基于STM32單片機(jī)的簡(jiǎn)易電路特性測(cè)試儀

李申，陳康寧，汪帥，李寒，賈巍(通訊作者)

（湖北文理學(xué)院汽車與交通工程學(xué)院，湖北襄陽，441053）

0 引言

本測(cè)試儀對(duì)一般三極管放大電路具有輸入、輸出阻抗測(cè)量、幅頻特性曲線顯示、故障位置判斷及故障原因顯示的功能。同時(shí)兼具制作成本低，測(cè)量精度高，簡(jiǎn)單易上手的特性。對(duì)于剛接觸模擬電路、三極管放大電路的同學(xué)來說是一個(gè)很好的學(xué)習(xí)工具。

1 總體設(shè)計(jì)方案

系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖，如圖1所示。經(jīng)DDS信號(hào)發(fā)生器模塊產(chǎn)生一定頻率、幅值的正弦波信號(hào)，由于三極管放大電路的放大倍數(shù)較大，若輸入信號(hào)過大則會(huì)產(chǎn)生失真，需要經(jīng)過信號(hào)調(diào)理網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行衰減，之后在三極管放大電路的輸入端進(jìn)行ADC檢測(cè)，從而可以檢測(cè)輸入電阻。在放大電路的輸出端，由于輸出信號(hào)幅值較大，超過單片機(jī)ADC檢測(cè)限度，故信號(hào)需調(diào)理后進(jìn)行采集，同時(shí)通過控制繼電器吸合控制負(fù)載電阻的通斷，進(jìn)行輸出電阻的測(cè)量。兩個(gè)ADC檢測(cè)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)，經(jīng)單片機(jī)數(shù)據(jù)運(yùn)行處理后，在TFT屏幕上顯示出三極管放大電路的輸入、輸出阻抗，幅頻特性曲線以及電路故障的原因。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

■2.1 輸入信號(hào)調(diào)理網(wǎng)絡(luò)

為了滿足三極管放大電路最大不失真的要求，經(jīng)過信號(hào)輸入測(cè)試，應(yīng)滿足輸入信號(hào)小于60mv。由于DDS正弦波輸出模塊輸出的正弦波為一定值556mV，故需要進(jìn)行信號(hào)衰減。如圖2所示，信號(hào)衰減網(wǎng)絡(luò)包括純電阻分壓衰減和電壓跟隨兩部分。電壓跟隨器起到穩(wěn)定隔離的作用，保證DDS正弦波輸出模塊的穩(wěn)定。

圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

圖2 純電阻分壓網(wǎng)絡(luò)電路圖

■2.2 繼電器開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路

如圖3所示，繼電器開關(guān)用9013三極管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，通過單片機(jī)進(jìn)行控制。從而實(shí)現(xiàn)三極管放大電路輸出端并聯(lián)電阻的通斷控制。

圖3 繼電器開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路圖

■2.3 輸出端信號(hào)調(diào)理網(wǎng)絡(luò)

由于三極管的放大倍數(shù)較大，其輸出端幅值達(dá)到6.8V，而單片機(jī)的采樣幅度要求需要在3.3V以內(nèi)，所以需要經(jīng)過信號(hào)調(diào)理。由于測(cè)量輸出電阻需要給三極管放大電路并聯(lián)一阻值已知的負(fù)載電阻，故在設(shè)計(jì)信號(hào)調(diào)理網(wǎng)絡(luò)時(shí)，在其前端加一電壓跟隨器進(jìn)行隔離，便于輸出電阻的測(cè)量。但對(duì)于ADC檢測(cè)部分，為了維持電路的穩(wěn)定，同樣需要接入一電壓跟隨器，如圖4所示。

圖4 輸出端信號(hào)衰減網(wǎng)絡(luò)電路圖

■2.4 三極管放大電路

待測(cè)三極管放大電路如圖5所示，電路特性測(cè)試儀旨在測(cè)量該放大電路的特性，進(jìn)而判斷該放大電路由于元器件變化而引起故障或變化的原因。

圖5 三極管放大電路圖

■2.5 DDS信號(hào)發(fā)生器模塊

信號(hào)發(fā)生器模塊采用AD9834低功耗、可編程波形發(fā)生器，能夠產(chǎn)生高性能正弦波輸出。信號(hào)發(fā)生器模塊通過STM32單片機(jī)進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)輸出一定頻率的正弦波信號(hào)，如圖6所示。

圖6 單片機(jī)主控電路引腳接線圖

■2.6 STM32單片機(jī)主控模塊

測(cè)試儀采用STM32F103ZET6單片機(jī)作為主控模塊。該款單片機(jī)具有三個(gè)ADC能夠滿足設(shè)計(jì)所需的兩個(gè)ADC檢測(cè)口，同時(shí)具有512K flash、64K sram具有較高的數(shù)據(jù)處理運(yùn)算能力。本設(shè)計(jì)中單片機(jī)的主要接口如圖6所示。

■2.7 電源

電源由變壓部分、濾波部分、穩(wěn)壓部分組成。為整個(gè)系統(tǒng)提供±5V或者±12V電壓，確保電路的正常穩(wěn)定工作。這部分電路比較簡(jiǎn)單，都采用三端穩(wěn)壓管實(shí)現(xiàn)，故不作詳述。

3 軟件程序設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)通過STM32F103最小系統(tǒng)板開發(fā)設(shè)計(jì)程序，通過程序設(shè)計(jì)需要完成輸入阻抗測(cè)量、輸出阻抗測(cè)量、幅頻特性曲線顯示，當(dāng)自動(dòng)檢測(cè)按鍵按下時(shí)，能夠自動(dòng)檢測(cè)電路故障并顯示故障點(diǎn)及原因。程序包括兩個(gè)部分，主程序完成對(duì)DDS模塊的控制，實(shí)現(xiàn)不同正弦波信號(hào)的輸入，同時(shí)判斷不同的按鍵按下，執(zhí)行相應(yīng)的功能。按鍵1實(shí)現(xiàn)輸入阻抗測(cè)量，按鍵2實(shí)現(xiàn)輸出阻抗測(cè)量，按鍵3實(shí)現(xiàn)三極管幅頻特性曲線顯示，按鍵4實(shí)現(xiàn)電路故障原因顯示。子程序完成ADC檢測(cè)的數(shù)據(jù)獲取，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，返回結(jié)果。主程序流程圖和子程序流程圖如圖7、圖8所示。

4 結(jié)語

本設(shè)計(jì)制作了一種基于STM32單片機(jī)的簡(jiǎn)易電路特性測(cè)試儀。經(jīng)最后測(cè)試，本系統(tǒng)能很好地完成對(duì)被檢測(cè)三極管放大電路的輸入阻抗，輸出阻抗等的測(cè)量以及較為精確的在屏幕上顯示三極管放大電路的幅頻特性曲線。

圖7 主程序流程圖

圖8 子程序流程圖