VIO：測量範圍：
0～40mV（＜小於3%讀數±1個字）；
IIO：測量範圍：
0～4μA（＜3%讀數±1個字）；
AVD：測量範圍：
60dB～120dB±3dB；
KCMR：測量範圍：
60dB～120dB±3dB；
輸出頻率：5Hz
輸出電壓有效值：4 V
頻率與電壓值誤差絕對值均小於1%； 二、設計思路： 本設計以單片機
STC89C52為控制核心，利用數模轉換器ADS1110
以及繼電器，為切換開關， 對被測量信號進行采樣，通過單片機處
理完成對運算放大器LM741的UIO，IIO，AVC，KCMR等參數的測量。 並
通過系統顯示接口，利用液晶顯示裝置將測試的結果進行顯示，同時
本系統還能通過鍵盤進行人機交流，實現按下壹個按鍵就可以對該運
放的某個參數進行測試。 三、系統結構圖 四、方案比較與選擇： 主控芯片部分
方案壹：采用STC89C52單片機。優點是芯片結構簡單，使用相
對容易；缺點是不帶AD轉換電路，需要外接AD轉換芯片，測量精度
相對較低。
方案二：采用淩陽SPCE061A單片機。優點是自帶AD轉換模塊，
測量精度相對較高，能進行音頻處理等多種智能化功能；缺點是結構
復雜，使用起來相對繁瑣。
由於此方案的核心內容在測試電路部分，主控芯片的選擇對結果
的影響相對較小，綜合以上芯片的性能以及自身的情況，選擇使用相
對簡單的STC89C52單片機。
信號發生器的選擇 方案壹：利用傳統的模擬分立元件或單片壓控函數發生器
MAX038，可產生三角波、方波、正弦波，通過調整外圍元件可以改
變輸出頻率、幅度，但采用模擬器件由於元件分散性太大，即使用單
片函數發生器，參數也與外部元件有關，外接電阻電容對參數影響很
大，因而產生的頻率穩定度較差、精度低、抗幹擾能力差、成本也較
高。
方案二：采用ICL8038芯片產生信號。優點是電路簡單，波形好，
控制方便，缺點是頻率有限。
由於需要的頻率不寬，綜合以上考慮，選擇電路簡單，波形好，
控制方便，精度和抗幹擾能力更強的ICL8038作為信號發生器。
顯示模塊的選擇
方案壹：采用液晶顯示模塊SVM12864（LCD）。占用I/O口多，
控制復雜，但可以顯示漢字和簡單圖形等，功能強大
方案二：采用液晶顯示模塊1602。占用I/O口少，控制簡單，每
行可顯示16個字符。
雖然SVM12864功能相對強大，但是采用1602更為合理。因為需
要顯示的參數不多，且都是英文字母和數字，因此選擇控制簡單的
1602液晶顯示模塊。
五、測量原理 2.1 失調電壓
Vios
理想運放當輸入電壓為零時，其輸出電壓也為零，但實際運放電路當輸入電壓為零時，其輸出端仍有壹個偏離零點的直流電壓Vios。這是
由於運放電路參數不對稱所引起的（在室溫25度 和標準電源電壓下）
為了使這壹輸出直流電壓Vios 為零，必須先在輸入端加壹個直流電
壓作為補償電壓! 以抵消偏離零點的輸出電壓。這個加在輸入端的電
壓即為輸入失調電壓Vios（顯然Vios越小，說明運算放大器參數的對
稱性越）
2.2 失調電流Iio
運放的輸入偏置電流是指運放輸入級差分對管的基極電流IB1，IB2，
其中IB1指同相輸入端基極電流，IB2指反相輸入端基極電流運放的輸
入失調電流是指當運放輸出電壓為零時，兩個輸入端靜態電流的差
值，即Iio=IB1- IB2"（顯然：Iio的存在將使輸出端零點偏移! 信號
源阻抗越高，失調電流的影響越嚴重）
2.3 ***模抑制比K C M R
表征運放對***模信號抑制能力的參數叫***模抑制比! 用KCMR表示。
KCMR定義為差模電壓增益Avd 和***模電壓增益Avc 之比，即KCMR =
Avd/Avc。運放對***模信號有很強的抑制能力。
2．4 開環放大倍數的測量
即輸出電壓與輸入電壓的比值。
六、電路設計 3.1 失調電壓
VIO測量電路
輸入失調電壓的測量原理如圖1所示：圖中直流電路通過RI和RF接成閉合環路， 通常RI的取值不超過100歐
測量電路：
測量方法：
根據輸入失調電壓的定義得：
3.2 失調電流IIO測量電路
測量電路：
和上面壹樣， 則：
3.3 ***模抑制比KCMR 測量電路
測試原理如圖所示,由於RF>>RI，電路對差模信號的增益很大，該閉
環電路對差模信號的增益AvD= RF/RI。***模信號的增益AvC=
（VO/VS)。因此，只要從電路上測出VO 和VS，即可求出***模抑制比
KCMR = Avd/Avc
3．4 開環放大倍數的測量
測量電路如圖。
實際的測量電路：由於考慮到輸出處會有自激震蕩產生，因此在OP177的輸出口和正向
輸入端加上壹個電容，用以消除自激震蕩的影響。
實現各個測量電路的轉換，我使用繼電器、通過單片機對引腳的
置位來改變開關的通斷以及接通的相應電路。
S1、S2閉合，S3、S4接地時，測量失調電壓；
S1、S2斷開，S3、S4接地時，測量失調電流；
S1、S2閉合，S3接信號源，S4接地時，測量***模抑制比；
S1、S2閉合，S3接地，S4接信號源時，測量開環放大倍數。
以下為其他模塊的電路：
1．整流轉換電路：
2．單片機控制及液晶顯示模塊電路：
3．信號發生電路
電路總圖:
畫圖原理圖中存在的問題：
由於原理圖的元件庫中沒有ADS1110、繼電器、ICL8038等元件，因此這些元件都需要自己手動畫元件，這也是畫圖中存在的最大問
題。要將該元件的引腳與實際元件的引腳要對應。可以說，在畫原理
圖的過程中沒有存在很大的障礙。 六、軟件仿真 仿真軟件使用的是multisim2001。
在明確了軟件以後，就著手進行各個部件的仿真。由於集成運
放性能參數測試儀的核心內容為測量電路部分，控制以及整流部分對
於電路來說只是起到壹個輔助和提高測量準確度的作用，因此，仿真
內容的重點也在於此。本次仿真只針對測量電路進行，驗證測量電路
方案的準確與否。下面就對四部分測量電路進行仿真。仿真內容中的
被測量集成運算放大器為LM741，將測量結果與LM741元件的提供參
數作對比，即可以對比測量的參數與元件所給的參數是否相同或接
近，從而確定測量電路是否正確，以及電路測試參數的準確性。下面
開始仿真。
1．輸入失調電壓的仿真：
如圖所示，即為輸入失調電壓的仿真電路以及輸出量。
輸出電壓為VE=0.513V，Ri=100歐，Rf=51K歐
則根據輸入失調電壓計算公式：
（VE即為如圖所示的輸出電壓）
輸入失調電壓為1.00mV 。LM741的元件手冊提供的輸入失調電
壓的標準值為1mV，則測量結果在LM741提供的參數範圍之內。可以采
用這個測量電路測量輸入失調電壓。
2．輸入失調電流仿真：
如圖所示，即為輸入失調電流的仿真結果以及輸出量
根據輸出失調電流的測量公式
Ri=100歐，Rf=51K歐，VE2就是圖中電壓表所示的電壓值。VE2也為測量的值，11.979V
VE1為輸入失調電壓測試電路中的輸出值。VE1=0.513V
計算得輸入失調電流Iio=44.0nA。LM741的元件手冊提供的輸入
失調電流的範圍20nV-200nV，則測量結果44.0nA在LM741提供的參數
範圍之內。可以采用這個測量電路測量輸入失調電流。
3．開環電壓增益的仿真。
電路如圖：
根據開環放大倍數的計算公式
計算結果在誤差範圍內。Vs為輸入信號的電壓值，VE為輸出的
電壓值，R1=R2=30K歐，Ri=100歐，Rf=51K歐。Vs=4V,VE=6.548mV。
由於輸入信號電壓顯示的是最大值，因此計算時必須將它轉化為有效
值，則Vs=2.83V。
代入公式計算後，計算得AVD=106.88db LM741的元件手冊提供的開環放大倍數的範圍50db-200db，則測
量結果106.88db在LM741提供的參數範圍之內。可以采用這個測量電
路測量開環放大倍數。
4．***模抑制比測量仿真
測量結果如圖
根據***模抑制比的測量公式：
Vs有效值為2.83V，Ri=100歐，Rf=51K歐。
代入公式，計算得KCMR=93.1db
LM741的元件手冊提供的***模抑制比的最小值為70db，標準值為
90db，則測量結果93.1db接近標準值，在LM741提供的參數範圍之內。
可以采用這個測量電路測量開環放大倍數。
仿真過程中存在的問題：在開始時，我碰到了電阻參數不匹配的問題，壹級運放的電阻原來為100K歐，但是仿真結果與指標差別很
大，因此我就將該電阻減小為51K歐，並將其他相關電阻均減小1倍，
之後得出的參數就符合指標了。由於沒有考慮到輸出處會有自激震蕩
產生，結果造成***模抑制比的測量中存在了很大誤差，在多次測試，
最後決定在OP177的輸出口和正向輸入端加上壹個電容，消除了自激
震蕩的影響，保證了輸出結果的準確性。
電路仿真的心得：通過對上述四個測量電路的仿真，我得出的
結論是，這些測量電路測量出來的結果符合設計要求。可以說，此測
試儀的最核心部分測試電路完全可以采用上面所述的四個測量電路
的方案。但是，在測試過程中也存在壹些小問題，通過仿真也發現了
原先測量電路中存在的不足之處，例如：由於沒有考慮到輸出處會有
自激震蕩產生，結果造成***模抑制比的測量中存在了很大誤差，最後
在OP177的輸出口和正向輸入端加上壹個電容，消除了自激震蕩的影
響，保證了輸出結果的準確性。通過對電路的仿真，我得以修正和優
化原先的測量電路，使得測量電路更加完整、精確，為成功做板以及
硬件和軟件的調試打下堅實的基礎！ 七．元件清單 下列元件為需要購買的元件清單
王凱的元件清單
中文名稱 功能 英文名稱 封裝 數量 備註
串行模數轉16位AD轉ADS1110 SOT23 1 換器 化
51單片機 單片機 STC89C52R2 DIP40 1
可調三端穩
壓集成電路
三端穩壓 LM337 TO-220 1
可調三端穩
壓集成電路
三端穩壓 LM317 TO-220 1
波形發生器 波形發生
器
ICL8038 DIP14 1
運算放大器 放大 OP177 DIP8 1
繼電器 開關 5 直流吸合
電壓5V
三極管 放大 8050 TO-92B 5
按鍵 按鍵 4*3mm 5
100歐電阻 電阻 0.25W AXIAL0.4 2
510K歐電阻 電阻 0.25W AXIAL0.4 2
51K歐電阻 電阻 0.25W AXIAL0.4 2
30K歐電阻 電阻 0.25W AXIAL0.4 2
15K歐電阻 電阻 0.25W AXIAL0.4 1
82K歐電阻 電阻 0.25W AXIAL0.4 1
200K可調歐
電阻
電阻 0.25W AXIAL0.4 1
10K歐電阻 電阻 0.25W AXIAL0.4 8 10K歐可調
電阻
電阻 0.25W AXIAL0.4 1
1K歐電阻 電阻 0.25W AXIAL0.4 1
電容 無極電容 100nF RAD0.1 1
電容 無極電容 30pF RAD0.1 2
電容 無極電容 3300pF RAD0.1 1
電容 有極電容 1uF RB.2/.4 2
電容 有極電容 100uF RB.2/.4 1
電容 有極電容 0.1uF RB.2/.4 1
6MHz晶體震
蕩器
晶體震蕩
器
6MHz XTAL1 1
二極管 二極管 1N4148 DIODE0.4 2
液晶顯示模
塊
液晶顯示 1602 1
插針 插針 40顆
芯片插座 插芯片 DIP40 1
三端穩壓集
成塊
穩壓 7805 TO-220 1
三端穩壓集
成塊
穩壓 7812 TO-220 1
三端穩壓集
成塊
穩壓 7912 TO-220 1 精密可調電
位器
5K可調電
位器
SIP3 1
運算放大器 放大 OP07 DIP8 2
八．系統硬件設計 電路的PCB設計 測量電路模塊
主要芯片為兩塊集成運放（其中壹塊為待測的運放）和四個繼電器。 電源模塊
主要部分是穩壓器7805、7812、7912以及6個電解電容。 液晶顯示和控制模塊 主要部分為單片機、液晶顯示1602和四個控制按鍵五個三極管等。 信號發生模塊 主要芯片是波形發生器ICL8038，運放。 整流轉換模塊
主要部分是ADS1110和壹塊運放。 PCB總圖
PCB板的設計心得：我的這塊板的大小為12.5CM×12.2CM，和
其他同學的分模塊制板再通過連線連接的方案相比，我的這塊板要小
很多。對於元件的排列和布置，我本著“屬於同壹模塊的元件盡量排
列在壹起”的原則布置，最後再將四個模塊靠近，這樣不僅做到了各
模塊排列清晰，壹目了然，而且這樣排列更能方便各模塊的分開調試。
圖中，左下角為液晶顯示和電路控制模塊，右上角為測量電路模塊，
右邊為整流轉換模塊，右下角為信號發生電路，上方為電源穩壓模塊。
我的PCB方案將所有元件和模塊集成在壹塊板上，避免了各個模塊間
的連線調試以及模塊間協同工作的可靠性的問題，做到了實用性和美
觀的統壹。因為不需要考慮高頻信號的幹擾，所以元件間的距離間隔可以盡量調小，並且大膽使用了壹定量的跳線。最後，我在板的地線
上覆銅，不僅進壹步減少了幹擾，而且使板更為美觀，同時也為焊板
降低了壹定的難度。以實際做出來的板的效果來看，總體說來，我所
畫的這塊PCB板的效果還是很好的，在調試過程中出現的問題也不多，
而且只要簡單修改就可以正常工作，我對此很滿意的。
畫板過程中碰到的問題：有些元件的封裝，例如ADS1110、繼電
器，在封裝庫內並沒有給出；另外還有壹些元件封裝在封裝庫內沒有
合適的，例如部分電解電容，所以這些元件的封裝都需要自己另外畫。
元件引腳的位置、焊盤的大小必須與實際元件壹致，否則會造成元件
無法安插的板上的問題，而且焊盤的大小要適當加大，在布線的過程
中，應盡量把線布粗，電源線和地線還要另外加粗。另外，為了能將
板盡量地做小，我將原理圖中的四個模塊緊密排列，全部集成在壹塊
板上。由於所有的模塊都集成在壹塊板上，所以做出的這塊板還是存
在壹點的不方便，比如，壹旦某個模塊出現問題，要做出修改就要相
對麻煩壹些，有時甚至會涉及到其他模塊，在實際的電路調試中我就
盡量少地把改動涉及到其他模塊。
九．系統的軟件設計 1．程序設計流程圖：
2．程序清單：
程序采用C語言編譯，根據單片機的特性，我盡量不使用浮點數。
#include<reg51.h>
sbit K0=P2^4;//定義開關K0的引腳編號
sbit K1=P2^5;//定義開關K1的引腳編號
sbit K2=P2^6;//定義開關K2的引腳編號
sbit K3=P2^7;//定義開關K3的引腳編號
sbit SD0=P0^0;//對應繼電器1的輸出口引腳
sbit SD1=P0^1;//對應繼電器2的輸出口引腳
sbit SD4=P0^2;//對應繼電器5的輸出口引腳
sbit SD2=P0^3;//對應繼電器3的輸出口引腳 sbit SD3=P0^4;//對應繼電器4的輸出口引腳
sbit SCL=P0^5;
sbit SDA=P0^6;
sbit E=P3^0;
sbit RW=P3^1;
sbit RS=P3^2;
unsigned char code
JP[]={0xc6,0xce,0xdd,0xbc,0xde,0xdd,0xa4,0xbc,0xdd,0xc3,0xd
e,0xb8,0xda,0x21,0x00};
unsigned char code EN[]="zaku,kohaku";
unsigned char code SRSTDY[]="V_offset=";
unsigned char code SRSTDL[]="I_offset=";
unsigned char code KHZY[]="A_ol=";
unsigned char code GMYZB[]="CCMR=";
void initial(void);
void clear(void);
void display(unsigned char pos,unsigned char word);
void set(unsigned char cmd);
void delay(unsigned char t);
void k0(void);
void k1(void);
void k2(void); void k3(void);
unsigned char c;
void main(void)
{
unsigned char i;
P2=0xff;
c=0x80;
initial();
i=0;
while(JP[i])
{
display(0x80+i,JP[i]);
i++;
}
i=0;
while(EN[i])
{
display(0xc0+i,EN[i]);
i++;
}
while(K0&K1&K2&K3);
clear(); L:if(K0&K1&K2&K3) //檢測是否有按鍵按下
{
delay(0xff);
delay(0xff);
if(!K0)
k0();
if(!K1)
k1();
if(!K2)
k2();
if(!K3)
k3();
}
goto L;
}
void initial() //液晶模塊初始化
{
clear();
set(0x38);
set(0x0c);
set(0x10);
clear(); }
void clear(void) //復位子程序
{
unsigned char t0;
t0=0x40;
P1=0x01;
RS=0;
RW=0;
E=0;
while(t0--)
delay(0xff);
E=1;
}
void display(unsigned char pos, unsigned char word) //
液晶顯示子程序
{
set(pos);
P1=word;
RS=1;
RW=0;
E=0; delay(16);
E=1;
}
void set(unsigned char cmd)
{
P1=cmd;
RS=0;
RW=0;
E=0;
delay(16);
E=1;
}
void delay(unsigned char t) //延時子程序
{
while(t--);
}
void k0(void) //測量失調電壓
{ unsigned char i;
delay(0xff);
SD0=1;
SD1=1; SD2=1;
SD3=1;
SD4=0;
while(SRSTDY[i])
{
display(0x80+i,SRSTDY[i]);
i++;
}
{int a,b,c;
c=100*a;
b=c/(51000+100);
display (0xc0,b);}//在第二行顯示輸入失調電壓
}
void k1(void) //測量失調電流
{ unsigned char i;
delay(0xff);
while(SRSTDL[i])
{ display(0x80+i,SRSTDL[i]);
i++;
}
SD0=1;
SD1=1;
SD2=0;
SD3=0;
SD4=0;
delay(0xffff);
SD0=1;
SD1=1;
SD2=0;
SD3=0;
SD4=1;
{int a,b,c,d,e;
d=100*a;
e=100*b;
c=(d-e)/(51000+100);
display (0xc0,c);}//在第二行顯示輸入失調電流的結果
} void k2(void) //測量開環增益
{ unsigned char i;
delay(0xff);
while(KHZY[i])
{
display(0x80+i,KHZY[i]);
i++;
}
SD0=0;
SD1=1;
SD2=1;
SD3=1;
SD4=0;
{int a,b,d,c;
c=a*100;
b=511*c/283;
//d=20*log 10 b;
display (0xc0,d);}//在第二行顯示開環增益的結果
} void k3(void) //測量***模抑制比
{ unsigned char i;
delay(0xff);
while(GMYZB[i])
{
display(0x80+i,GMYZB[i]);
i++;
}
SD0=1;
SD1=0;
SD2=1;
SD3=1;
SD4=0;
{int a,b,c;
c=1000*a;
b=(51000+100)*c/283000;
display (0xc0,b);}//在第二行顯示***模抑制比 十．系統調試 根據方案要求，系統調試分三大過程，硬件調試、軟件調試、軟
件和硬件聯調。 1． 硬件調試：
由於電路的各個模塊都集成於壹塊板上，為方便電路中各
模塊的調試，我采用焊壹個模塊調壹個模塊的方法，以達到各個
模塊調節的目的。
2． 軟件調試
本系統的軟件系統采用C語言編寫，調試也是分模塊調試。
3． 軟硬聯調
硬件和軟件分別調試成功後再用系統的程序測試，調試。
十壹.設計總結 通過本次課程設計，讓我深入了解了AT89S52的內部結構和運行
原理以及集成運放的性能參數指標。更讓我明白了要靈活運用我們所
學的知識去發現問題、分析問題和解決問題。這次的設計從硬件設計
到軟件設計以及相應的調試都花費了不少心思，也碰到了不少問題，
但都解決了，積累了寶貴的經驗，現總結如下：
1． 我做板的經驗少，在排列元件的時候沒有註意到整潔
美觀的問題，排得比較辛苦，只有多練才能做地更好。
2． 設計電路要考慮實際中的問題，比如繼電器等元件的
封裝都要自己做。
3． 在PCB板放置元件，要考慮元件間的幹擾問題，還有布
線寬度，電源線加粗，地線覆銅，管腳和焊盤要足夠
大。 4． 制板要讓板的布線清晰，打洞要準，總之做板要工整。
5． 編程盡量要使用AT89S52芯片的硬件設備。