三極管參數(shù)自動測量儀的軟硬件設(shè)計

1、分類號：TN320.7 U D C：D10621-408-(2013)1585-0密 級：公 開編 號：2009073132三極管參數(shù)自動測量儀的軟硬件設(shè)計論文作者姓名：付海龍申請學(xué)位專業(yè)：自動化（樓宇）申請學(xué)位類別：工學(xué)學(xué)士指導(dǎo)教師姓名（職稱）：楊明欣（教授）論文提交日期：2013年06月06日分類號：TN320.7U D C：D10621-408-(2013)1585-0密 級：公 開編 號：2009073132成都信息工程學(xué)院學(xué)位論文三極管參數(shù)自動測量儀的軟硬件設(shè)計論文作者姓名：付海龍申請學(xué)位專業(yè)：自動化（樓宇）申請學(xué)位類別：工學(xué)學(xué)士指導(dǎo)教師姓名（職稱）：楊明欣（教授）論文提交日期：20

2、13年06月06日三極管參數(shù)自動測量儀的軟硬件設(shè)計摘 要三極管是電子設(shè)計中的常用器件，在使用三極管時，三極管類型的辨別與放大倍數(shù)的測量是必不可少的工作。本論文提出了實現(xiàn)三極管類型的辨別與直流放大倍數(shù)測試的方案；詳細(xì)闡述了系統(tǒng)測試原理，給出了主要測試電路的硬件設(shè)計；介紹了系統(tǒng)軟件設(shè)計思路并給出了主程序流程圖，最后給出了系統(tǒng)測試結(jié)果。此系統(tǒng)以AT89C52 單片機最小系統(tǒng)為核心，由TLC5615和TLC1549共同組成的采樣放大電路，三個CD4051組成的自動切換電路，實現(xiàn)PNP三極管和NPN三極管放大倍數(shù)測量電路的自動切換。整個系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，可以實現(xiàn)PNP三極管和NPN三極管自動辨別，還可

3、以較精確的對三極管直流放大系數(shù)進行測量。最后利用單片機對采集所得數(shù)據(jù)進行處理，并通過 LCD1602對三極管的直流放大倍數(shù)和三極管的類型進行顯示。關(guān)鍵詞：STC89C52RC；自動測量儀；直流放大倍數(shù)Design of Hardware and Software in Triode Parameter Automatic Measuring Instrument AbstractTriode is commonly used in the design of electronic devices, when using a transistor, transistor type of disc

4、rimination and magnification measurement is essential to the job. This paper puts forward the implementation triode types of discrimination and dc magnification test plan; Elaborated the system testing principle, gives the main test circuit hardware design; Introduces the system software design idea

5、 and main program flow chart is given, and finally gives the system test results. AT89C52 single chip microcomputer minimum system as the core, this system is composed of TLC5615 and TLC1549 common sampling amplifier circuit, composed of three CD4051 automatically switching circuit, realize the PNP

6、transistor and NPN transistor magnification measurement circuit of automatic switch. The whole system USES modular design, can realize the PNP triode automatic identification and NPN, can also be the triode dc amplification coefficient is measured more accurately. Finally using single chip microcomp

7、uter to gathering the data for processing, and through LCD1602 in type of dc magnification and triode transistor for display.Key words: STC89C52RC; automatic measuring instrument; Dc magnification目錄論文總頁數(shù)：40頁1 引言11.1 課題背景11.2 本課題研究意義11.3 本課題的研究方法12 三極管參數(shù)自動測量儀的總體設(shè)計22.1 三極管參數(shù)自動測量儀實現(xiàn)的功能22.2 系統(tǒng)軟硬件主要部分22.

8、2.1 系統(tǒng)硬件主要部分22.2.2 系統(tǒng)軟件主要部分33 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計33.1 系統(tǒng)硬件電路總體設(shè)計圖33.2 系統(tǒng)測量主電路圖43.3 單片機最小系統(tǒng)電路53.4 電源電路73.5 D/A轉(zhuǎn)換電路83.6 放大電路103.7 自動切換電路113.8 A/D轉(zhuǎn)換電路133.9 顯示電路144 系統(tǒng)軟件設(shè)計164.1 系統(tǒng)軟件流程圖164.2 變量的定義和程序的初始化174.3 D/A模塊子程序設(shè)計184.4 A/D數(shù)據(jù)的采集模塊子程序設(shè)計194.5 數(shù)據(jù)處理與三極管類型辨別模塊子程序設(shè)計194.6 顯示子程序設(shè)計205 系統(tǒng)調(diào)試215.1 電源電路調(diào)試215.2 單片機的調(diào)試215.3

9、 D/A芯片調(diào)試215.4 自動切換電路調(diào)試215.5 A/D芯片調(diào)試215.6 顯示調(diào)試225.7 系統(tǒng)的聯(lián)合調(diào)試226 數(shù)據(jù)測量與結(jié)果分析23結(jié) 論24參考文獻25致 謝26聲 明27附 錄281 引言1.1 課題背景三極管能夠放大信號，并且具有較好的功率控制、工作速度快、持久力強等特點，故三極管常被用來構(gòu)成放大電路，開關(guān)電路，以及各種電氣設(shè)備，廣泛的應(yīng)用于電子、機械等領(lǐng)域。因此三極管的參數(shù)的測量在實際的工作中十分必要。按晶體管的結(jié)構(gòu)分類，晶體三極管可以分為NPN型和PNP型，而在我們使用三極管之前，要知道三極管的基本參數(shù)，我們通常最關(guān)心的參數(shù)無非是三極管的類型和三極管的放大系數(shù)，因此，測

10、量這兩項參數(shù)顯得尤為重要?，F(xiàn)在市場上的測量晶體管參數(shù)的儀器種類繁雜，其功能也因測試的參數(shù)不同而千差萬別，較為普遍的是測量三極管的放大系數(shù)，還有很多三極管參數(shù)測量儀可以測量反向擊穿電壓、反向飽和電流、晶體管的輸入輸出特性曲線、延遲時間、晶體管開啟時間、存貯時間等多種參數(shù)。最為常用的就是用數(shù)字萬用表測量三極管的直流放大系數(shù)。現(xiàn)在市場上的三極管測量儀雖然功能強大、操作方便、精度高。但是體積較大、價格也相對昂貴。而本設(shè)計主要設(shè)計并制作一個測量精度達(dá)到5%以上，要求儀器有良好的人機界面，能夠自動辨別NPN型與PNP型的半導(dǎo)體三極管參數(shù)測試儀。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和三極管的廣泛應(yīng)用，晶體管測試儀體積趨于小型

11、化，便于攜帶；功能趨于全面，測試范圍廣；測試精度高。但是這樣的產(chǎn)品會增加相應(yīng)的成本，如何降低成本并且測試指定的參數(shù)成為今后三極管測試儀發(fā)展的趨勢。1.2 本課題研究意義學(xué)校的實驗室一般使用萬用表測量晶體管的放大倍數(shù)，其性能基本可以滿足需求。但是在用萬用表測量晶體管的放大系數(shù)的過程中，PNP三極管和NPN三極管的插孔不同，這樣就要區(qū)分三極管的類型，方才能測量其放大倍數(shù)。而在不知道其類型的情況下，測量過于繁瑣。這時候，我們就需要一種可以直接自動辨別三極管類型且可以測量其放大倍數(shù)的參數(shù)測量儀器。因此本課題提出了解決這一問題的方法。1.3 本課題的研究方法通過D/A芯片TLC5615給三極管的基極的電

12、阻提供一定的電壓，從而為基極提供電流，以及對三極管發(fā)射極（PNP型三極管）或集電極（NPN型三極管）電壓的采集送至單片機進行相應(yīng)的處理運算，得出三極管的直流放大倍數(shù)。并對三極管的放大倍數(shù)進行判斷，實現(xiàn)PNP管與NPN管的自動切換，反復(fù)測量，并將結(jié)果送至LCD1602顯示。主要的研究工作包括：設(shè)計、制作并調(diào)試三極管參數(shù)測量儀硬件電路系統(tǒng)。本設(shè)計主要偏重硬件電路的設(shè)計、組建和PCB板的繪制、電路板的制作以及程序的編寫，并且完成了全部硬件電路與軟件的調(diào)試。2 三極管參數(shù)自動測量儀的總體設(shè)計2.1 三極管參數(shù)自動測量儀實現(xiàn)的功能本系統(tǒng)是基于單片機89C52RC1的三極管參數(shù)自動測量儀。該系統(tǒng)由測量主板

13、和電源板兩部分組成。其中電源板部分為單片機、D/A芯片、A/D芯片、LM324、TL431、以及3個單8通道數(shù)字控制模擬電子開關(guān)CD4051提供5V電壓。測量主板部分主要為三極管參數(shù)的測量提供相應(yīng)的硬件電路以及測量結(jié)果的顯示電路。該測量儀器能夠自動辨別三極管的類型，測量之前無需知道三極管是NPN還是PNP類型，只要將三極管插到測量主板的相應(yīng)位置，即可自動辨別三極管類型并測量其放大系數(shù)。是一個測量精度達(dá)到5%以上要求，儀器有良好的人機界面，半導(dǎo)體三極管參數(shù)測試儀。2.2 系統(tǒng)軟硬件主要部分2.2.1 系統(tǒng)硬件主要部分系統(tǒng)硬件主要部分如圖2-1所示。電源電路變壓穩(wěn)壓電路單片機控制電路液晶顯示電路放

14、大電路NPN放大電路PNP放大電路1602液晶驅(qū)動電路自動切換電路D/A賦值電路A/D采樣電路單片機最小系統(tǒng)圖2-1 系統(tǒng)硬件主要部分系統(tǒng)硬件分為電源電路、放大電路、單片機控制電路和液晶顯示電路四大主要部分。其中，放大電路包括NPN型和PNP型兩種放大電路；單片機控制電路是整個系統(tǒng)的核心部分，也是設(shè)計中相對繁瑣的部分，主要包含單片機最小系統(tǒng)、D/A賦值電路、自動切換電路、A/D采樣電路四部分；本設(shè)計的液晶顯示用的是LCD1602，所以液晶顯示電路主要就是LCD1602的驅(qū)動電路。系統(tǒng)電路的每一部分功能將在下文逐一介紹。2.2.2 系統(tǒng)軟件主要部分系統(tǒng)軟件主要部分如圖2-2所示。在本系統(tǒng)中，單片

15、機程序主要需要完成對D/A芯片賦值、電壓采集、數(shù)據(jù)處理以及送顯功能。故本設(shè)計的程序部分從整體上采用模塊化設(shè)計，將程序主要分為D/A賦值子程序、A/D電壓采集子程序、數(shù)據(jù)處理與三極管類型辨別子程序和送顯子程序。這樣模塊化設(shè)計，有助于程序的調(diào)試，方便程序的閱讀和改進與主程序的調(diào)用，同時也使得程序的組織結(jié)構(gòu)更富有層次感，立體感。變量、端口定義與程序初始化主程序D/A賦值子程序A/D電壓采集子程序數(shù)據(jù)處理與三極管類型辨別子程序送顯子程序圖2-2 系統(tǒng)軟件主要部分3 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計3.1 系統(tǒng)硬件電路總體設(shè)計圖三極管參數(shù)自動測量儀總體分為四大部分，即上文所說的電源電路、放大電路、單片機控制電路和液晶

16、顯示電路四大主要部分。在實際制作的過程中，本設(shè)計將電源電路單獨設(shè)計，制造成單一的電路板；而將其余的放大電路、單片機控制電路和液晶顯示三大部分制作成另一塊電路板，即如圖3-1中的測量主電路部分，這樣就方便電路的調(diào)試，提高穩(wěn)定性，也方便供電。三極管參數(shù)自動測量儀是通過單片機對D/A芯片TLC5615賦值，使D/A芯片輸出1V電壓，其中D/A的基準(zhǔn)電壓由TL431輸出的2.5V電壓提供，D/A的輸出電壓后接由LM324組成的跟隨器，用以保證后級輸出電壓1V，起到隔離緩沖的作用。之后后接一個100K的電阻連接到三極管測量電路的基極，相當(dāng)于給基極一個電流。經(jīng)過三極管的放大后，通過A/D芯片采集三極管發(fā)射

17、極（PNP三極管）或是集電極(NPN三極管)的電壓，就可算出三極管的基極電流和三極管的集電極的電流，這樣，通過單片機就可以算出三極管的放大系數(shù)。而三極管自動測量儀中的由三個CD4051組成的自動切換電路，則可以通過單片機所測量出的三極管的放大倍數(shù)，判斷三極管的類型一般的三級管的放大系數(shù)所在范圍，一般三極管的放大系數(shù)在50600倍之間，而當(dāng)單片機所測量的倍數(shù)不在這一范圍內(nèi)的時候，通過單片機控制可以自動切換三極管的測量電路，再次運算之后，單片機得到符合要求的放大倍數(shù)，這時，就可以將相應(yīng)的放大倍數(shù)和三極管的種類送到LCD1602進行顯示。系統(tǒng)的總體設(shè)計圖如下圖3-1所示。測量主電路放大電路自動切換電

18、路跟隨器LM324D/ATLC5615TL431單片機最小系統(tǒng)STC89C52RCA/D采集電壓LCD1602液晶顯示電源電路圖3-1系統(tǒng)硬件電路總體設(shè)計圖3.2 系統(tǒng)測量主電路圖系統(tǒng)測量部分的電路如圖3-2所示。系統(tǒng)的這個測量主電路部分硬件電路是本設(shè)計功能實現(xiàn)的部分，圖中TLC5615用以實現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)化，為基極的電阻提供電壓；TLC1549器件用以采集三極管集電極或發(fā)射極的電壓；三個CD4051中，CD4051(A)與CD4051(B)用以實現(xiàn)NPN放大電路與PNP放大電路的切換；因為不同的放大電路其電壓的測量點也不同，CD4051(C)用以實現(xiàn)電壓測量點的切換；圖中NPN三極管的位置是以后

19、被測三極管所插得位置。圖3-2 系統(tǒng)測量主電路圖3.3 單片機最小系統(tǒng)電路單片機最小系統(tǒng)電路2如圖3-3所示，本設(shè)計所用的單片機是STC89C52RC，這種單片機是宏晶科技推出的新一代高速、低功耗、超強抗干擾的單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機，12時鐘/機器周期和6時鐘/機器周期可以任意選擇。圖3-3 單片機最小系統(tǒng)電路這種單片機是增強型的8051單片機，其工作電壓有兩種類型，這里使用的是5V單片機，工作電壓范圍是5.5V3.3V（5V單片機），工作頻率范圍：040MHz，相當(dāng)于普通8051的080MHz，實際工作頻率可達(dá)48MHz。本單片機應(yīng)用程序空間為8K字節(jié)，本設(shè)計的程序在5K

20、左右，完全可以滿足本系統(tǒng)的設(shè)計要求。這款單片機片上集成512字節(jié)RAM；通用I/O口（32個），復(fù)位后為：P1/P2/P3/P4是準(zhǔn)雙向口，弱上拉，P0口是漏極開路輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為I/O口用時，需加上拉電阻。這里采用P0口作為LCD1602的數(shù)據(jù)總線，沒有接上拉電阻。ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串口（RXD/P3.0,TXD/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片，這里我們沒有用到這兩個接口，而是使用單片機開發(fā)板下載系統(tǒng)程序。此單片機還具有EEPROM功能和看門狗功能，其工作溫度范圍：-40+85（工業(yè)

21、級）/075（商業(yè)級），完全適合我們平時所使用時的環(huán)境。如下圖3-4為單片機PDIP封裝的單片機引腳圖，其40引腳為VCC，在本系統(tǒng)中STC89C52RC引腳圖結(jié)5V的電源電壓；20引腳為VSS，在系統(tǒng)中我將其接地；P0端口（P0.0P0.7，3932引腳）：P0口是一個漏極開路的8位雙向I/O口。作為輸出端口，每個引腳能驅(qū)動8個TTL負(fù)載，對端口P0寫入“1”時，可以作為高阻抗輸入。在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也可以提供低8位地址和8位數(shù)據(jù)的復(fù)用總線。此時，P0口內(nèi)部上拉電阻有效。在Flash ROM編程時，P0端口接收指令字節(jié)；而在校驗程序時，則輸出指令字節(jié)。驗證時要求外接上拉電阻

22、。本系統(tǒng)的P0口全用作LCD1602的數(shù)據(jù)總線。圖3-4 PDIP封裝的單片機引腳圖P1端口（P1.0P1.7，18引腳）：P1口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P1的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或者輸出電流方式）4個TTL輸入。對端口寫入1時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這是可用作輸入口。P1口作輸入口使用時，因為有內(nèi)部上拉電阻，那些被外部拉低的引腳會輸出一個電流（）。在本系統(tǒng)中。而在如圖3.2所示中，本系統(tǒng)將P1口全部作為雙向的I/O口使用，其中P1.0、P1.1、P1.2與LCD1602的RS、R/W和使能信號端相連。P1.3 、P1.4 、P1.5與TLC1549的I/O、數(shù)

23、據(jù)輸出端、片選端相連。而P1.6和P1.7將其做成按鍵，雖然在后來的系統(tǒng)中不適用，但這里是為了方便程序的調(diào)試。在本設(shè)計中P2口不曾用到，所以這里不加詳盡的介紹。RST（9引腳）：復(fù)位輸入。當(dāng)輸入連續(xù)兩個機器周期以上高電平時為有效，用來完成單片機的復(fù)位初始化操作?？撮T狗計時完成后，RST引腳輸出96個晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以使此功能無效。DISRTO默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。如圖3.2所示，在本系統(tǒng)中我們將其接一個復(fù)位電路。P3端口（P3.0P3.7，1017引腳）：P3是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P3的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或輸出

24、電流方式）4個TTL輸入。對端口寫入1時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時可用作輸入口。P3做輸入口使用時，因為有內(nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸入一個電流。在本系統(tǒng)中P3端口部分使用，使用部分全部作為普通的I/O口使用，其中，P3.0與三個CD4051的地址線的A線相連，作為控制切換電路的引腳。P3.1P3.3與TLC5615的片選端、時鐘端和串行二進制數(shù)據(jù)輸入端相連。而P3端口的引腳復(fù)用功能，本系統(tǒng)不曾用到。/VPP（31引腳）：訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從0000H到FFFFH的外部程序存儲器讀取指令，必須接GND。注意加密方式1時，將內(nèi)部鎖定位RESET。為

25、了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，本系統(tǒng)將接VCC。18與19引腳作為振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端和振蕩器反相放大器的輸入端。這里我們將18與19引腳與12M的晶振相連，這樣就夠成了穩(wěn)定的自激振蕩器。3.4 電源電路圖3-5中的電源電路中的J3所接的是輸出9V的USB電源，這種USB電源輸入為220V的交流電，輸出為9v的直流電。后接肖恩特二極管，用以做電源保護，防止反接。測量電路部分所需的電壓為5V。為得到所需的5V電壓，本設(shè)計這里使用LM7805，LM7805是一種三端集成穩(wěn)壓電路，輸出電壓為5V，LM7805在電子產(chǎn)品中十分常見，這種穩(wěn)壓集成電路只有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸

26、出端。LM7805三端穩(wěn)壓IC來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護電路，使用起來可靠、方便，而且價格便宜，其輸出電流為1.5A,而且短路保護和過熱載保護，。當(dāng)要得到的電壓為5V時，其輸入電壓都必須高于所需輸出電壓2V以上，本設(shè)計中LM7805的輸入電壓為9V，滿足使用的全部需求。通過實踐得到了5V直流電壓。圖3.4中的D2為發(fā)光二極管，檢驗USB電源連接是否正常，正常連接時二極管發(fā)光。圖3-5系統(tǒng)的電源電路3.5 D/A轉(zhuǎn)換電路如圖3-6為D/A轉(zhuǎn)換電路。圖3-6 D/A轉(zhuǎn)換電路如圖3-6所示所用的D/A器件為TLC5615，TLC5615是美國德州儀器公司1

27、999年推出的產(chǎn)品，是具有10位串行接口的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其輸出為電壓型，最大的輸出電壓為基準(zhǔn)電壓的兩倍。TLC5615具有十位CMOS電壓輸出，精確度較高。5V單電源供電；輸出電壓具有和基準(zhǔn)電壓相同的極性；與單片機三線串行接口。本設(shè)計中其串行二進制數(shù)輸入端DIN、串行時鐘輸入端SCLK和片選端分別與單片機的P3.3、P3.2、P3.1相連。當(dāng)片選CS為低電平時，輸入數(shù)據(jù)DIN由時鐘SCLK同步輸入或輸出而且最高有效位在前，低有效位在后。輸入時SCLK的上升沿把串行輸入數(shù)據(jù)DIN移入內(nèi)部的16位移位寄存器，SCLK的下降沿輸出串行數(shù)據(jù)DOUT，片選CS的上升沿把數(shù)據(jù)傳送至DAC寄存器。當(dāng)片選CS為

28、高電平時，串行輸入數(shù)據(jù)DIN不能由時鐘同步送入移位寄存器；輸出數(shù)據(jù)DOUT保持最近的數(shù)值不變而不進入高阻狀態(tài)。由此要想串行輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)必須滿足兩個條件：第一時鐘SCLK的有效跳變；第二片選CS為低電平。這里，為了使時鐘的內(nèi)部饋通最小，當(dāng)片選CS為高電平時，輸入時鐘SCLK應(yīng)當(dāng)為低電平。無論為上述哪一種工作方式，其輸出電壓的計算公式為：（3-1）其中，是參考電壓，N為輸入的二進制數(shù)。TLC5615基準(zhǔn)電壓的輸入為2.5V。為保證測量的精確性，此處的基準(zhǔn)電壓由TL431提供，TL431是一個高性價比的常用分流式電壓基準(zhǔn)，有很廣泛的用途。這里的TL431 的接法是TL431 的典型接法（如圖3

29、-7所示）。輸出一個固定的電壓值，計算公式如公式（3-2）所示。（3-2）同時R3的數(shù)值應(yīng)滿足公式（3-3）。（3-3）當(dāng)R1取值為0的時候，R2可以省略，這時候電路圖就如D/A轉(zhuǎn)換電路(圖3-6)中一樣，通過公式(3-3)計算可知，R3的阻值范圍如公式（3-4）所示。（3-4）這里圖3-7所用的R9即為圖3.5-2中的R3，本設(shè)計R9的阻值為510歐姆，符合要求，TLC431的輸出電壓為2.5V，接入TLC5615的基準(zhǔn)電壓端。圖3-7 TL431典型接法這時，通過單片機的相連，程序的控制，D/A芯片的電壓輸出端就可以得到相應(yīng)的電壓值。3.6 放大電路放大電路如圖3-8所示。圖3-8 放大電

30、路如圖3-8中所示，D/A電壓的輸出端連接LM324組成的電壓跟隨器。其中，LM324是四運放集成電路，這里我僅用其中的一個運放，可以單電源供電，且電源電壓范圍較廣為3V-32V，這里為方便設(shè)計，也與其它芯片一樣采用5V電壓供電，后接一個100K的電阻，從而為三極管的基極提供電流。三極管的發(fā)射極與集電極分別與CD4051(A)和CD4051(B)的公共端連接。CD4051(A)與CD4051（B）的通道0與通道1分別連接5V電壓和地線，其中連接電壓一段，連接個1K的電阻，這樣就可以組成一個放大電路。測量PNP三極管時的放大電路如圖3-9，測量NPN三極管時的放大電路如圖3-10所示。這樣通過測

31、量三極管集電極（NPN型）或發(fā)射極（PNP型）的電壓，就可以計算出基極電流和集電極電流,就可以通過公式（3-5）計算出直流放大系數(shù)。（3-5）圖3-9 PNP放大電路圖3-10 NPN放大電路3.7 自動切換電路如圖3-11所示為三極管參數(shù)自動測量儀自動切換電路。圖3-11 自動切換電路自動切換電路是由三個CD4051組成，CD4051是單8通道的數(shù)字控制模擬開關(guān)，有A、B和C三個二進制控制輸入端以及INH共4個輸入，具有低導(dǎo)通阻抗和很低的截止漏電流。幅值為4.520V的數(shù)字信號可控制峰峰值至20V的模擬信號。其引腳圖如圖圖3-12所示，可以看到，CD4051有三根地址線控制的八個通道，其通道

32、選擇的真值表如表3-1所示。本設(shè)計所用的三個CD4051，只用到了通道1和通道0，所以三個CD4051的地址線中的B地址線和C地址線沒有用到，這里我將他接地。把通道1和通道0的選擇權(quán)完全由地址線A控制。并把地址線A與單片機的P3.0口相連，從而由單片機的程序就可以控制通道口的選通。圖3-12 CD4051引腳圖表3-1 CD4051真值表INPUT STATES選中輸出通道INHIBITCBA00000000110010200113010040101501106011170×××None其中，圖中的CD4051（A）和CD4051（B）用以切換三極管的放大電路，當(dāng)

33、單片機的P3.0口為低電平時選通CD4051的通道0，這時候就組成了三極管NPN型的放大電路，當(dāng)P3.0為高電平時CD4051選通通道1，這時候也就形成了PNP型的三極管放大電路。在CD4051（A）和CD4051（B）切換的同時，第三個CD4051即圖中的CD4051（C）也同時在切換，CD4051C的通道0和通道1分別連著三極管的集電極和發(fā)射極。當(dāng)為NPN型三極管放大電路時，測量的是三極管的集電極電壓，而當(dāng)電路為PNP型三極管的放大電路時，測量的是三極管的發(fā)射極電壓。此自動切換電路相關(guān)器件的狀態(tài)如表3-2所示。表3-2 自動切換電路相關(guān)器件的狀態(tài)表單片機P3.0接口狀態(tài)CD4051(A)選

34、通通道CD4051(B)選通通道CD4051(C)選通通道放大電路類型A/D電壓采集點低電平通道0通道0通道0NPN型集電極高電平通道1通道1通道1PNP型發(fā)射極這樣通過計算三極管的基極電流和集電極電流，就可以算出放大系數(shù)。對放大倍數(shù)的檢驗，可以改變單片機P3.0接口狀態(tài)，這樣由三個CD4051組成的由單片機控制的自動切換電路就可以自由切換兩種測量電路。3.8 A/D轉(zhuǎn)換電路因為要對輸出的電壓量Ue進行數(shù)據(jù)處理使之變成電流量，再將與比較得到共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)。要將輸出的電壓送單片機進行數(shù)據(jù)處理，而單片機只接受和輸出數(shù)字量，因此在單片機的輸入端必須用到A/D轉(zhuǎn)換器件，將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后

35、輸入單片機進行數(shù)據(jù)處理。如圖3-14所示為三極管參數(shù)自動測量儀的A/D轉(zhuǎn)化電路，由圖可以知道A/D轉(zhuǎn)換電路所用的A/D芯片為TLC1549。TLC1549是十位串行A/D轉(zhuǎn)換器，這種芯片有兩個數(shù)字輸入端，1 個三態(tài)輸出口(CS)，1 個 I/O CLOCK 端口和 1 個數(shù)字輸出端（DATA OUT）,可以實現(xiàn)一個三總線接口到總控制器的串行口的數(shù)據(jù)傳輸。內(nèi)部具有自動采樣保持、可按比例量程校準(zhǔn)轉(zhuǎn)換范圍、抗噪聲干擾功能, 而且開關(guān)電容設(shè)計使在滿刻度時總誤差最大僅為±1 LSB ( 4.8 mV) , 因此可廣泛應(yīng)用于模擬量和數(shù)字量的轉(zhuǎn)換電路。引腳圖如下圖3-13所示。圖3-13 TLC1

36、549引腳圖由上引腳圖可以看出TLC1549 有兩個參考電壓,分別是 REF+,REF-。這兩個電壓值分別設(shè)定了模擬輸入電壓上限和下限。模擬輸入電壓不能超過電源電壓，也不能小于 GND 的電壓。當(dāng)輸入信號大于或等于 REF+，則數(shù)字輸出為滿量程；當(dāng)輸入信號小于或等于 REF-，則數(shù)字輸出為 0。在本設(shè)計中模擬信號輸入端與CD4051（C）的公共輸入端相連，方便測量點的切換，正參考電壓值接電源的Vcc，負(fù)參考電壓值接地線，其輸入/輸出時鐘口、數(shù)字信號輸出端和片選端分別與單片機的P1.3、P1.4、P1.5相連，通過單片機的控制。圖3-14 A/D轉(zhuǎn)換電路當(dāng) CS 為高電平時，I/O CLOCK

37、為初始禁止?fàn)顟B(tài)、DATA OUT 為高阻抗?fàn)顟B(tài)。當(dāng)串口將 CS拉低后，隨著 CLOCK 和 DATA OUT 的使能開始轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。然后串口開始提供一個順序時鐘，同時接受 DATA OUT 上次的轉(zhuǎn)換結(jié)果。通過串口設(shè)置 CLOCK 口 10-16 個時鐘周期，在第一次的 10 個時鐘周期內(nèi)完成模擬信號的取樣。對模擬信號采集，并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，這樣通過采集的信號，就可以為后面的計算提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)。3.9 顯示電路圖3-15為顯示電路的電路圖，由圖中可以看出顯示電路所用的顯示器為LCD1602，1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊。它由若干個5X

38、7或者5X11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因為如此所以它不能很好地顯示圖形（用自定義CGRAM，顯示效果也不好）。LCD1602是指顯示的內(nèi)容為16X2,即可以顯示兩行，每行16個字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。其相應(yīng)的引腳的定義如表格3-5所示。圖3-15顯示電路LCD1602的控制芯片HD44780內(nèi)置了DDRAM（顯示數(shù)據(jù)存儲RAM）、CGROM（字符存儲ROM）和CGRAM（用戶自定義RAM）。DDRAM就是顯示數(shù)據(jù)RAM，用來寄存待顯示的字符代碼。共80個字節(jié)，其地址和屏幕的對應(yīng)關(guān)系如

39、下表3-3所示。表3-3 DDRAM地址和屏幕顯示位置123456740DDRAM地址第一行00H01H02H03H04H05H06H27H第二行40H41H42H43H44H45H46H67H例如：想要在LCD1602屏幕的第一行第一列顯示一個"A"字,就要向DDRAM的 00H地址寫入“A”字的代碼就行了，1602中我們就用前 16個就行了。第二行也一樣用前 16個地址，DDRAM地址與LCD1602顯示位置對應(yīng)關(guān)系如下表3-4所示。表3-4 DDRAM地址與LCD1602顯示位置對應(yīng)關(guān)系00H01H02H03H04H05H06H07H08H09H0AH0EH0FH40

40、H41H42H43H44H45H46H47H48H49H4AH4EH4FHLCD1602的3管腳為對比調(diào)整電壓，這里我接一個10k的滑動變阻器，方便液晶對比度的調(diào)整。而RS、R/W和使能信號端分別與單片機的P1.0、P1.1、P1.2相連。把數(shù)據(jù)總線與單片機的P0口相連，這樣就可以通過單片機以及相關(guān)程序?qū)σ壕У娘@示進行控制。得到以定的顯示效果。這里L(fēng)CD1602的15與16引腳控制液晶的背光，這里我將15腳接Vcc，16腳接地線，就將液晶的背光打開。表3-5 LCD1602的引腳定義引腳號引腳名電平輸入/輸出作用1Vss電源地2Vcc電源（+5V）3Vee對比調(diào)整電壓4RS0/1輸入0- 輸入

41、指令1- 輸入數(shù)據(jù)5R/W0/1輸入0-向LCD寫入指令或數(shù)據(jù)1-從LCD讀取信息6E1，10輸入使能信號，1時讀取信息，10（下降沿）執(zhí)行指令7DB00/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line0（最低位）8DB10/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line19DB20/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line210DB30/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line311DB40/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line412DB50/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line513DB60/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line614DB70/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line715A+ VccLCD背光電源正極16K接地LCD背光電源負(fù)極4 系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 系統(tǒng)軟件流程圖

42、開始初始化為D/A賦值P3.0是否為低電平將Ue進行A/D轉(zhuǎn)換將Uc進行A/D轉(zhuǎn)換將P3.0的電位置反放大倍數(shù)是否大于50且小于600計算直流放大倍數(shù)顯示三極管的類型和放大倍數(shù)YYNN圖4-1 程序流程圖如圖4-1所示，為系統(tǒng)軟件3流程圖，在本系統(tǒng)中，單片機需要完成對D/A芯片賦值、數(shù)據(jù)采集與處理、和送顯功能。再送顯之前，要進行數(shù)據(jù)的判斷，看是否符合三極管的放大倍數(shù)的范圍，如若符合，進行送顯；如若不符合放大倍數(shù)的范圍，將P3.0的電位置反，切換到另一種測量電路，重新賦值、采集、運算、再次判斷，之后再送至LCD1602進行顯示。如此反復(fù)循環(huán)，方可得到三極管的放大倍數(shù)和三極管類型。4.2 變量的定

43、義和程序的初始化此模塊是定義單片機的各個管腳與相連的器件連接，在寫程序時，方便對各個管腳狀態(tài)進行操作。以及定義各個子程序，方便主程序的調(diào)用。程序的初始化，就是在每段程序運行前，對電路中單片機以及與單片機相連的各個器件進行初始狀態(tài)的設(shè)定。其中LCD1602設(shè)置的初始狀態(tài)為5x7點陣工作方式，8位數(shù)據(jù)接口。顯示設(shè)置為開顯示，光標(biāo)不顯示，不閃爍。相關(guān)的程序請看附錄1。端口定義4如下：sbit DA_DIN=P33; /D/A串行二進制數(shù)輸入端sbit DA_SCLK=P32; /D/A串行時鐘輸入端sbit DA_CS=P31; /D/A芯片選擇，低有效sbit LCD1602_RS = P10;

44、/位定義，液晶的數(shù)據(jù)/命令選擇sbit LCD1602_RW = P11; /位定義，液晶的讀寫選擇sbit LCD1602_EN = P12; /位定義，液晶使能信號sbit CD4051_HUAN = P30; /自動切換sbit AD_CLK=P13; /A/D輸入/輸出時鐘口sbit AD_DATA=P14; / A/D數(shù)據(jù)輸出sbit AD_CS=P15; / A/D片選端#define LCDPORT P0 /液晶的數(shù)據(jù)口子程序定義如下：void DA_delay(); /D/A延時函數(shù)float zh (float k) /D/A十進制轉(zhuǎn)化為二進制函數(shù)void DA_Conver

45、(unsigned int DAValue); /D/A轉(zhuǎn)換函數(shù)unsigned int ad_read(void); /A/D轉(zhuǎn)換函數(shù)void DEAIL_display(float key) /顯示數(shù)據(jù)處理void Delay(unsigned int uiCount); /液晶延時函數(shù)void LCD1602_CheckBusy(void);/液晶忙檢測void LCD1602_WriteInformation(unsigned char ucData,bit bComOrData); /在液晶上寫數(shù)據(jù)或者寫命令，0為命令，1為數(shù)據(jù)void LCD1602_Init(void);/液晶初

46、始化void LCD1602_MoveToPosition(unsigned char x,unsigned char y);/液晶的坐標(biāo)移動到指定位置void LCD1602_DisplayOneCharOnAddr(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char ucData);/在液晶指定位置顯示字符4.3 D/A模塊子程序設(shè)計此模塊主要是對串行的10位D/A器件TLC5615，進行賦二進制數(shù)值，使D/A器件的電壓輸出為1V。這里我所設(shè)計的程序為自定義電壓輸出程序，能夠精確到0.01v，其中芯片6腳接2.5v參考電壓。當(dāng)在調(diào)試系統(tǒng)的時候，可以根

47、據(jù)需要，對程序的修改，使D/A器件輸出自己需要的電壓。程序的修改也十分方便，只要將所需要的電壓值修改，就可以實現(xiàn)。相關(guān)的程序請看附錄1。開始變量定義與初始化將所需電壓數(shù)值轉(zhuǎn)化為二進制將二進制電壓值傳輸?shù)紻/A圖4-2 D/A模塊程序流程圖圖4-3 TLC5615時序圖TLC5615 工作時序如圖4-3所示?？梢钥闯觯挥挟?dāng)片選為低電平時，串行輸人數(shù)據(jù)才能被移人 l6 位移位寄存器。當(dāng)為低電平時，在每一個SCLK時鐘的上升沿將DIN的一位數(shù)據(jù)移人16位移寄存器。注意，二進制最高有效位被導(dǎo)前移人。接著,的上升沿將 16位移位寄存器的1O位有效數(shù)據(jù)鎖存于10位DAC寄存器，供DAC 電路進行轉(zhuǎn)換；當(dāng)

48、片選為高電平時，串行輸人數(shù)據(jù)不能被移人 l6 位移位寄存器。注意,的上升和下降都必須發(fā)生在SCLK為低電平期間4.4 A/D數(shù)據(jù)的采集模塊子程序設(shè)計這里的數(shù)據(jù)采集是用TLC1549對三極管的發(fā)射極或集電極的電壓進行采集。而本設(shè)計所用的A/D器件是10位串行的芯片，在每次采集時需要采集10次，即10bit。所設(shè)計的此段程序的返回值是一個整數(shù)。之后將此整數(shù)值經(jīng)過數(shù)據(jù)運算變?yōu)殡妷褐?，并強制轉(zhuǎn)化為浮點型數(shù)據(jù)，將此數(shù)據(jù)重復(fù)采集200次，并取其平均值，將其賦給一個浮點型的變量，我門之后的計算將會用到這個浮點型變量。相關(guān)程序請看附錄1。TLC1549有6個基本的串口時間模式。本設(shè)計采用模式1，其它模式在這里

49、不加介紹。模式 1中且在 CS 下降沿后 DATA OUT 引腳開始輸出轉(zhuǎn)換完成的最高有效位。模式1為快速模式，在數(shù)據(jù)傳輸之間 CS 為高電平，10 個時鐘周期的傳輸在這個模式下，每次連續(xù)時間傳輸都是 10 個時鐘周期，在這之間，CS 變?yōu)楦唠娖?。CS下降沿開始時 DATA OUT 脫離高阻態(tài)；CS 上升沿結(jié)束時在指定時間內(nèi) DATA OUT 回到高阻態(tài)。同時，CS 上升沿禁止 I/O CLOCK 引腳需要一個啟動時間加上兩個內(nèi)部系統(tǒng)時鐘周期。時序見下圖4-4所示。圖4-4 TLC1549時序圖4.5 數(shù)據(jù)處理與三極管類型辨別模塊子程序設(shè)計此模塊的主要功能是將采集回來的數(shù)據(jù)進行相關(guān)的處理運算，

50、得出三極管放大倍數(shù)的具體數(shù)值，之后對數(shù)值判斷，最終得到三極管的放大倍數(shù)并通過對單片機P3.0口的狀態(tài)讀取，判斷三極管的類型，之后將三極管的類型和放大倍數(shù)一起在LCD中顯示出來。開始時，將單片機的P3.0口的電壓置為低電平，此時測試的電路時用來測試NPN型三極管電路，將采集回來的電壓，進行數(shù)據(jù)處理，得到三極管的放大倍數(shù)，并對此倍數(shù)與實際情況下三極管的放大倍數(shù)的范圍進行比較。如符合，送去顯示程序部分，如不符合，切換P3.0的狀態(tài)，再次進行采集運算，之后將所得的數(shù)值送去顯示程序部分，完成顯示。相關(guān)程序請看附錄1。開始變量定義與初始化三極管類型判斷送顯計算放大倍數(shù)圖4-5數(shù)據(jù)處理與顯示模塊程序流程圖4

51、.6 顯示子程序設(shè)計數(shù)據(jù)處理完成后，分別計算出各個位的十進制值，并通過LCD1602與三極管類型共同進行顯示。如圖4-6為液晶顯示子程序主要部分。液晶顯示主程序液晶顯示子程序初始化忙檢測函數(shù)命令、數(shù)據(jù)讀寫函數(shù)變量、端口的定義液晶指定位置顯示函數(shù)液晶的坐標(biāo)移動函數(shù)圖4-6 液晶顯示子程序主要部分5 系統(tǒng)調(diào)試5.1 電源電路調(diào)試在本設(shè)計中，單片機、A/D芯片、D/A芯片、CD4051以及放大電路都需要+5V電壓供電，本設(shè)計中使用USB電源將220V的交流電變?yōu)?V的直流電，再用LM7805輸出穩(wěn)定的+5V電壓。在調(diào)試時使用萬用表測量USB電源接口的1管腳，電壓為9V，之后，再測量經(jīng)LM7805后的

52、輸出電壓，萬用表顯示為5V。電源部分的到所需+5V電壓，電源部分電路調(diào)試結(jié)束。5.2 單片機的調(diào)試在未接電源的情況下，檢查線路之間是否聯(lián)通；芯片的接地端是否接通；線路之間是否有短路。將編譯、連接后生成的.hex文件燒錄進單片機后，對單片機加必要的外圍電路5，如：復(fù)位電路、晶體振蕩器、電源后用示波器在單片機的30管腳測試輸出頻率，看是否有6分頻輸出，要是有證明單片機是好的，可以進行后續(xù)連接；要是沒有6分頻輸出則證明單片機是壞的，需更換單片機。本次設(shè)計中，我將硬件電路插好后發(fā)現(xiàn)LCD1602不顯示數(shù)據(jù)，單獨測試單片機，發(fā)現(xiàn)30管腳無六分頻輸出，無輸出波形，且該管腳一直為高電平，證明其已經(jīng)損壞，后更

53、換單片機，30管腳有六分頻輸出，輸出波形正常。5.3 D/A芯片調(diào)試將編譯、連接后生成的.hex文件燒錄進單片機，將D/A芯片與單片機插到電路板的相應(yīng)位置，用萬用表測量D/A芯片6管腳基準(zhǔn)電壓輸入端，結(jié)果顯示為2.5V，說明TL431工作正常。測量D/A芯片Vcc、GND，顯示各個部分電壓正常，之后測量D/A芯片與單片機的連接狀況顯示連接正常，最后，測量D/A芯片的7管腳，電壓表顯示為1V電壓，說明程序工作正常，D/A芯片良好。5.4 自動切換電路調(diào)試這里的切換電路的調(diào)試，主要檢測了單片機與CD4051的連接狀況、各個管腳的電壓以及CD4051輸出通道口的檢測，經(jīng)用萬用表檢測，各個管腳的導(dǎo)通狀

54、態(tài)良好，工作的輸出通道正常，之后，改變P3.0口的狀態(tài)，再次將編譯、連接后生成的.hex文件燒錄進單片機，重新檢測CD4051輸出的通道口，與程序中所設(shè)定的狀態(tài)相同，證明CD4051的工作狀態(tài)良好，能夠達(dá)到預(yù)期要求。5.5 A/D芯片調(diào)試將硬件電路連接完成后用示波器在TLC1549的6腳測試，看有無數(shù)據(jù)序列輸出，即看有無高低電平的變化，要是有證明A/D可以正常工作，要是沒有則檢查程序看是否程序有問題，要是程序沒有問題則檢查芯片，看芯片是否損壞。經(jīng)檢測A/D芯片可以工作，但不知其工作是否正常，測量電壓是否準(zhǔn)確，此時，我們將單片機的程序重新編寫，將A/D測試的電壓用LCD1602顯示出來，將編譯、連接后生成的.hex文件再次燒錄進單片機，之后，對比LCD1602顯示的電壓與用萬用表測量的電壓進行對比，發(fā)現(xiàn)兩者電壓相同，可以證明A/D芯片工作正常。5.6 顯示調(diào)試電路的調(diào)試時，測量電路各部分的工作電壓正常之后，首先要進行調(diào)試的部分就是顯示部分，因為這部分調(diào)試好過后，就可以方便A/D電路以及顯示的的調(diào)試和放大倍數(shù)的測算。所以，這一部分至關(guān)重要，將編譯、連接后生成的.hex文件燒錄進單片機，看是否達(dá)到所需的顯示效果，若達(dá)到則顯示正常。在本設(shè)計中，在將相關(guān)的程序燒錄進單片機后，發(fā)現(xiàn)液晶沒有顯