，无需专用编程器，无需专用仿真器，可 通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片 8) 时钟源：外部高精度晶体/时钟，内部 R/C 振荡器(温漂为+/-5%到+/-10%以内) ，用户 在下载用户程序时，可选择是使用内部 R/C 振荡器还是外部晶体/时钟。常温下内部 R/C 振荡器频率为：5.0V 单片机为：11MHz15.5MHz。精度要求不高时，可选择使 用内部时钟，但因为有制造误差和温漂，以实际测试为准 9) 共 4 个 16 位定时器。两个与传统 8051 兼容的定时器/计数器,16 位定时器 T0 和 T1， 没有定时器 2，但有独立波特率发生器 10) 2 个时钟输出口，可由 T0 的溢出在 P3