定时器的应用及其仿真

1、电子电路设计实践设计题目：定时器的应用及其仿真系别：电气工程学院专业:电子信息工程班级： 2010级2班 姓名：学号： 201050182 指导教师： 时间：2012年12月15日绥化学院电气工程学院1设计要求该集成运放综合参数测试仪是以凌阳公司 SPCE061A单片机为控制核心，由 检测电路、信号源、自动测试控制电路、键盘和LED显示器等组成。它能对LM741 及与之引脚兼容的其他集成运放（例如卩A741、F007、F741）的基本参数UIOIIO、AVD KCM!及BW（进行测试和数字显示，并具有语音播报、自动打印功能。 利用DDS芯片AD9835产生40kHz4MHz扫频信号以及测试仪中

2、的5Hz信号。程 序设计采用C语言与汇编语言相结合的方式，在 unSPIDE 1.16.1软件环境中编 程实现。2总体方案设计与选择2.1主控制器的方案选择方案一：采用89C51单片机。89C51I/O端口较少，与微型打印机、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；若需要语音功能，还需增 加专门的语音芯片，外围电路比较烦琐。方案二：采用凌阳SPCE061A单片机。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量输入端口 （其中1路为音频信号输入口）， 能满足对模拟信号输入的要求，简化外围电路设计；具有两路DAC 14个中断源 等丰富的硬件资源；

3、其集成开发环境中还配有语音播放函数，实现语音播放功能极为简单。另外，该芯片内置了在线仿真、编程接口，可方便地实现在线调试。 经过比较后采用方案二。2.2 信号源的方案选择根据题目要求，测试用的信号源应输出 5Hz、有效值为4V的正弦波信号， 频率与电压误差绝对值均小于1%要求扫频信号源输出频率范围是 40kHz 4MHz频率误差绝对值小于1%输出电压的有效值为2V 0.2V。方案一：利用单片集成的函数发生器 MAX03旳产生正弦波、方波、三角波， 通过调整外部元件可改变输出频率。 但采用该芯片，其参数与外部元件相关，在 外接电阻、电容等的影响下，产生的频率信号稳定度差、精度低，且低频信号失真较

4、大。由于其采用模拟控制方式，如果要实现扫频信号输出，不但需要加高精 度D/A转换电路，而且由于频率变化范围宽，还需要增加量程切换电路和相应控 制电路和软件；步长精度难以保证；制作成本较高。方案二：采用直接数字频率合成（DDS Direct Digital FrequenSynthesizer ） 技术。DDS技术是根据奈奎斯特（Nyquist ）抽样定律及数字处理技术，把事先 对模拟周期信号抽样得到的一系列数字信号存入存储器中，再通过DAC转换成模 拟信号来完成频率合成的。由于DDS采用全数字方式实现频率合成，直接对参考 正弦波时钟进行抽样和数字化，然后通过数字计算技术进行频率合成，因此具有模

5、拟频率合成技术无法比拟的优点。DDS不仅频率转换速率快、频率分辨率高、 相位噪声低、输出相位可连续变化，而且易编程，体积小、功耗低。DDS直接频率合成器件的诸多优点使其逐渐成为未来信号源发展方向。方案拟采用DDS专用 集成芯片AD9835它的串行控制方式，使电路简单、编程方便；内部有一个32位相位累加器，用于存放频率控制字，可实现1Hz的频率调节。综上所述，采用DDS专用芯片不仅可实现精密正弦信号发生器的优化设计，而且给调试工作带来极大的方便，经反复论证，本设计采用方案二3集成运算放大器简易测试仪的设计本系统框图如图1所示。系统以SPCE061为控制核心，外接键盘与显示模 块、单位增益带宽测试

6、电路、运放参数测试电路、由AD9835勾成的DDS言号源以及打印机等。系统硬件连接图如图 2。图1集成运放综合参数测试仪的系统框图图2系统硬件连接图3.1电路设计1、单片机系统设计采用凌阳公司的单片机开发系统-SPCE061A精简开发板（61板）。61板上 集成了基本的外围电路，并引出了必要的一些口例如I/O 口，电源插口等，可以 很方便地和其他模块连接。LED显示器采用串行工作方式，8片74HC595型高速COM串/并行输出芯片 工作在静态显示模式。2、运放参数测试电路输入失调电压、失调电流等参数的测试原理如图3所示。图3运放参数测试电路原理图（1）输入失调电压UIO由于运放电路参数的不对称

7、，使得两个输入端都接地时输出电压不为零， 称 之为放大器的失调。为使输出电压回到零点，必须在输入端加一个纠偏电压来补 偿这种失调，这个纠偏电压就叫运算放大器的输入失调电压UIO。因此，UIO的定义为使输出电压为零时，在两个输入端之间加的直流补偿电压。 输入失调电压 的测量原理如图3所示，此时应将S1、S2闭合，将S3 S4均拨到左边位置（接 地）。通常Ri值不超过100Q，因此RfRi。这时若测得辅助运放 A的输出电 压为ULO禾I用题目要求的公式即可推算出输入端的失调电压。（2）输入失调电流IIOIIO的定义为补偿失调电压后，使输出电压为零时，流入运算放大器两输入 端的电流差值。测试原理仍用

8、图 3,将S3 S4均拨到左边位置。测试分两步进 行：第一步是将S1、S2闭合，测得输出电压为ULO这时的电路与测试输入失 调电压完全相同。第二步是将 S1、S2都断开，此时运放的两个输入端上除失调 电压UIO之外，还有输入电流在电阻上所产生的电压， 只要测得辅助运放的输出 电压为UL1，利用题目要求的公式即可根据公式计算出输入失调电流值。（3）交流差模开环电压增益AVO开环电压增益是指放大器在无反馈时的差模电压增益，其数值等于输出电压的变化量 Uo与输入电压的变化量 UI之比。由于Avo很大，输入信号很小， 而且输入电压与输出电压之间还存在相位差， 很容易引起较大的测试误差，因此 在测试开环

9、电压增益时都采用交流开环、直流闭环的方法。测试原理如图3所示， 应将S3拨到左边位置，S4拨到右边位置，将S1、S2均断开。设信号源输出电 压为US测得辅助运放输出电压为UL0,利用题目要求的公式即可用公式计算交 流差模开环电压增益。（4）交流共模抑制比KCMR共模抑制比（KCMR定义为差模电压增益AVD与共模电压增益AVC之比，即KCMR I AVD/AVC。KCMR勺大小不仅与频率有关，还与输入信号大小和波形有 关，因此测量频率不宜太高，信号不宜过大。其测试原理如图3所示，将S3拨到右边位置，S4拨到左边位置，将S1、S2均断开。设信号源输出电压为 US测 得辅助运放输出电压为ULO,禾U

10、用题目要求的公式即可算出交流共模抑制比。3、DDS信号源DDS言号源由相位累加器、余弦存储器（即余弦 ROM表）、数/模转换器等 组成，其框图如图4所示。参考时钟由一个高稳定度的50MHz晶体振荡器来产生， 用它来同步整个合成器的各个组成部分。图4DDS信号源的框图DDS芯片AD9835的典型应用电路如图5所示。单片机与AD9835串行连接时, 三个端口（ IOA1I0A3）分别作为时钟端、数据输入端和片选端，由单片机向 AD9835写入控制字和数据，最终实现产生正弦信号的目的。3vai图5AD9835的典型应用电路4、单位增益带宽测试电路运放的单位增益带宽（BWG是使开环增益Aod下降到零分

11、贝（亦即Aod= 1, 运放失去电压放大能力）时的信号频率。单位增益带宽测试电路由待测运放和电 压比较器这两部分电路组成，如图 6所示。其中VD1 C1、R1与VD2 C2 R2 组成两个峰值检波电路。由DDS产生的正弦信号UIN经过被测运放进行放大，形 成信号UC运放的增益是随信号的频率变化而变化的，即输入信号的频率越低， 其增益越高。UIN的频率较低时UC的值比UIN高很多，UIN与UC经过峰值检波、 比较器比较之后，使输出端为低电平。随着输入信号频率的升高，运放的增益逐 渐减小，UC的幅值也随之减小，当Aod下降到零分贝时，比较器的两个输入信 号UA= UB比较器就输出一个电压正跳变，经

12、过稳压管稳压后在输出端形成一个+5V的高电平，送至单片机，此时的频率即为被测运放的单位增益带宽。由于 集成运放的Aod比较大，为便于测试，应当给被测运放引入适当的负反馈。3.2软件设计图6单位增益带宽测试电路测试说明 4.1 UIO、110、AVD KCM的测试方法从电路中引出一条模拟信号输出线（即辅助运放输出端）与SPCE061的 IOA0 端口相连，将模拟信号转换成所需要的数字信号。 具体方法如下：对输入的低频 模拟信号进行1kHz的采样，每500个抽样点为一组，每两个相邻抽样点之间进 行信号跳变处理，取完五百个抽样点进行比较，取该组中最大值存于数组中，这 样连续取16组，并取数组中数据的

13、平均值。即可得到辅助运放输出端电压的峰- 峰值。然后利用题目要求中的公式即可计算出输入失调电压、输入失调电流、交流差模开环电压增益、交流共模抑制比等参数值。4.2 测试数据测试UIO IIO、AVD KCMR勺数据见表1。测量值与标准值的误差比较见表 2,这里的标准值是由专用集成运放测试仪测得的。表1测试UIO、II0、AVD KCMR勺数据次数测量值计算值U L0 /VU LI /VU L0 /VU L0 /VU IO /mVI I0 /nAA VD/dBK CMR /dB10.6232.220.6021420.5231.332106.098.520.6282.310.6141.410.52

14、21.301105.898.630.6242.310.6201.490.5201.322105.798.140.6362.180.6101.480.5231.299105.998.250.6212.140.6181.440.5241.298105.898.4表2测量值与标准值的比较测试芯片测量值标准值误差U IO /mV0.5220.513+1.76%I I0 /nA1.3081.298+0.77%A VD /dB105.8104.1+ 1.7 dBK CMR /dB98.499.81.4 dB信号源的输出频率范围及输出电压有效值见表3表3信号源的输出标准频率/Hz实测频率/Hz误差/ (%有

15、效值/V10.9990.012.110099.90.12.11k0.994k0.62.010k9.98k0.22.0100k100 k01.81M1M01.94M4M01.8增益带宽的测量数据见表4。表4增益带宽的测量数据标准值/ MHz次数测量值/ MHz11.4011.40121.40231.4025 总结(1) 该集成运放参数测试仪能对 UIO 110、AVD KCMR四项基本参数进 行准确测试。其中UI0的测试范围是040mV误差绝对值小于2% II0的测 试范围是04卩A,误差绝对值小于2% AVD的测试范围是60120dB,误差 绝对值小于3dB。KCMR勺测试范围是60120dB,误差绝对值小于3dB。(2) DDS言号源能输出频率为5Hz、有效值为4V的正弦信号，误差绝对值满足小于1%勺设计要求。扫描信号源的频率输出范围是1Hz5MHz频率误差小于0.8%。输出电压有效值为2V 0.2V。用示波器观察输出波形无明显失 真。(3) 测量单位增益带宽的范围是 100kHz5MHz测量时间小于10s，频率 分辨率