基于STM32的电路特性检测仪.pdfVIP

基于STM32的电路特性检测仪

本文介绍了一种基于STM32F407核心板的电路特性检测仪，主要针对以

BJT、FET和运放为核心的简单电路。设计以DDS信号发生器作为信号源，可

产生1kH的正弦波信号;以电压跟随、差分放大电路以及峰值检测电路组成输入

检测电路，以电压跟随、峰值检测电路、RC低通滤波、运放输出、开关电路组

成输出测试电路;以STM32F407作为系统控制和数据处理的核心，并控制信号发

生器产生源信号，同时对测试电路产生的电路特性进行检测和处理得到被检测电

路特性数据值。此检测仪可较精准地检测出电路的各项数据。

标签：STM32F407单片机;DDS信号发生器;自制PCB检测电路;电阻分压法

在电路设计过程中，电路检测仪是必不可少的，它不仅可以测量电路的各项

参数，还可以检测电路的故障。但其中适用于学生的、低成本的，且是针对BJT、

FET和运放的电路特性测试仪还是比较少的。本设计则在满足上述条件的同时，

又保证了低成本——选用NE5532、LMD358和AD620等低成本芯片，还通过优

化电路使得测量的结果达到较高的精度，且同时兼备操作方便、检测结果直观明

了的优点。

一、检测仪的硬件组成及原理

检测仪主要由控制部分和外围电路两部分组成。控制部分的核心是

STM32F407控制板，外围电路由DDS函数信号发生器、输入检测电路、输出检

测电路和输出显示屏组成。外围电路的主要功能是得到输入、输出电阻和增益的

数据信息并传给控制中心，控制部分的主要功能是收集和处理信息得到具体数据

值，分析被测电路的变化和故障，最后将数据和分析结果显示在LCD屏上。

（一）硬件电路的第一部分为输入测试电路。输入测试电路由一个可变电阻

Rg和测量电路并联组成。采用电阻分压法，将测试电路与待测电路串联后，测

试电路可得Rg两端电压，通过AD620进行差分放大，增益为G=49.4/KΩ/Rg+1，

再将放大后的信号通过峰值检测电路转换成直流输出，可得到所需电压Vg。令

输入为Vs，被测电路实际输入为Vi，测量电路分压为Vg，输入电阻具体计算公

式如下：Ri=Rg（Vs/Vg-1）。

（二）硬件电路的第二部分为输出测试电路。输出测试电路由直流测量和交

流测量两大回路组成。直流测量端可得到无负载下的输出电压，先通过电压跟随

器保证输入电压和输出电压是相同的，再经过4级RC无源滤波滤除，有效滤除

交流分量，最后经过5倍的衰减得到Vdc，Vdc=Vpp/5（Vpp是待测电路的输出

电压直流分量）。交流测量端可得到有负载下的输出电压，先经过电压跟随器，

再通过交直流转换电路得到Vac，Vac=Vpp/2。根据电路原理相关公式可求得两

种情况下的Re，由输出电阻和负载是并联的可求得Ro，由已知条件也可求得电

压增益Vo。

二、硬件设计的的元件选择

信号源选择以AD9854为核心的DDS信号发生器，精度高、功耗低，可产

生1kHz的正弦波和方波。输入、输出测试电路中，采用NE5532和LM358D作

为电压跟随器的核心，使用以AD620为核心的差分放大电路G=49.4/KΩ/Rg+1

和LM358D的放大电路进行信号的放大，使用无源滤波滤除交流分量，成本低

且简单。选用的各类元件成本低且使用方便。

三、软件设计

本测试仪的程序设计是结合实际测试电路来配置程序的底层，各个模块间的

数据是相互调用的，具体流程为——STM32通过多次逼进采集正弦信号峰峰值，

计算平均值获得所需电压值，再经过相关计算获得输入阻抗、输出阻抗和放大倍

数，之后通过产生正弦扫频信号，获取不同频率下的放大倍率，由此确定放大电

路的上限截止频率并绘制幅频特性曲线，最后将数据结果传给LCD程序进行显

示。

四、测试与结果分析

（一）利用自制的简易电路特性测试仪对BJT、FET和运放放大电路参数进

行测试并检验对故障状态的监测效果，本文将展示对单管BJT放大电路的测试

结果，另两类电路的测试步骤结果与此相似，不再进行说明。测试所使用到的仪

器有——GPD-33030型号的稳压电源、DS1102CA型号的示波器、DG1022U型