论文模板简易三极管测试仪三稿

宜宾学院

YIBIN UNIVERSITY

本科毕业论文（设计）

题 目： 简易三极管参数测试 专 业： 电子信息科学与技术 学生姓名： 刘伟平 学生学号： 060303009 系 别： 物理与电子工程学院 年级、班： 06级3班

指导教师： 职称： 讲师

年 月 日

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摘要

本系统是以单片机AT89S52为核心控制器，采用C语言编程设计的一款简易半导体三极管参数测试仪。该系统可以准确地测量中、小功率三极管的交、直流放大倍数，可以显示三极管的输入、输出特性曲线的同时,可以粗略的通过坐标读数,以及具有三极管损坏报警提示功能，还可通过继电器组的控制来实现引脚的自动切换。整机电路由测试电路、控制电路和显示电路三大模块组成。该测试仪具有使用方便、扩展性强等特点。

关键词：单片机；AD转换；引脚自动识别；采样调理；

I

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Abstract

The system is based on MCU AT89S52 as the core controller, using C language programming design parameters of a simple semiconductor transistor tester. The system can be accurately measured, the small power triode AC and DC amplification factor can display transistor input and output characteristic curve can also be rough reading through the coordinates, and the alarm function with transistor damage, can also relay the control group to achieve pin automatically. Machine circuits from the test circuit, control circuit and display circuit composed of three modules. This feature tester with easy to use, extensible, and so characteristic.

Keywords: microcontroller; AD conversion; pin automatic identification; sample conditioning;

II

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目录

摘要 ............................................................... I Abstract .......................................................... II 第一章 引言 ....................................................... 1 第二章 方案论证 .................................................... 2

2.1 系统方案 .................................................... 2 2.2 引脚自动识别方案设计 ........................................ 3 2.3 取样电路方案设计 ............................................ 3 2.4 显示部分方案设计 ............................................ 3 第三章 硬件设计 .................................................... 5

3.1 单片机最小系统及键盘显示模块 ................................ 5 3.2 DA模块 ...................................................... 8 3.3 基极、集电极电压源输出驱动电路 ............................. 10 3.4集电极功放电路 .............................................. 10 3.5 V/I转换电路 ................................................ 11 3.6 引脚切换电路 ............................................... 12 3.7继电器驱动电路 .............................................. 13 3.8 基极、集电极采样调理电路 ................................... 14 3.9 AD转换电路 ................................................. 14 3.10 电源电路 .................................................. 16 第四章 系统软件设计 .............................................. 18

4.1主程序的设计 ................................................ 18

4.1.1 主程序设计思路 ........................................ 18 4.1.2主程序的实现过程 ...................................... 19 4.2按键中断服务程序设计 ........................................ 20 4.3测试输出特性曲线过程如下所述 ................................ 20 4.4测试输入特性曲线过程如下所述 ................................ 21 4.5引脚切换程序流程图 .......................................... 21 4.6显示程序框图 ................................................ 22 第五章仿真及参数测试 .............................................. 23

5.1 程序编译、调试及仿真软件界面 ............................... 23 5.2 单片机最小系统及液晶显示的仿真 ............................. 25 5.3基极、集电极采样调理电路仿真 ................................ 25 5.3 V/I转换电路的仿真 .......................................... 26 5.4 基极、集电极电压源输出调理电路仿真 ......................... 27 结 论 ........................................................... 28 参考文献 .......................................................... 29 致 谢 ........................................................... 30

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第一章 引言

在电子行业，半导体器件的应用非常广泛，尤其是三极管的应用更为普遍，它的特性是否符合系统的要求，之接影响系统的指标性能，如功率放大电路，三极管没选好就会影响到放大器的带宽、驱动能力、以及效率等，因此三极管的选择就显得尤为重要。利用万用表可以测晶体管放大倍数,但却不能精准的显示晶体管的特性，只能测晶体管的直流放大倍数，而不能测交流放大倍数和得到输入、输出特性曲线；晶体管特性图示仪测试晶体管,功能很多，但却非常贵重，价格高，携带也不方便。本设计是以AT89S52单片机为控制核心的三极管参数测试仪，由DAC0832和多组继电器组成数控电压源为三极管的基极、发射极、集电极提供扫描电压，同时通过ADC0809进行数据采集，以三极管实现参数的测试。

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第二章 方案论证

2.1 系统方案

图2-1所示的是系统方案图。本设计以AT89S52单片机为控制核心，通过单片机和D/A转换器以及放大器实现程控电压源，以两个通道输出至基极和集电极，作偏置电压Vb、Vc，将发射极接地，通过调整Vb和Vc就能进行任意工作状态时的参数测量。分别在基极和集电极上串联一个采样电阻，通过对取样电阻两端的电压进行采样，得到电压数据，通过对电压的分析判断出E、B、C对应各引脚，结合对继电器组的控制以实现引脚的自动识别。再通过控制程控电压源电压的输出电压，同时对采样电阻上的电压进行采样，计算放大倍数、绘制特性曲线 。为此我们分别对各主要模块提出了以下几种方案。

集电极

D/A （1） 幅度功率 放 大 Rc1C继电器组23E123处理电路 取样电阻D/A 恒流源 RbB三极管

（2） 取样电阻 基极处理电路 显示电路 显示电路 A/D 采样 MCU

图2-1系统方案图

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2.2 引脚自动识别方案设计

方案一：由两个针对于B、C引脚的，输出电压范围的程控电压源输出相应的电压至每个引脚，然后通过控制继电器组的开关来切换三极管引脚与对应E、B、C测量电路的连接，以实现自动引脚识别。

方案二：通过电压检测到E、B、C对应三极管的引脚，然后通过继电器的开关来切换对应的采样电阻的选择，再控制三个电压输出通道的输出电压，来满足E、B、C工作所需的工作电压，以达到引脚自动识别的目的。这种控制方式较相对复杂。

方案选择：综合比较，采用方案一。

2.3 取样电路方案设计

方案一：用两路数据采集电路分别对基极电阻两端电压和集电极电阻两端电压进行采样。基极和集电极电压经过由运放构成的跟随器和同向比例放大器和减法器送A/D进行采样。若所测的电压为负，则经过反向比例电路转换成正电压以满足ADC0809采样的需要。

方案二：采用在发射极串联取样电阻，通过测量取样电阻两端电压间接测量电流

Ie的方法。这种方案由于电阻两端对地电压较低，便于放大检测。但由于发射极

电阻的存在，使基极电位很难确定，不便于基极电阻的选择，对Vce的确定也会带来一定困难。

方案选择：综合考虑，方案一电路结构简单，测量精度较高，采用方案一。

2.4 显示部分方案设计

方案一：把测量所得的参数和特性曲线通过液晶屏显示，采用128×64的液晶显示模块，其点阵密度足够我们显示效果较好的特性曲线。

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方案二：把所有的测量结果通过串口送到上位计算机进行显示，显示精度比较高，但不够方便灵活，并且在、上位机需要一个用户界面，实现起来工作量比较大。 方案选择：综合比较，采用方案一。

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第三章 硬件设计

3.1 单片机最小系统及键盘显示模块

如图3-1所示的是单片机最小系统以及键盘显示电路。系统中采用AT89S52作为核心控制器，显示部分采用液晶显示器FM12864M－12L做数据显示,键盘是由五个纽扣按键组成的独立键盘，复位电路由C1和R4组成，形成上电复位电路。时钟源采用的是12MHz的晶体，以发挥其最大处理速度。图中 J1、J2分别是液晶显示器FM12864M-12L的控制线和数据线接口，单片机AT89S52和液晶显示器FM12864-12L的具体参数如下。

+540A11S22S33S44S55S66+5C110uF+9R410KRSTP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.02827262524232221J212345678DATAAT89S52VCCS1P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7/EA393837363534333231R11KR21KR31KENRWRS123J1+5CTRLP1.5接LCDC230P1812MHzY119XTAL2XTAL1C330P20GND

图3-1 单片机最新系统图

3.1.2.1主要技术参数和显示特性

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1、电源：VDD 3.3V—5V(内置升压电路，无需负压)； 2、显示内容：128列× 64行 3、显示颜色：黄绿 4、显示角度：6:00钟直视 5、LCD类型：STN

6、与MCU接口：8位或4位并行/3位串行

7、多种软件功能：光标显示、画面移位、自定义字符、睡眠模式等 8、配置LED背光

3.1.2.2 并行连接的接口时序图 1、MCU写数据到模块

图3-2是从单片机写数据到显示器的通信时序图

图3-2 LCD写时序图

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2、MCU从模块读出数据

图3-3是单片机从显示器输出寄存器数据的通信时序图

图3-3 LCD读时序图

3.1.2.3 常用基本指令

常用基本指令如表一所示，

表一 常用基本指令

指令码 指令 RRDDDDDDDDS W B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 清屏 显示状态 开/关 0 功能0 设定 0 0 0 1 DL X RE

说明 将DDRAM填满“20H”，并且设定DDRAM的地址计数器(AC)到“00H” D=1：整体显示ON C=1：游标ON B=1：游标位置ON DL=1 (必须设为1) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 D C B X X RE=1： 扩充指令集动作 RE=0： 基本指令集动作

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设定CGR0 AM地址 设定DDR0 AM地址 读取忙碌标志0 (BF)和地址 写资料到1 RAM 0 0 1 AAAAAA设定CGRAM地址到地址计C5 C4 C3 C2 C1 C0 数器(AC) 0 4 AAAAAAAC6 C5 C4 C3 C2 C1 C0 设定DDRAM地址到地址计数器(AC) 读取忙碌标志(BF)可以确AAAAAAA认内部动作是否完成，同时1 BF C6 C5 C4 C3 C2 C1 C0 可以读出地址计数器(AC)的值 写入资料到 0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 内部的RAM(DDRAM/CGRAM/IRAM/GDRAM) 从内部RAM读取资料(DDRAM/CGRAM/ IRAM/G 读出1 RAM 1 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 3.2 DA模块

图3-4是DAC0832的内部结构图如图3-4所示，其引脚说明如下 ILE： 输入锁存允许信号, 高电平有效 CS：片选信号, 低电平有效 WR1：写信号1，低电平有效

当ILE、CS、WR1同时有效时, LE1=1，输入寄存器的输出随输入而变化，否则LE1=0， 将输入数据锁存到输入寄存器

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图3-4 DAC0832内部结构图

+5028CON8U1Cef+15r17BIT0C6VVILE192BIT1J4435BIT2Rfb944BIT3U2J3516BIT4Iout1112-+CON2615BIT5VOUT11714BIT6Iout2123+-V2813BIT7LM324_A11J512/CS1218WR1WR2/XREF17DD-15CON2NNGG30DAC08321

图3-5 DA转换电路

XFER：转移控制信号，低电电平有效 WR2：写信号2，低电平有效

XFER、WR2同时有效时, LE2=1，寄存器输出随输入而变化，否则LE=0，输入数据锁存到转换寄存器

将

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如图3-5所示的是DA转换电路，图中J3、J5分别是数据输入端和控制端口，在本设计中要用到两组DA转换电路而其数据口是并接在一起的，因此同控制WR1可以实现数据进入输入寄存器选择，控制WR2可实现数据进入转换寄存器的控制。通过DA转换后送运放LM324驱动再从CON2输出到后级调理电路。

3.3 基极、集电极电压源输出驱动电路

图3-6所示，是基极和集电极的前级驱动电路，该电路将从DA输出的电压信号从J1输入，经比例减法器调整并从J2输出。通过调整电位器RP1来调整输出电压的中点，调整R1、R2可以实现对减法器放大倍数的调整，因此该电路对基极和集电极都是适用的。

输出与输入的关系如式3-1，

Vo?-其中VA可通过RP1调整；

RESR1J121INRP1+1513AR3RES-15R4.RES12-OUT+LM324_D14U1J2OUT12R2 (VA-Vi) 式3-1；

R1RESR2 图3-6 基极和集电极的前级驱动电路

3.4集电极功放电路

在三极管的参数测量中，由于需要一个集电极偏置电压，并且还需要较大的电流（150mA）容量，如果直接将运放的输出作为偏置，那对运放的功率要求较高，就需要选用输出电流较大的运放，价格较贵，成本相对较高。图3-7是集电极功放电路，该电路是在前级采样普通运放的基础上将前级输出的电压信号进行

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VCCQ1TIP122J221CON2R15.1K328R424KA1OP07C5100PJ3CON212+-4R2R320KQ2TIP12710KVCC 图3-7集电极功放电路

电流放大，从而提高了输出电流。

其中，通过调整RW1可以调整电压放大倍数

3.5 V/I转换电路

由于在测量三极管的输出特性曲线需要一个精确的电流Ib，图3-8是V-I转换电路，将DA转换器输出的电压信号按一定的比例系数转换为电流信号。 如图3-5所示的电压-电流转换电路，由于引入了负反馈，U2构成同相和运算电路，U1构成电压跟随器，图中取R1=R2=R3=R4=R

U02=Up2

R4R4*UI?*Up2?0.5UI?0.5Up2

R3?R4R3?R4Up1?

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Uo28U1-OUT+910R4U2J121R3P1N156+OUT-7R0IoJ212Uo1R1R2 图3-8 V/I转换电路

U2构成同相和运算电路，因此

Uo1?(1?R2)Up1?2Up2，带入上式得 R1U01=Up2+UI,R0上的电压

UR0=U01-UP2=UI

UI Ro所以，Io?3.6 引脚切换电路

如图3-9所示的引脚切换电路，其中S1—S9是继电器的常开开关，由单片机控制，通过3组继电器的开关来实现J1(三极管插槽)和J2的引脚之间的任意切换，以达到引脚切换的目的。

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S1S2S3S4321S5S6EBCEBCCBEJ2321J1EBCS7S8S9

图3-9引脚切换电路

3.7继电器驱动电路

图3-10所示的是继电器驱动电路，由于继电器的工作电流较大，单片机不能直接驱动，需用三极管或其他功率器件进行驱动。在该设计中选用三极管9011进行电流驱动，9013的基本参数Icm=500mA,Vces=50V，能满足继电器的工作需要。由于继电器线圈在通断电时会参数感应电动势，对三极管的正常工作造成了威胁，图中的二极管D1起到保护三极管的作用。

VCCD11N4148S1J121CON2Q19013

图3-10继电器驱动电路

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3.8 基极、集电极采样调理电路

如图3-11所示的是采用调理电路，在对三极管的采样电阻上的电压进行采集的过程中，调理电路的输入阻抗不能对采样电阻的等效阻抗造成影响，由于运放的

J121CON2OP07CON2U2J221CON2R2OP07RfRES2U1R1RES2R3U3J312RES2U2U1OP07送AD

RES2图3-11 采样调理电路

输入阻抗较大，在此在调理电路的输入端采用电压跟随器进行电压跟随器（图中U2_A、U2_B），以提高调理电路的输入阻抗。再将电压跟随器输出的信号送后级减法器，取其差模电压并做相应的放大或衰减，以满足AD转换器的采样范围。在该电路中取R1=R2,R3=Rf，则Uo??Rf(U1?U2)。 R23.9 AD转换电路

AD转换器采用ADC0809其引脚分布图，如图3-12所示，

1234567891011121314IN3IN4IN5IN6IN7ATARTEOCD3OECLKVCCVREF+GNDD1IN2IN1IN0ABCALED7D6D5D4D0VREF-D22827262524232221201918171615

图3-12 ADC0809引脚图

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1、引脚功能如下：

IN0－IN7：模拟量输入通道。可以分时地分别对八个模拟量进行测量转换。 ADDA－C：地址线。通过这三根地址线的不同编码来选择对哪个模拟量进行测量转换。

ALE：地址锁存允许信号。在低电平时向ADDA－C写地址，当ALE跳至高电平后ADDA－C上的数据被锁存

START：启动转换信号。当它为上升沿后，将内部寄存器清0。当它为下降沿后，开始A/D转换。

D0－D7：数据输出口。转换后的数字数据量就是从这输出给S52的。 OE：输出允许信号，是对D0－D7的输出控制端，OE＝0，输出端呈高阻态，OE＝1，输出转换得到的数据。

CLOCK：时种信号。ADC0809内部没有时钟电路，需由外部提供时钟脉冲信号。一般为500KHz

EOC：转换结束状态信号。EOC＝0，正在进行转换。EOC＝1，转换结束，可以进行下一步输出操作

REF(+)、REF(-)：参考电压。参考电压用来与输入的模拟量进行比较，作为测量的基准。一般REF(=)＝5v REF(-)＝0V。 2、ADC0809工作原理图

ADC0809工作原理图如图3-13所示， 工作过程如下：

1、在IN0－IN7上可分别接上要测量转换的8路模拟量信号。 2、在ADDA－ADDC端输入通道地址。

3、将ALE由低电平置为高电平，从而将ADDA－ADDC送进的通道代码锁存。

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U2DCKD10232425/QQ+51112U4CLKCBAU1ALEAT89S52P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7/WRP2.7/RD39383736353433321628173011/G74LS373/OCU31VREF+VCC256J?262728123459622IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7OESTALED0D1D2D3D4D5D6D7171415818192021347183141718ADC080987654321CON813VREF-16GND 图3-13 ADC0809原理图

4、给START一个正脉冲。当上升沿时，所有内部寄存器清零。下降沿时，开始进行A/D转换；在转换期间，START保持低电平。 ⑤EOC为转换结束信号。在上述的A/D转换期间，可以对EOC进行不断测量，当EOC为高电平时，表明转换工作结束。否则，表明正在进行A/D转换。

5、当转换结束后，将OE设置为1并在此时可读取数据，当OE＝0，D0－D7输出端为高阻态，OE＝1，D0－D7端输出转换的数据。

3.10 电源电路

电源电路图如图3-14所示，将220V交流电通过变压器降压，在经桥式整流稳压滤波电路。图中采用可调稳芯片LM317和LM337作稳压器，再加上一些辅助对稳压器进行保护，在输入、输出端接上适当的电容进行滤波，以更好的减小纹波。其输出电压计算公式如下，

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5.4 基极、集电极电压源输出调理电路仿真

图5-9所示的是一个减法电路的仿真图，通过调整V1可以条件输出电压Vo与输入电压Vin的关系从而调整Vo的输出范围。该仿真验证了这个电路的可行性。

图 5-9减法器电路仿真图

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结 论

本系统采用多组放大器控制的采样电路，对各项数据准确、实时检测。 使用单片机作为中央控制器和计算器件，控制各个部分协调有序地工作。系统具有功能强，性能可靠的特点。采用了多种方法减小测量误差，用LCD显示测量结果，测量精度高，显示直观，全部实现了题目的要求。

可以准确地测量中、小功率三极管的交、直流放大倍数，可以显示三极管的输入、输出特性曲线的同时,可以粗略的通过坐标读数,以及具有三极管损坏报警提示功能，还可通过继电器组的控制来实现引脚的自动切换。

在本次设计过程中，充分体会到了创造的乐趣，在动手的过程中，不但增强了实践能力，而且在理论上有了更深的认识。

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参考文献

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[12]全国大学生电子设计竞.电子系统设计实践. 华中理工大学出版社.2005 [13] 马建国.电子系统设计. 高等教育出版社.2004 [14] 于枫.电子系统仿真分析教程. 科学出版社.2004 [15]技术资料查询网站http://www.alldatasheet.com/

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致 谢

本毕业设计和毕业论文是在甘德成老师的指导和同学的帮助下完成的，在此，谨对甘老师对我的培养和关怀，同学们的热心帮助致以衷心的感谢！

由于初次接触本设计，经验匮乏，有许多地方不了解，这使得我的设计处处受阻，如果没有李老师的悉心指导、督促，同学的勉励，想要完成这篇论文是很困难的。本次毕业设计使我的专业知识和实验技能有了很大提高，甘老师在我的设计过程中严谨的治学态度、夯实的专业知识、高度的责任感，也使我受益匪浅。

在此，我要感谢大学四年来所有老师对我的培养，感谢宜宾学院让我成长成为一个工作认真负责，思想积极向上的人。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/wtn2.html