方案分析：D题简易放大器电路特性仪，拿国一不简易（南京邮电大学）

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我们是来自南京邮电大学的何军，毛雪妮，张伟，在2019年电赛中选择了D题并拿到了国一，谢谢达尔闻的邀请，希望我们的分享可以帮助到参加比赛的同学们。

D题题目要求

基础：测定如图1所示电路的输入输出阻抗，增益。画其中晶体管的幅频特性曲线。

发挥：当改变其中的电容电阻时，电路发生故障，判断出故障并显示原因。

一段拿到题目后的崩溃插曲

刚拿到题目时，感觉到这道题目很简单，应该可以做好。在做好了硬件以后，三个队友都回去睡觉了。第二天一大早发现，硬件做错了，三极管不是可拔插的…吓得我们再也不敢掉以轻心了。以下先看我们的完美方案，再跟大家细说如何解决我们的崩溃。

我们的方案设计

1）方案简述

我们的简易电路特性测试系统由三极管待测放大电路、AD637有效值检波电路、以单片机控制的ADS1115模块、AD9959模块以及FPGA控制的24位高精度AD和串口屏显示模块，两路跟随器。DDS产生信号输入三极管待测电路，放大电路输出通过并联电阻送入高精度AD模块进行采集，最终由FPGA对数据处理，计算待测电路输入输出电阻，增益等；用DDS模块为信号源产生扫频信号对电路的幅频特性进行进一步的测量。在发挥部分，FPGA通过对输入输出信号进行FFT，得到了输入相对于输出信号精确的相位变化和增益变化，通过这些变化的值，来判断出电路的故障。

电路特性测试仪系统总框图

2）主要的电路模块功能分析

主控器件与ADS1115,AD637模块  -> 幅频特性曲线

在本系统中，使用了stm32f407单片机，控制ADS1115来采集AD637模块的电压，配合ADS1115进行扫频，得到幅频特性曲线。在故障判断中，通过它来监测通过高频信号时，电路的电压变化，从而判断出故障原因。

FPGA与24位高精度AD模块  -> 输入输出电阻，增益，故障判断

FPGA的型号是xc7a100t，配合TI芯片TLV320AIC23B（具有双通道AD，分别用来监控输入和输出），来测量输入输出电阻，增益。

由信号与系统的知识，我们可以知道，假设FFT之后某点n用复数a+bi表示，那么这个复数的模就是An=根号a*a+b*b，相位就是Pn=atan2(b,a)。根据以上的结果，就可以计算出n点（n≠1，且n<=N/2）对应的信号的表达式为：An/(N/2)*cos(2*pi*Fn*t+Pn)，即2*An/N*cos(2*pi*Fn*t+Pn)。对于n=1点的信号，是直流分量，幅度即为A1/N。这样做的好处是将信号在频域中进行分析，有效减小了测量微弱信号时的噪声的干扰，用数学的方法简化了电路结构,而且可以得到准确的输入输出电压。由输入输出电压，再结合模拟电路的知识，便可容易地得到输入输出电阻，增益。

在故障检测模块中，FPGA通过判断电路的输入输出电阻，相位差，增益。电路中不同的故障产生时，这四个指标将会有其独特的阈值。14种故障，对应14个范围。

3）程序功能分析

程序控制处理

我的崩溃，可能大部分同学也有类似遭遇

发现硬件做错后，负责硬件的同学立马修改了过来。做好电路以后，计划用ADS1115+AD637模块直接来采输入输出信号，用继电器来控制电阻在电路的接入和断开。结果测输入输出电阻的时候继电器在啪啪作响，而且测的值也很不稳定！！

这时候已经是第2天凌晨2点了。

我们都变得非常慌张，继续这样做下去感觉没有什么前途，于是我们赶紧商量换方案，鉴于AD采的很不准，于是我们打算用之前项目中用到的高精度AD模块。接着在FPGA中调试，观察采集到的电压，发现采集到的电压非常地准确。我们悬着的心一下子放了下来。经过了大概三个小时的方案探索，基础部分和发挥部分理论上都可以完成。第四天中午，开始联调，发现了许多代码的问题，最后在交作品的最后一刻，解决了代码中的所有问题。在复测中，R2短路没有被测出来，发挥部分没有完全做出来，最后发现是阈值没有写对，这也是这次比赛中的一点遗憾吧（距离TI杯可能就差这一点）。

在整个比赛过程中，学校给我们提供了良好的比赛环境和相关的器材，指导老师郝老师在比赛准备期间也给予了我们很多帮助。没有这些，我们是得不到这样的好成绩的，感谢南京邮电大学电赛组委会，期望南邮电赛越来越好！

心得体会，大同小异却最实际：4条法则

相信自己，主动且有责任感

平时多积累着，多学习，多尝试

与队友相互信任，多多磨合

劳逸结合，该睡觉别熬着

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