【正文】 11 NE555 晶體管測量儀 方案二： 采用 8 位單片機(jī) AT89S52 作為系統(tǒng)核心 。系統(tǒng)的輸入輸出特性測量和頻率特性測量部分各使用一片單片機(jī)控制 。 由芯片 ADC080運(yùn)放 OPA27 和 INA120 構(gòu)成 電壓采樣電路 ， 數(shù)控電流源采用了 DA 轉(zhuǎn)換芯片 DAC0832， 在電路中應(yīng) 用了 CMOS電流開關(guān)和控制電路 來測量元件。并且 采用 DDS 芯片 AD9852 形成單片機(jī)控制的 數(shù)控頻率源 。經(jīng)過這些部分的鏈接 將示波器的兩個通道 Y Y2 接到電路上就可以實現(xiàn)晶體管頻率特性的測量 。 方案三：選用 ATmega 8 單片機(jī)， 在測量 時 使用其 內(nèi)部 ADC 端口采集數(shù)據(jù)后 對數(shù)據(jù)進(jìn)行 判斷 ，進(jìn)而得出 被測對象類型及具體參數(shù)。 3 方案選擇論證：在本次設(shè)計中，為了讓測量得更準(zhǔn)確、更穩(wěn)定，系統(tǒng)的核心制作應(yīng)具有電路簡單、功能強(qiáng)大、可靠性高、便于擴(kuò)展等優(yōu)點，顯然用 ATmega 8 單片機(jī) 來制作的晶體管測試儀符合了體積小 、 使用方便 可靠性高等要求，可以滿足人們的要求。因此方案三更適合本次設(shè)計。 顯示模塊方案 顯示部分是測量系統(tǒng)中實現(xiàn)人機(jī)交互的重要模塊，準(zhǔn)確實時的顯示元件參數(shù)。常用的顯示方案有以下幾種： 方案一：通過電平轉(zhuǎn)換芯片 MAX232 使該設(shè)計與電腦進(jìn)行數(shù) 據(jù)之間的傳輸，在 上位機(jī)界面 顯示測量結(jié)果。 方案二： LCD1602 液晶能顯示 162 個字符，并且有 串行和并行 數(shù)據(jù)傳輸方式，可以通過 1602 液晶顯示元件的參數(shù)，可以滿足本設(shè)計的基本需求。 方案選擇論證：在方案一中，通過串口實現(xiàn)在電腦上顯示元件參數(shù)使設(shè)計對電腦的依賴性很大，違背了簡單方便的原則。 LCD1602 可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)在其屏幕上用英文的形式顯示出來。本設(shè)計采用 LCD1602 串行 控制方法 對其測量結(jié)果進(jìn)行顯示 。 供電模式的選擇 電，是一個系統(tǒng)的能量來源，因此對供電的選擇也是十分的重要。供電模式分為以下三種方 案： 方案一：使用外接電源供電。 方案二：使用內(nèi)部電池供電。 方案三：外接電源與內(nèi)部電池 并用 。 方案選擇論證： 通過長時間的實踐經(jīng)驗，我選擇了方案三，既使用外部電源和電池 并用 的方法給系統(tǒng)供電，在正常的情況下使用外接電源，在戶外或不便時通過 9V 電池對系統(tǒng)供電使用起來非常方便。 4 第 2 章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 與軟件設(shè)計 第 1 節(jié) 電子元件測試 系統(tǒng)功能說明與組成 電子元件測試 儀的主要功能如下： 1．電阻器和電容器的測量 2． 自動檢測 NPN 和 PNP 三 晶體管， N 溝道和 P 溝道 MOSFET，二極管（包括雙二極管） ，晶閘管 3． 自動檢測和測試元件的引腳 4．測量 MOSFET 的柵極閾值電壓和柵電容 5． 使用液晶 LCD1602 顯示數(shù)據(jù) 6． 一鍵操作， 自動測量 電子元件測試 儀 的系統(tǒng)組成 該智能晶體管測量儀主要由主控制器模塊、晶體管測試模塊、顯示模塊、測試按鍵模塊、電源模塊組成。系統(tǒng)框圖如圖 21。 圖 21 系統(tǒng)整體框圖 第 2 節(jié) 系統(tǒng)硬件配置及說明 電子元件測試 系統(tǒng)原理圖 圖 22 為系統(tǒng)原理圖，原理圖中 ATmega 8 單片機(jī) 為整個系統(tǒng)的核心部分，系統(tǒng)中 ， 主控制器 ATmega 8 單片機(jī) 顯示模塊 LCD1602 鍵盤 測試模塊 晶體管 檢測模塊 系統(tǒng)電源模塊 5 程序是假設(shè) IO 口輸出 1 時，其端口電壓肯定為 0，無論其輸出多少電流。但實際上如果被拉的電流多了，該點電壓會下降的。所以系統(tǒng)程序是依賴于電源供電，必 需 要帶+5V 穩(wěn)壓，并用一個 AD 通道監(jiān)測輸入電壓以保證穩(wěn)壓芯片兩端有足夠壓降。使用LCD1602 作為顯示輸出， S1 為測試按鍵。 R11 為檢測供電電壓， R12 用來校準(zhǔn) ATmega 8 單片機(jī) 內(nèi)部 ADC。根據(jù)實際測量值計算轉(zhuǎn)換因子。采樣電阻 R1~R7 對結(jié)果影響很大，所以需要每個電阻的阻值盡量接近 680Ω 和 470KΩ。 PC6 (RESET)1PD0 (RXD)2PD1 (TXD)3PD2 (INT0)4PD3 (INT1)5PD4 (XCK/T0)6VCC7GND8PB6 (XTAL1/TOSC1)9PB7 (XTAL2/TOSC2)10PD5 (T1)11PD6 (AIN0)12PD7 (AIN1)13PB0 (ICP)14PB1 (OC1A)15PB2 (SS/OC1B)16PB3 (MOSI/OC2)17PB4 (MISO)18PB5 (SCK)19AVCC20AREF21GND22PC0 (ADC0)23PC1 (ADC1)24PC2 (ADC2)25PC3 (ADC3)26PC4 (ADC4/SDA)27PC5 (ADC5/SCL)28U1ATmega816PIGND1VCC2VL3RS4RW5E6D17D28D39D410D511D612D713D814VCC15GND16P2LCD1602R12680RVCCC2104C1104112233Q278L05VCC9VR733KR1127KDS1LEDR1327KR15100KC3104S1SWR1010KR83K3R910KVCCVCCVCCR1680RR2470KR3680RR4470KR5680RR6470KR14680RVCC1 2P49V IN9V231S2POWERQ18550Q38050Q48050123J1CON3 圖 22 系統(tǒng)原理圖 主控制芯片 ATmega8 單片機(jī)的 介紹 AVR 的單片機(jī)可以廣泛應(yīng)用于計算機(jī)外部設(shè)備、工業(yè)實時控制、儀器儀表、通訊設(shè)備、家用電器等各個領(lǐng)域。 ATmega 8 單片機(jī) 是 ATMEL 公司在 2021 年第一季度推出的一款新型 AVR 高檔單片機(jī)。 ATmega 8 單片機(jī) 的芯片內(nèi)部集成了較大容量的存儲器和豐富強(qiáng)大的硬件接口電路，具備 AVR 高檔單片機(jī) MEGE 系列的全部性能和特點。但由于采用了小引腳封裝，所以其價格僅與低檔單片機(jī)相當(dāng)，同時也為單片機(jī)的初學(xué)者提供了非常方便和簡捷的學(xué)習(xí)開發(fā)環(huán)境 [2]。 ATmega8 單片機(jī)的特點如下：高性能、低功耗的 8 位 AVR 微控制器，先進(jìn)的 RISC精簡指令集結(jié)構(gòu)先進(jìn)的 RISC 結(jié)構(gòu) ， 130 條功能強(qiáng)大的指令，大多數(shù)為單時鐘周期指令 ，32 個 8 位通用工作寄存器工作在 16MHz 時，具有 16MIPS 的性能片內(nèi)集成硬件乘法器片內(nèi)集成了較大容量的非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲器以及工作存儲器。 具有 豐富強(qiáng)大的 6 外部接 口 性能 有 16 位定時／計數(shù)器 1 個具有獨立振蕩器的異步實時時鐘 ， 8 通道 A/D轉(zhuǎn)換（ TQFP、 MLF 封裝）， 6 路 10 位 A/D+2 路 8 位 A/D， 6 通道 A/D 轉(zhuǎn)換（ PDIP 封裝）， 4 路 10 位 A/D+2 路 8 位 A/D， 帶片內(nèi) RC 振蕩器的可編程看門狗定時器 ， 片內(nèi)模擬比較器 ， 可控制的上電復(fù)位延時電路和可編程的欠電壓檢測電路 ， 外部和內(nèi)部的中斷源 18 個 。 最多 23 個可編程 I/O 口，可任意定義 I/O 的輸入 輸出方向；輸出時為推挽輸出，驅(qū)動能力強(qiáng) ； 輸入口可定義為三態(tài)輸入，可以設(shè)定內(nèi)部 帶 上拉電阻，省去外接 電阻 [3]。 ATmega 8 單片機(jī)的引腳配置 圖 23 ATmega 8 引腳圖 ATmega 8 單片機(jī)引腳說明：端口 C(PC7—— PC0)作為 A/D 轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端。端口 C 為 8 位雙向 I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出 和吸收大電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口 C 處于高阻狀態(tài)。端口 B(PB7—— PB0)為 8 位雙向 I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口 B 處于高阻狀態(tài)。也可以用做其他不同的特殊功能 。 端口 D(PD7—— PD0)為8 位雙向 I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對 稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口 D 處于高阻狀態(tài)。端口 D 也可以用做其他不同的特殊功能 。 RESET 復(fù)位輸入引腳。持續(xù)時間超過最小門 7 限時間的低電平將引起系統(tǒng)復(fù)位。持續(xù)時間小于門限間的脈沖不能保證可靠復(fù)位 [4]。 引腳 XTAL1 為 反向振蕩放大器與片內(nèi)時鐘操作電路的輸入端 。 XTAL2 為 反向振蕩放大器的輸出端。 AVCC 是端口 A 與 A/D 轉(zhuǎn)換器的電源。不使用 ADC 模塊 時，該引腳應(yīng)直接與 Vcc 連接。使用 ADC 時應(yīng) 通過一個低通濾波器與 Vcc 連接。 AREF 為 A/D的模擬基準(zhǔn)輸入引腳 [5]。 其他元件說明 在本設(shè)計中采用 L7805 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、過熱及保護(hù)電路，使用起來可靠、方便，而且價格便宜。圖 25 為 L7805實物圖。 圖 25 L7805 實物 圖 本設(shè)計采用 LCD1602 液晶作為顯示部分， LCD1602 液晶能顯示 162 個字符，并且使用四線制數(shù)據(jù)傳輸方式。 LCD1602 采用標(biāo)準(zhǔn)的 16 腳接口，其中引腳說明如下：第1 腳 為 Vss 為電源地 。第 2 腳 為 VDD 接 5V 電源正 極 。第 3 腳 是 V0 為液晶顯示器對比度調(diào)整端， 當(dāng) 接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高。第 4 腳 為 RS 為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第 5 腳 為 RW 為讀寫信號線，高電平時進(jìn)行讀操作，低電平時進(jìn)行寫操作。第 6 腳 是 E 端為使能端。 D0～ D7為 8 位雙向數(shù)據(jù)端。 LCD1602 的 背燈電源 為 15 腳背光正極， 16 腳背光負(fù)極。圖 26為 LCD1602 的實物圖 。 8 圖 26 LCD1602 實物圖 第 3 節(jié) 電子元件 的測量原理 電子元件的測試儀的測試電路如圖 31 所示， PX、 PY、 PZ分別接入 ATmega 8 單片機(jī)的 ADC 模塊引腳， PX PX PY PY PZ PZ2 分別接入 ATmega 8 單片機(jī)端口 B 雙向 I/O 口，當(dāng) X Y Z 引腳接入被測元件后，按下測試按鈕， 程序就會分別設(shè)置 X Y Z 通道電平，分別測量 X Y Z 這 3 個通道電阻上是否存在電壓，所有 ADC 通道都進(jìn)行對 X Y Z 通道上電阻上壓降的采樣， 只要任意一個通道上電阻有壓降說明導(dǎo)通了， 只要導(dǎo)通則記錄其狀態(tài)，然后根據(jù)對照真值表可以得出 X Y Z 引 腳接的是電子元件中 哪 一只 引 腳。程序的關(guān)鍵就是各種元件的真值表 ， 元件 真值表與 元件判斷程序見附錄。 Q1TESTR1470KR2470KR3470KR4680R5680R6680XYZPX1PX2PXPY1PY2PYPZ1PZ2PZ 圖 27 被測電路 第 4 節(jié) 主程序軟件流程圖 主程序功能是初始化及按鍵監(jiān)控。如 圖 32 所示，本設(shè)計程序流程圖 ， 本次設(shè)計采用了 ATmega 8 內(nèi)部 ADC 模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與分析，最后取平均值，達(dá)到更精確。最 9 后由 LCD1602 顯示出晶體管的參數(shù)。當(dāng)被測晶體管接入電路后按下測試按鍵等待數(shù)秒后液晶上就會顯示該晶體管的具體參數(shù)，從而實現(xiàn)晶體管的測量。 部分程序見附錄。 圖 28 系統(tǒng)流程圖 開始 初始化 數(shù)據(jù)處理 AD 采樣 LCD1602 顯示 結(jié)束 有鍵按下？ 是 否 10 第 3 章 測試結(jié)果 第 1 節(jié) 參數(shù)測試結(jié)果 用本 套系統(tǒng)對實驗室現(xiàn)有的電子元器件進(jìn)行測量，相應(yīng)的數(shù)據(jù)如表 41 到 表 44 所示。 表 41 電阻參數(shù)測試結(jié)果 電阻 阻值 3Ω 5Ω 100Ω 102Ω 735Ω 997Ω 10 KΩ KΩ 1M Ω 9092K Ω 表 42 二極管參數(shù)測試結(jié)果 A K Uf 紅色發(fā)光 LED 1 2 1708mV 綠色發(fā)光 LED 2 1 2926mV 二極管 IN4001 2 1 697 mV 二極管 IN4007 3 1 687mV