基于STM32單片機的簡易電路特性測試儀

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

本測試儀對一般三極管放大電路具有輸入、輸出阻抗測量、幅頻特性曲線顯示、故障位置判斷及故障原因顯示的功能。同時兼具制作成本低，測量精度高，簡單易上手的特性。對于剛接觸模擬電路、三極管放大電路的同學(xué)來說是一個很好的學(xué)習(xí)工具。

1 總體設(shè)計方案

系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖，如圖1所示。經(jīng)DDS信號發(fā)生器模塊產(chǎn)生一定頻率、幅值的正弦波信號，由于三極管放大電路的放大倍數(shù)較大，若輸入信號過大則會產(chǎn)生失真，需要經(jīng)過信號調(diào)理網(wǎng)絡(luò)進行衰減，之后在三極管放大電路的輸入端進行ADC檢測，從而可以檢測輸入電阻。在放大電路的輸出端，由于輸出信號幅值較大，超過單片機ADC檢測限度，故信號需調(diào)理后進行采集，同時通過控制繼電器吸合控制負載電阻的通斷，進行輸出電阻的測量。兩個ADC檢測點采集數(shù)據(jù)，經(jīng)單片機數(shù)據(jù)運行處理后，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

■2.1 輸入信號調(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)過信號輸入測試，應(yīng)滿足輸入信號小于60mv。由于DDS正弦波輸出模塊輸出的正弦波為一定值556mV，故需要進行信號衰減。如圖2所示，信號衰減網(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)動電路

如圖3所示，繼電器開關(guān)用9013三極管進行驅(qū)動，通過單片機進行控制。從而實現(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)動電路圖

■2.3 輸出端信號調(diào)理網(wǎng)絡(luò)

由于三極管的放大倍數(shù)較大，其輸出端幅值達到6.8V，而單片機的采樣幅度要求需要在3.3V以內(nèi)，所以需要經(jīng)過信號調(diào)理。由于測量輸出電阻需要給三極管放大電路并聯(lián)一阻值已知的負載電阻，故在設(shè)計信號調(diào)理網(wǎng)絡(luò)時，在其前端加一電壓跟隨器進行隔離，便于輸出電阻的測量。但對于ADC檢測部分，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 輸出端信號衰減網(wǎng)絡(luò)電路圖

■2.4 三極管放大電路

待測三極管放大電路如圖5所示，電路特性測試儀旨在測量該放大電路的特性，進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信號發(fā)生器模塊

信號發(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。信號發(fā)生器模塊通過STM32單片機進行控制，以實現(xiàn)輸出一定頻率的正弦波信號，如圖6所示。

圖6 單片機主控電路引腳接線圖

■2.6 STM32單片機主控模塊

測試儀采用STM32F103ZET6單片機作為主控模塊。該款單片機具有三個ADC能夠滿足設(shè)計所需的兩個ADC檢測口，同時具有512K flash、64K sram具有較高的數(shù)據(jù)處理運算能力。本設(shè)計中單片機的主要接口如圖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。這部分電路比較簡單，都采用三端穩(wěn)壓管實現(xiàn)，故不作詳述。

3 軟件程序設(shè)計

本系統(tǒng)通過STM32F103最小系統(tǒng)板開發(fā)設(shè)計程序，通過程序設(shè)計需要完成輸入阻抗測量、輸出阻抗測量、幅頻特性曲線顯示，當(dāng)自動檢測按鍵按下時，能夠自動檢測電路故障并顯示故障點及原因。程序包括兩個部分，主程序完成對DDS模塊的控制，實現(xiàn)不同正弦波信號的輸入，同時判斷不同的按鍵按下，執(zhí)行相應(yīng)的功能。按鍵1實現(xiàn)輸入阻抗測量，按鍵2實現(xiàn)輸出阻抗測量，按鍵3實現(xiàn)三極管幅頻特性曲線顯示，按鍵4實現(xiàn)電路故障原因顯示。子程序完成ADC檢測的數(shù)據(jù)獲取，并進行數(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)計制作了一種基于STM32單片機的簡易電路特性測試儀。經(jīng)最后測試，本系統(tǒng)能很好地完成對被檢測三極管放大電路的輸入阻抗，輸出阻抗等的測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