2019年全国大学生电子设计竞赛试题 设计报告
简易电路特性测试仪（D 题）
摘要 本设计分析了已知放大电路的数据处理和故障判断，并显示了结果和原因。系统以STM32F407是主控器，由STM32F407内部的AD/DA由转换模块组成的正弦扫频信号发生器通过TL064同向放大产生的信号，跟随稳定的信号，实时测量被测放大电路。其测量结果发送至JLX通过按钮与单片机系统交互，177液晶显示电路可以显示不同状态下的故障判断结果。AMS117稳压管满足全电路3.3V和5.0V电压需求。
关键词：电路特性测试： STM32F407 TL064 AD/DA转换
1 方案论证
本设计主要由控制系统、信号发生模块、键盘显示模块和电源模块组成。
1.1 单片机控制模块方案
方案1：以最常见的单片机8051为主控芯片，其主频范围为11~32MHz同时有32个可选范围I/O口，价格合适。 方案二:采用STM32F407最小系统，性能高32位RISC工作频率为72MHz，内置高速存储器，丰富的增强I/O两个端口和连接APB总线外设。包括2个12位ADC、三个通用16位定时器。供电电压为2.0V至3.6V一系列省电模式保证了低功耗应用的要求。 综合比较，本设计最终选择功能更强大的方案2。
1.2 模块方案发生正弦信号
方案一：采用直接数字式频率合成(DDS)。DDS带宽很宽，频率转换时间很短(小于20μs)， 高频分辨率高，全数字结构易于集成，但外围电路复杂，噪声杂散。 方案二:采用STM32F407内部AD/DA转换模块。最高168M主频带。内存较大，1024K的 FLASH和192K 的SRAM。时钟系统4强大~26M外部高速晶振，内部16MHz的高速RC振荡器内部锁相环，频率转换时间极短。三个12位AD， 2个12位DA。 选择方案二作为正弦波扫频信号发生器的核心，实现高速、高精度、高稳定性的正弦信号输出。
1.3 按键显示模块方案
方案1:12864LCD结合矩阵键盘。它是一种常用的单色图形液晶显示器，可以完成图形显示或8×或164个汉字×4个ASCII码。 方案二:采用JXL177-00608LCD结合独立按键。JXL177-00608LCD它是一种彩色图形液晶显示器。它有160×128个点阵，160列信号和驱动IC相连，128 个行信号也与驱动IC连接。低压低功耗是其显著特点。 综合比较，JXL177功能更强大，价格合适。独立按钮节省资源，因此采用方案2。
1.4 系统总体方案及框图
本设计方案总结如下：STM以32为主控板JXL177-00608LCD与独立按钮相互作用AD/DA扫频转换模块。
图1. 1 系统总体框图
2 原理分析与计算
2.1 测量理论
2.3 增加电容分析
3 硬件电路设计
3.1 电路特性测试电路
如图3.1.电路特性测试包括两个过程。一是输入电阻的测量：STM32提供的信号源和J接口连接到被测放大电路的输入端，与输入电阻形成串联电路。通过在电阻R两端连接的电阻R20、R输入电阻值在21之间获得电压差。这里，当输入为直流时TL064是同向放大的跟随器。二是输出电阻值的测量：J与放大电路的输出端连接，输入最小系统，与系统内部电压形成串联电路，R26为负载电阻(2.7）得到输出电阻。
图3. 1 电路特性测试电路
3.2 JLX177液晶显示电路
如图3.2.供电电路为JLX177提供3.3V为满足其工作电压要求，电路保护采用限流电阻。其功能引脚和STM32交互。
图3. 2 液晶显示电路
3.3 声光报警电路
如图3.三、声光报警指示电路由PNP三极管驱动蜂鸣器及发光二极管实现。单片机I当单片机时，0口控制三极管的基极I当0口输出为低电时，三极管导通，蜂鸣器正极与电源连接，蜂鸣器发出报警声，指示灯亮；当单片机I当0口输出高电时，三极管停止，蜂鸣器停止报警指示灯熄灭。
图3. 3 声光报警电路
3.4 供电电路
如图3.4所示：AMS117系列稳压器设计A输出电流和工作压差低至1V。工作电压有多种类型，本设计选择3.3V与5V两个电压。最大输出电流时，AMS1117装置的最小压差不得超过1.3V，并随着负载电流的减少而逐渐减少。
图3. 4 电源电路
4 程序设计
如图4所示.1.显示后，程序开始执行。主要包括两个功能：一是电量测量显示；二是判断电路故障。
图4. 1 程序流程图
5 系统测试
图5. 1 测试方法
5.2 测试结果与分析
（1）输入输出电阻、放大器增益测试结果如表5.2所示：
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