第 21卷 　第 2期 　　　　 2006年 6月 　　　　　　 　　　西 　南 　科 　技 　大 　学 　学 　报 　　　 Journal of Southwest University of Science and Technology 　　　　Vol. 21 No. 2 　　　　　June 2006 基于 MSP430F169的集成运放参数测试仪设计 周金治 　吴静 　范富宏 　董春岳 (西南科技大学信息工程学院 　四川绵阳 　621010) 摘要 :介绍了以 M SP430F169单片机为核心的集成运放参数测试仪的设计 。阐述了运用辅助放大器法测量集成运 算放大器参数的原理 ,并对单片机控制选择测量参数 、切换量程和单片机处理数据的过程做了详细的论述 。实验结 果表明该测试仪能准确测量运算放大器的输入失调电压 、输入失调电流 、交流差模开环电压增益和交流共模抑制比 等参数 。 关键词 :集成运放 　参数测量 　MSP430F169　数据处理 中图分类号 : TM932　　文献标识码 : A　　文章编号 : 1671 - 8755 (2006) 02 - 0059 - 04 D esign of Param eter M ea sure D ev ice for In tegra ted O pera tiona l Am plif ier ( IOA) Ba sed on M SP430F169 ZHOU J in zhi, WU J ing, FAN Fu hong, DONG Chun yue ( S chool of Inform a tion Eng ineering, S ou thw est U n iversity of S cience and Technology, M ianyang 621010, S ichuan, Ch ina) Abstract: On introducing the p rincip le of measuring the parameter of IOA by app lying assistant amp li fiers, details are given on how to determ ine the controlling parameter, how to sw itch its measuring range and how to p rocess its data of the single chip computer. Experimental results show that the device can p recisely measure many parameters of IOA , such as input offset voltage, input offset current, open loop differential AC voltage gain and AC common mode rejection ratio. Key words: Integrated Operational Amp lifier; parameter measure; MSP430F169; data p rocessing 随着电子技术的发展 ,测量仪表正朝着数字化和智能化方向发展 。本设计运用辅助放大器法测量集成 运算放大器的参数 ,采用 TI公司的 MSP430F169为核心 ,设计出具有超低功耗 、实时性强等特点的便携式智 能集成运放参数测试仪 。 1　硬件电路设计 MSP430F169具有 16位的 CPU和高效的 R ISC指令系统 ,能快速处理采集到的数据 ;片内 12位的模数 转换模块 ADC12和 12位的数模转换模块 DAC12在保证测量精度的情况下简化了外围电路的设计 ,内置三 通道 DMA加快了数集的参数及经过处理后的数据 。系统原理框图如图 1所示 。 键盘输入测量参数 、实现量程切换的功能 ,测量所需基准信号由 MSP430F169内部 D /A 转换模块产生 ; 经过平滑滤波 、幅度放大后为 5 Hz、有效值为 4 V的正弦信号 。采集到的参数经 A /D 转换模块转换为数字 　收稿日期 : 2005 - 11 - 30 　基金项目 :四川省应用基础研究计划项目 (03JY029 - 017 - 2) 。 　作者简介 :周金治 (1971 - ) ,男 ,讲师 ,研究方向 :网络体系结构与协议分析 、DSP技术及应用 。 E - mail: zhoujinzhi@ swust. edu. cn。 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 

06 　　　西 　南 　科 　技 　大 　学 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2006 信号 ,算法程序处理后由 LCD显示输出 。 1. 1　测量参数及测试电路 测试电路参照 GB3442 - 82标准 ,采用由两级运算放大器构成的负反馈闭环系统 ,其闭环增益由输入电 阻 R i和反馈电阻 Rf的比例决定 。该电路可测试测试运算放大器的输入失调电压 V IO 、输入失调电流 IIO 、交 流差模开环电压增益 AVD 、交流共模抑制比 KCMR指标 。其电路如图 2示 。 图中 DUT是待测运算放大器 ; A是辅助运算放大器 。 K3、K8、K4、K7 用于选择不同的反馈电阻 ,改变闭 环系统的放大倍数 ,其余的开关用来选择不同的测试电路 , K2、K5、K6、K10闭合时 ,该电路可测量运放的输 入失调电压 V IO ; K2、K10闭合时 ,该电路可测量运放的输入失调电流 IIO ; K1、K5、K6、K9、K10闭合时 ,该电路 可测量运放的交流共模抑制比 KCMR ; K1、K5、K6、K9、K10闭合时 ,该电路可测量运放的交流差模开环电压增 益 AVD ;电路中的开关均为模拟开关 ,通过单片机控制模拟开关可实现对不同参数测试电路的选择及不同量 程的切换 。 模拟开关的 COM 和 NO为开关的两端 ,与测试电路中开关的对应位置相连接 。 IN 为控制脚 ,与单片机 的输出口相连 ,当单片机输出为高电平时 , COM 与 NO连通 ,即开关闭合 ,当单片机输出为低电平时 , COM 与 NO断开 ,即开关断开 ,改变开关的状态 ,从而达到程控改变参数测量的目的 。选择键盘输入测试参数时 ,单 片机扫描键盘 ,当有键按下时 ,单片机取得键值 ,选择相应的键盘处理程序 ,控制模拟开关选择相应的测试电 路 ;当循环测量参数时 ,可用定时器定时产生方波来改变开关状态 。 1. 2　信号源的产生 在本系统中 , 5 Hz的正弦信号由带有 D /A转换的单片机产生 ,先将正弦波形数字化 ,再将由数字量表示 的正弦波存储到单片机的 RAM 内 ,通过单片机的 D /A转换将正弦波输出 。此时的正弦信号有高频分量 ,且 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 

　第 2期 　　　　　　　周金治 ,等 :基于 MSP430F169的集成运放参数测试仪设计 　 16 幅度较小 ,峰峰值仅有 2. 5 V ,可通过低通滤波后经放大电路放大为有效值为 4 V的标准正弦波 。 正弦波的频率由 D /A的转换速度决定 ,系统时钟选择为低速度晶体振荡器 ,其振荡频率为 32768 Hz,由 计数器对系统时钟分频后触发 DAC进行 D /A转换 ,设 DAC的采样点数为 M , 计数器的分频系数为 N , 计数 器每次从 0开始计数 ,计数值达到 N 则触发 一次 DAC,具体推导为 : DAC的采样频率为 : f = 正弦信号的周期为 : T = 32768 N N 32768 M 设计中取 f = 5 Hz,则 N 与 M 取值满足 : N M = 32768 ( 1) 　　抽样定理指出 :对模拟信号进行采样时 ,采样点数越多恢复出来的信号失真越小 。从信号精度和存储空 间两方面考虑 ,将一个周期的正弦信号采 500个样值存到单片机内 ,通过延时降低对 DAC的数据寄存器赋 值的速度 ,使其与转换速度相匹配 。综合存储空间和信号源精度两方面的考虑 , 选择 N = 13, M = 500。N 值 过大 , 使传送到 D /A转换的部分数据丢失 ,波形失真严重 。 1. 3　采样电路设计 0. 2 = 6553. 6 测量电路的输出为电压信号 ,将该信号输入到单片机的 A /D转换模块 ,经过 A /D 转换模块转换成数字 信号 ,通过程序处理后用字符点阵式 LCD1602模块将所测得参数值显示出来 。其显示格式为“测试参数 = 测试值单位 ”。 不同的测量参数所用的处理程序有所不同 ,当键盘输入所需测量参数后 ,单片机选择相应的参数处理程 序 , 当 R1 = R2 时 ,该电路测试放大器参数的计算公式为 : 输入失调电压 V IO : V IO = R i R i + Rf ·VLO IIO = R i VL1 R i + Rf - VLO R AVD = 20 lg Vs VL0 ·R i + Rf + R i ( dB ) KCM R = 20 lg Vs VL0 ·R i + Rf + R i ( dB ) 　　输入失调电流 IIO : 　　交流差模开环电压增益 AVD : 　　交流共模抑制比 KCM R : 　　式中 V s为信号源的输出电压 。 2　系统软件设计 ( 2) ( 3) ( 4) ( 5) 本系统软件部分所实现的功能有键盘扫描 、A /D 转换处理测试数据 、D /A 转换产生测试 AVD 和 KCMR 所需的正弦信号 ,主要包括扫描键值 、处理测试数据 、显示测试数据 。系统软件设计可分为两部分 ,键盘输入 测试参数和循环测试参数 。键盘输入测试参数流程图如图 3所示 ,循环测试参数在图 3基础上稍做改进即 可 。 3　结论 通过实验证明 ,该仪器能够准确的测量集成运算放大器的输入失调电压 、输入失调电流 、交流差模开环 电压增益和交流共模抑制比等参数 ,测量误差较小 ,并实现了键盘可控制测量及量程切换功能 。MSP430系 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 

2 26 　　　西 　南 　科 　技 　大 　学 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2006 列单片机在便携式智能仪器设备中得到了很好的应用 ,其超低功耗的特点延长了电池的使用寿命 。此仪器 结构简单 ,成本低 ,有较高的性价比 。 参考文献 [ 1 ] 　沈建华 ,杨艳琴 ,翟骁曙. MSP430系列 16位超低功耗单片机原理与应用 [M ]. 北京 :清华大学出版社 , 2004. SHEN J ian - hua, YAND Yan - qin, ZHA I Xiao - shu. The p rincip les and app lications of MSP430 fam ily 16 bit ultra - low power m icrocotroller[M ]. Beijing: Tsing Hua University Press. 2004. 11. ( in Chinese) [ 2 ] 　GB3442 - 86半导体集成电路运算 (电压 )放大器测试方法的基本原理 [M ]. 北京 :国家标准局出版社 , 1986. GB3442 - 86 fundamentals of measuring method of sem iconductor integrated amp lifier [M ]. Beijing: Standards Press of China. 1986. ( in Chinese) [ 3 ] 　杨吉祥 ,詹宏英 ,梅杓春. 电子测量技术基础 [M ]. 南京 :东南大学出版社 , 1999: 263～265. YANG J i - xiang, ZHAN Hong - ying, ME I Shao - chun. The basis of electronic measurement technology[M ]. Nanjing: South east University Press. 1999. 263～265. ( in Chinese) [ 4 ] 　孙铣 ,段宁远. 运算放大器的闭环参数测试 [ J ]. 半导体技术 , 2002, 27 (9) : 64～67. SUN Xian, DUAN N ing - yuan. The parameter test of amp lifier in loop [ J ]. Sem iconductor Technology, 2002, 27 (9) : 64～67. [ 5 ] 　李文炜. MSP430系列 C语言环境下的软件设计实用技巧 [ J ]. 化工自动化及仪表 , 2004, 31 (6) : 36～38. L IW en - wei. Practicable skill of software design forMSP430 series on C Language [ J ]. Control and Instruments in Chem ical Industry, 2005, 26 (4) : 30 - 31. ( in Chinese) [ 6 ] 　刘立群 ,孙志毅 ,金坤善. 基于 M SP430单片机的超低功耗数据采集器设计 [ J ]. 自动化仪表 , 2005, 26 (4) : 30～31. L IU L i - qun, SUN Zhi - yi, J IN Kun - shan. The design of ultra - low power consump tive data collector based on M SP430 sin gle chip computer[ J ]. Process Automation Instumentation, 2005, 26 (4) : 30 - 31. ( in Chinese) [ 7 ] 　周金治 ,吴静 ,马建国. 基于 MSP430的嵌入式 W eb微系统设计 [ J ]. 兵工自动化 , 2004, 23 (6) : 46～47. ZHOU J in - zhi, WU J ing, MA J ian - guo. Design of embeded web m icro - system based on M SP430 [ J ]. O rdance Industry Automation, 2004, 23 (6) : 46～47. ( in Chinese) [ 8 ] 　李中华. 一种便携式多参数环境监测仪的设计 [ J ]. 电子技术应用 , 2003, (5) : 15～18. L I Zhong - hua. Design of a portable environmental multi - parameter monitor[ J ]. App lication of Electronic Technique, 2003, (5) : 15 - 18. ( in Chinese) © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net