摘 要
本系统参照片上系统的设计架构、采用FPGA与SPCE061A相结合的方法，以SPCE061A单片机为进程控制和任务调度核心；FPGA做为外围扩展，内部自建系统总线，地址译码采用全译码方式。FPGA内部建有DDS控制器，单片机通过系统总线向规定的存储单元中送入正弦表；然后DDS控制器以设定的频率，自动循环扫描，生成高精度，高稳定的5Hz基准测量信号。扫频信号通过对30MHz的FPGA系统时钟进行分频和外部锁相环（FPGA采用FLEX10K10无内部锁相环）倍频，产生高频率稳定度、幅值稳定度的扫频信号。放大器参数测量参照GB3442-82标准，低频信号幅度的测量采取AD高速采样，然后进行数字处理的方法；高频信号的幅度直接采用集成有效值转换芯片测得。A/D转换采用SPCE061A内部自带的10位AD。SPCE061A主要实现用户接口界面（键盘扫描、液晶显示、数据打印以及其他服务进程的调度）、AD转换以及测量参数（Vio Iio Kcmr Avd BWG Tr）计算、与上位机通信等方面的功能。上位机主要实现向下位机发送测量指令、与下位机交换测量数据、以及数据的存储、回放、统计。
关键词：参数测量、运算放大器、DDS、FPGA、SPCE061A、数字信号处理
目 录
摘要……………………………………………………………………………….……………I
Abstract………………………………………………………………………….…………….Ⅱ
1 前言…………………………………………………………………………………………1
2 总体方案设计………………………………………………………………………………3
2.1 集成运算放大器的主要性能参数……………………………………………………3
2.2 系统方案比较设计与论证………………………….…………………………….3
2.2.1 测量电路模块………………………………….…………………………….4
2.2.2 信号采集模块…………………………………….……….………………6
2.2.3 用户接口模块………………………………………….…….………………6
2.3 整机工作原理与功能实现………………………………………………….……….7
2.4 软件系统………………………………………………………………………………9
2.5 其他系统扩展…………………………………………………………………………11
3 各子模块的设计……………………………………………………………………….12
3.1 输入电压4～40mV、输入电流0～4mA 量程转换………………………………….12
3.2 静态参数与动态参数的测量……………………………………………….………12
3.3 5Hz 4V 有效值正弦波的实现……………………………….……….………….…12
3.4 单位增益带宽测试……………………………………………………………….…13
3.5 自动测量功能的实现……………………………………………………………….14
3.6 显示模块…………………………………………………………………………….14
3.7 键盘模块…………………………………………………………………………….15
3.8 UART-PC 机通讯…………………………………………………………….…….16
4 理论计算及分析……………………………………………………………………….17
4.1 开环放大倍数的测量…………………………………………………….…………17
4.2 输入失调电压的测量………………………….……………………………………18
4.3 输入失调电流的测量……………………………………………………………….19
4.4 共模抑制比的测量………………………………………………………………….20
4.5 -3dB 带宽F0…………………………………………………………………………20
4.6 转换速率(SR)和上升时间的测量……………………………………………….….21
5 电路图及有关设计文件………………………………………………………………22
5.1 电源电路…………………………………………………………………………….22
5.2 单片机、FPGA 系统板电路………………………………………………………23
5.3 测量电路……………………………………………………………….……………24
5.4 精密整流电路……………………………………………………………………….24
5.5 低通滤波电路………………………………………………………………………25
6 系统测试………………………….…………………………………………………….27
6.1 测试仪器……………………………………………………………………………27
6.2 测试数据……………………………………………………………………………27
6.3 抗干扰措施…………………………………………………………………………28
7 总结……………………………………………………………………………………….30
致谢…………………………………………………………………………………………31
参考文献…………………………………………………………………………………….32
