基于STM32单片机的简易电路特性测试仪

2021-06-17李申陈康宁汪帅李寒贾巍通讯作者

电子制作 2021年11期

关键词：三极管测试仪单片机

李申，陈康宁，汪帅，李寒，贾巍(通讯作者)

（湖北文理学院汽车与交通工程学院，湖北襄阳，441053）

0 引言

本测试仪对一般三极管放大电路具有输入、输出阻抗测量、幅频特性曲线显示、故障位置判断及故障原因显示的功能。同时兼具制作成本低，测量精度高，简单易上手的特性。对于刚接触模拟电路、三极管放大电路的同学来说是一个很好的学习工具。

1 总体设计方案

系统硬件结构框图，如图1所示。经DDS信号发生器模块产生一定频率、幅值的正弦波信号，由于三极管放大电路的放大倍数较大，若输入信号过大则会产生失真，需要经过信号调理网络进行衰减，之后在三极管放大电路的输入端进行ADC检测，从而可以检测输入电阻。在放大电路的输出端，由于输出信号幅值较大，超过单片机ADC检测限度，故信号需调理后进行采集，同时通过控制继电器吸合控制负载电阻的通断，进行输出电阻的测量。两个ADC检测点采集数据，经单片机数据运行处理后，在TFT屏幕上显示出三极管放大电路的输入、输出阻抗，幅频特性曲线以及电路故障的原因。

2 硬件电路设计

■2.1 输入信号调理网络

为了满足三极管放大电路最大不失真的要求，经过信号输入测试，应满足输入信号小于60mv。由于DDS正弦波输出模块输出的正弦波为一定值556mV，故需要进行信号衰减。如图2所示，信号衰减网络包括纯电阻分压衰减和电压跟随两部分。电压跟随器起到稳定隔离的作用，保证DDS正弦波输出模块的稳定。

图1 系统硬件结构框图

图2 纯电阻分压网络电路图

■2.2 继电器开关驱动电路

如图3所示，继电器开关用9013三极管进行驱动，通过单片机进行控制。从而实现三极管放大电路输出端并联电阻的通断控制。

图3 继电器开关驱动电路图

■2.3 输出端信号调理网络

由于三极管的放大倍数较大，其输出端幅值达到6.8V，而单片机的采样幅度要求需要在3.3V以内，所以需要经过信号调理。由于测量输出电阻需要给三极管放大电路并联一阻值已知的负载电阻，故在设计信号调理网络时，在其前端加一电压跟随器进行隔离，便于输出电阻的测量。但对于ADC检测部分，为了维持电路的稳定，同样需要接入一电压跟随器，如图4所示。

图4 输出端信号衰减网络电路图

■2.4 三极管放大电路

待测三极管放大电路如图5所示，电路特性测试仪旨在测量该放大电路的特性，进而判断该放大电路由于元器件变化而引起故障或变化的原因。

图5 三极管放大电路图

■2.5 DDS信号发生器模块

信号发生器模块采用AD9834低功耗、可编程波形发生器，能够产生高性能正弦波输出。信号发生器模块通过STM32单片机进行控制，以实现输出一定频率的正弦波信号，如图6所示。

图6 单片机主控电路引脚接线图

■2.6 STM32单片机主控模块

测试仪采用STM32F103ZET6单片机作为主控模块。该款单片机具有三个ADC能够满足设计所需的两个ADC检测口，同时具有512K flash、64K sram具有较高的数据处理运算能力。本设计中单片机的主要接口如图6所示。

■2.7 电源

电源由变压部分、滤波部分、稳压部分组成。为整个系统提供±5V或者±12V电压，确保电路的正常稳定工作。这部分电路比较简单，都采用三端稳压管实现，故不作详述。

3 软件程序设计

本系统通过STM32F103最小系统板开发设计程序，通过程序设计需要完成输入阻抗测量、输出阻抗测量、幅频特性曲线显示，当自动检测按键按下时，能够自动检测电路故障并显示故障点及原因。程序包括两个部分，主程序完成对DDS模块的控制，实现不同正弦波信号的输入，同时判断不同的按键按下，执行相应的功能。按键1实现输入阻抗测量，按键2实现输出阻抗测量，按键3实现三极管幅频特性曲线显示，按键4实现电路故障原因显示。子程序完成ADC检测的数据获取，并进行数据分析，返回结果。主程序流程图和子程序流程图如图7、图8所示。