【正文】 將周 期地閃亮；否則，為壞的。 555 測(cè)試模塊與 741 測(cè)試模塊設(shè)計(jì)方案與論證 （ 1） 方案一 ： 555 芯片與 741 運(yùn)放綜合測(cè)試模塊。其缺點(diǎn)是 對(duì)于 開發(fā)環(huán)境不熟悉，需要較長(zhǎng)的開發(fā)周期。 （ 3） 方案三：以 MSP430 等新型單片機(jī)為控制核心。 （ 2） 方案二：以 ARM7 嵌入式電路板作為控制核心；內(nèi)嵌 UC/OSⅡ操作系統(tǒng)，電路 測(cè)試的信號(hào)經(jīng)過單片機(jī)處理后將處理結(jié)果在液晶屏上顯示出來。 它具有 價(jià)格便宜，軟件處理簡(jiǎn)單方便 的 優(yōu)點(diǎn) ，在性價(jià)比和時(shí)間上占很大優(yōu)勢(shì)，特別是 STC89LE58RD+等單片機(jī)相對(duì)功耗較低，有利于減小系統(tǒng)功耗。測(cè)試儀總體設(shè)計(jì)框圖 如圖 所示。 系統(tǒng)方案 本設(shè)計(jì)中，考慮到單片機(jī)具有物美價(jià)廉、功能強(qiáng)、使用方便靈活、可靠性高等特點(diǎn)，擬采用 AT89C51 系列的單片機(jī)為核心來實(shí)現(xiàn) 555 芯片、電容、二極管、三極管、741 運(yùn)放測(cè)試模塊的控制。因此， Proteus 具 有較高的推廣利用價(jià)值。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 4 頁(yè) 共 41 頁(yè) 使用 Proteus 軟件進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng) 的 仿真設(shè)計(jì)，是 把 虛擬仿真技術(shù)和計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)相結(jié)合的綜合運(yùn)用， 這樣可以 培養(yǎng)學(xué)生的電路設(shè)計(jì)能力及仿真軟件的操作能力；在 單片機(jī)課程設(shè)計(jì) 中，我們使用 Proteus 開發(fā)環(huán)境對(duì)學(xué)生進(jìn)行培訓(xùn)，在 完全 不需要硬件投入的條件下，學(xué)生普遍反映，與 單 純學(xué)習(xí)書本知識(shí) 相比單片機(jī)的學(xué)習(xí) 更容易接受，更容易提高?？梢?縮短 設(shè)計(jì)時(shí)間 、減少資金投入 ， 同時(shí) 也可降低工程制造的風(fēng)險(xiǎn)。 隨著 科 學(xué) 技 術(shù) 的發(fā)展，“計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)”已經(jīng) 成為許多 電子設(shè)計(jì)部門重要的前期設(shè)計(jì)手段。 課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)是學(xué)生走向就業(yè)過程中 重要 的 實(shí)踐環(huán)節(jié)。 但 它的元器件、連接線路等卻和 普通 的 單片機(jī) 實(shí)驗(yàn)硬件高度對(duì)應(yīng)。 PROTEUS 不僅可將單片機(jī)實(shí)例功能形象化，而且可將許多單片機(jī)實(shí)例運(yùn)行過程形象化。它實(shí)現(xiàn)了在計(jì)算機(jī)上完成從原理圖設(shè)計(jì)與電路設(shè)計(jì)、單片機(jī)代碼級(jí)調(diào)試與仿真、 電路分析與仿真 、 系統(tǒng)測(cè)試與功能驗(yàn)證到形成 PCB 的完整的電子設(shè)計(jì)、研發(fā)過程。 單片機(jī)系統(tǒng)的 PROTEUS 設(shè)計(jì)與仿真 PROTEUS 是英國(guó) Labcenter Electronics 公司研發(fā)的 EDA 工具軟件。 單片機(jī)的出現(xiàn)是計(jì)算機(jī)發(fā)展史上的一個(gè)很重要的里程碑，是智能化的核心。與此同時(shí)，低成本、高性能的硬件元器件也在不斷地發(fā)展和出新，這為嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了更多的選擇。將它嵌入到形形色色的應(yīng)用系統(tǒng)中，它就成為眾多產(chǎn)品、設(shè)備的 智能化核心。 單片機(jī) 系統(tǒng) 單片機(jī)就是微控制器，它是嵌入式系統(tǒng)中重要且發(fā)展迅速的組成部分。在設(shè)計(jì)中，各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)也是基于原理簡(jiǎn)單、元器件性價(jià)比高的 原則。同時(shí)，本文設(shè)計(jì)的電子器件測(cè)試儀還可以 應(yīng)用在日常教學(xué)實(shí)驗(yàn)中， 其設(shè)計(jì)原 理簡(jiǎn)單，操作也十分快捷。 本文設(shè)計(jì)的電子器件測(cè)試儀主要的服務(wù)群體是學(xué)生 。 雖然 現(xiàn)在 電子測(cè)試儀種類繁多，功能也越來越齊全，但目前還沒出現(xiàn)一種測(cè)試儀能檢測(cè)日常 生活中 所用到的所有電子元件。該測(cè)試儀與眾不同 ， 它能在同一點(diǎn)位置上同時(shí)測(cè)試出整 片硅片的厚度、電阻率 、晶片電阻 及摻雜型號(hào) ， 而不接觸硅片的拋光表面。其中包括最先進(jìn)的靜電測(cè)試儀， 直流電阻測(cè)試儀， 數(shù)字式接地電阻測(cè)試儀。 在國(guó)外，為 適應(yīng)高可靠電子元器件發(fā)展對(duì)質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)的要求 ，美國(guó) 通過對(duì)GJB548“微電子器件試驗(yàn)方法和程序”頂層結(jié)構(gòu)的剖析和典型具體細(xì)微內(nèi)容的研究， 提高 了 軍用電子元器件質(zhì)量檢測(cè)能力 。測(cè)試儀器行業(yè)目前已經(jīng)越過低谷階段，重新回到了快速發(fā)展的軌道，尤其最近幾年，中國(guó)本土儀器取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，特別是通用電子測(cè)量設(shè)備研發(fā)方面，與國(guó)外先進(jìn)產(chǎn)品的差距正在快速縮小，對(duì)國(guó)外電子儀器巨頭的壟斷造成了一定的沖擊。有了這樣一臺(tái) IC 測(cè) 試儀，就像有了一個(gè)“聽診器”，可以在焊裝芯片等器件之前對(duì)其進(jìn)行“體檢”，把故障排除在萌芽階段。除了 可以使用 萬(wàn)用表對(duì)電阻、電容、二極 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 2 頁(yè) 共 41 頁(yè) 管等器件進(jìn)行檢測(cè)外，還 需要 經(jīng)常用到集成電路測(cè)試儀，也稱 IC 測(cè)試儀?？傊覀儚娜魏蔚胤讲少?gòu)的器件誰(shuí)也不能保證它們是 100%合格的。到時(shí)除了后悔當(dāng)時(shí)沒有仔細(xì)檢查器件質(zhì)量就盲目 焊接，恐怕也沒什么可抱怨 的。有時(shí) 費(fèi)盡心機(jī)設(shè)計(jì)了一個(gè)完美無瑕的系統(tǒng)電路，并且費(fèi)盡力氣正確地焊接 了所有元器件，一 運(yùn)行 時(shí)系統(tǒng)還是會(huì)出現(xiàn)不工作或者與設(shè)計(jì)不同的運(yùn)行效果。如何順利地完成從電路圖到一個(gè)成型并運(yùn)轉(zhuǎn)正常 的電子系統(tǒng)，需要很大的技術(shù) 。電子計(jì)算機(jī)尤其是微型電子計(jì)算機(jī)與電子測(cè)量?jī)x器相結(jié)合，構(gòu)成了一代嶄新的儀器和測(cè)試系統(tǒng)，即人們通常所說的“智能儀器”和“自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)” ，它不僅改變了若干傳統(tǒng)測(cè)量的概念，更對(duì)整個(gè)電子技術(shù)和其他科學(xué)技術(shù)產(chǎn)生了巨大的推動(dòng)作用。由于大規(guī)模集成電路的大量應(yīng)用，使得現(xiàn)代電子測(cè)量?jī)x器體積更小、功能更全面、可靠性更高、功耗更低?？焖?、實(shí)時(shí)、精確、自動(dòng)的測(cè)量已經(jīng)發(fā)展 成 為 現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)的主流。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 1 頁(yè) 共 41 頁(yè) 1 緒論 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，電子技術(shù)在航空航天、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸?shù)葒?guó)民經(jīng)濟(jì)諸多領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，而電子測(cè)量又是電子技術(shù)信息檢測(cè)的重要手段，在現(xiàn)代高科技應(yīng)用技術(shù)中起著非常重要的作用。 伴隨著工業(yè)生 產(chǎn)的發(fā)展，對(duì)測(cè)量提出了更高的要求。 20 世紀(jì)是基于大規(guī)模集成電路發(fā)展的重要時(shí)期，它同時(shí)也促進(jìn) 了電子測(cè)量?jī)x器技術(shù)的革命。 課題背景及 意義 近年來， 計(jì)算技術(shù)和微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展為電子測(cè)量和測(cè)量?jī)x器增添了巨大活力。 電子測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用 在電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，電子器件及它們的有機(jī)連接構(gòu)成了具有各種功能的電子電路 。無論是電路圖設(shè)計(jì) 中有任何紕漏或焊接 時(shí) 有任何差錯(cuò)，都有可能導(dǎo)致電子系統(tǒng) 最終 無法正常工作。如果排除設(shè)計(jì)和焊接 的失誤，出現(xiàn)不正常的原因恐怕就是某個(gè)或多個(gè)電子元器件本身存在質(zhì)量問題，致使系統(tǒng)中某 些 模塊狀態(tài)異常。 各種各樣的器件如電阻、電容、集成電路等都是由工廠生產(chǎn)的，雖然工廠努力把器件的出廠合格率做到 100%，但是 其中具有一些 瑕疵還是不可避免的，這有可 能是出廠檢測(cè)的疏漏，也有可能是在運(yùn)輸、儲(chǔ)存器件時(shí)因內(nèi)、外部環(huán)境改變而使器件的質(zhì)量發(fā)生變化。所以，在焊接 元器件之前有必要對(duì)它們進(jìn)行一次全面的“體檢”，這對(duì)最終系統(tǒng)的正確性、穩(wěn)定性、可靠性都 具有很大的 意義。根據(jù) IC 測(cè)試儀的型號(hào)不同，可以測(cè)量的芯片也不同， 其中 包括定時(shí)器、運(yùn)算放大器、比較器、穩(wěn)壓器、二極管、光耦、驅(qū)動(dòng)器和通信 IC 等。 近年來 我 國(guó)測(cè)量?jī)x器的可靠性和穩(wěn)定性問題得到了很多方面的重視，狀況有了很大改觀。隨著模塊化和虛擬技術(shù)的發(fā)展，為中國(guó)的測(cè)試測(cè)量?jī)x器行業(yè)帶來了新的契機(jī)，加上各級(jí)政府日益重視，以及中國(guó)自主應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)研究的快速進(jìn)展， 都在為該產(chǎn)業(yè)提供前所未有的動(dòng)力和機(jī)遇。 目前全球針對(duì)電子 測(cè)量的儀器種類繁多，功能也相當(dāng)齊全。就拿 Tencor 公司儀器部生產(chǎn)的Sonogagept_2 型無接觸測(cè)試儀為例，它 可以為硅片檢測(cè)提供 簡(jiǎn)易準(zhǔn)確、無接觸的測(cè)試手段。具有速度快、精度高、無沾污及較高的穩(wěn)定性等特點(diǎn)。所以在這一方面，還有待人類的進(jìn)一步研究。在學(xué)生平時(shí)的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中也需要檢測(cè)各種常用元器件的功能好壞，但市面上的檢測(cè)儀不僅 價(jià)格昂貴 ，且 功能單一 ，讓許多電子設(shè)計(jì)愛好者望文卻步。 由于 學(xué)生對(duì)單片機(jī)的熟悉程度和運(yùn)用能力相對(duì)較高，所以本文設(shè)計(jì) 是以單片機(jī)為核心的電子器件測(cè)試儀。盡管本設(shè)計(jì)全方位考慮其功能實(shí)現(xiàn)和產(chǎn)品的完美，但肯定還有不足，這 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 3 頁(yè) 共 41 頁(yè) 需要以后進(jìn)行更深一步的探討和研究。單片機(jī)接上振蕩元件（或振蕩源）、復(fù)位電路和接口電路，載入軟件后，可以構(gòu)成單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。 隨著單片機(jī)運(yùn)行速度的提高和片內(nèi)資源的增加，系統(tǒng)中必要的硬件配置已經(jīng)可以大大減少，某些硬件的功能也可以有軟件來實(shí)現(xiàn)。某些功能到底是由硬件完成，還是由軟件實(shí)現(xiàn)，要根據(jù)系統(tǒng)要求、性價(jià)比、可靠性和開發(fā)周期等多種因素綜合考慮。單片機(jī)使計(jì)算機(jī)從海量數(shù)值計(jì)算進(jìn)入到智能化控制領(lǐng)域。 它 是目前世界上最完整的多種型號(hào)單片機(jī)（微控制器）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真平臺(tái)。 PROTEUS 從 1898 年問世至今，經(jīng)過了近 20 年的使用、發(fā)展和完善，功能越來越強(qiáng)。前者可在很大 程度上 能得到實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)的效果，后者卻 是實(shí)物 演示實(shí)驗(yàn)難以達(dá)到的效果。這在相當(dāng)程度上 能 替代 傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的功能 。由于 PROTEUS 能提供 實(shí)驗(yàn)室無法相比的大量的元器件庫(kù)， 并且 提 供了修改電路設(shè)計(jì)的靈活性、提供了實(shí)驗(yàn)室在數(shù)量和質(zhì)量上難以相比的虛擬儀器、儀表，因而也為 學(xué)生 提供了 培養(yǎng)實(shí)踐精神、創(chuàng)造精神的平臺(tái) 。它具有設(shè)計(jì)靈活，結(jié)果和過程的統(tǒng)一的特點(diǎn)。相信在 將來 單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用中 PROTEUS也能茯得愈來愈廣泛的應(yīng)用。實(shí)踐證明，先 使用 Proteus 進(jìn)行系統(tǒng)仿真 等開發(fā)成功之后再進(jìn)行實(shí)際制作，可以 極大提高單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)效率。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 5 頁(yè) 共 41 頁(yè) 2 總體方案 論證 根據(jù)題目要求，此電子器件測(cè)試儀由下列模塊組成：主控電路模塊、按鍵選擇模塊、液晶顯示模塊、 555 測(cè)試模塊、 運(yùn)放 741 測(cè)試模塊、電容測(cè)試模塊、二、三極管測(cè)試模塊，具體論證與設(shè)計(jì)方案如下。顯示模塊擬采用 LCD1602 來顯示檢測(cè)結(jié)果。 圖 測(cè)試儀總體設(shè)計(jì)框圖 設(shè)計(jì)方案論證 主控模塊設(shè)計(jì)方案與論證 （ 1） 方案一： 以 51 單片機(jī)為控制核心，電路測(cè)試的信號(hào)經(jīng)單片機(jī)處理后 將處理的 結(jié)果在液晶屏上顯示出來。缺點(diǎn)是 51 系列單片程序處理時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，供電電壓相對(duì)較高。其優(yōu)點(diǎn)是 縮短了數(shù)據(jù)處理 的時(shí)間 ， 并且 其單片機(jī)適合節(jié)點(diǎn)給定電壓，不需要升壓，減少了一定的外圍電路，但是其價(jià)格較貴，在軟件處理 方面 較復(fù)雜，在性價(jià)比和時(shí)間上有一定的 差距。 MSP430 系列單片機(jī)可以設(shè)鍵盤控制模塊 LCD1602 顯示模塊 主控制器 AT89C51 單片機(jī) 二、三極管測(cè)試模塊 555 測(cè)試模塊 運(yùn)放 741 模塊 電容測(cè)試模塊 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 6 頁(yè) 共 41 頁(yè) 置其工作在低功耗 模式下，功耗低于 C8051 系列的一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，擁有業(yè)界最低功耗，很適合電池組低壓供電的 。 通過比較，從多方面因素考慮，我選擇了方案一，采用 51 單片機(jī)。用兩個(gè)小 8 腳雙列直插 IC 座，如圖 連接。 741 的接法由開關(guān) K2 控制。 圖 555 與 741 檢測(cè)電路 （ 2） 方案二： 555 芯片 與 741 運(yùn)放獨(dú)立測(cè)試模塊。 741 測(cè)試模塊是利用插入的運(yùn)放 741 與外圍的電阻構(gòu)成一個(gè)比較器，單片機(jī)通過檢測(cè)比較器的輸出就可以判斷運(yùn)放的質(zhì)量。 二極管和三極管測(cè)試模塊設(shè)計(jì)方案與論證 （ 1） 方案一：二極管的測(cè)試采用正弦半波法。脈沖持續(xù)時(shí)間Tp、正相電流變化率 — dif/dt 和 C1 兩端的電壓 V1 應(yīng)與規(guī)定條件一致，即可判斷二極 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 7 頁(yè) 共 41 頁(yè) 管是否導(dǎo)通 。電路如 圖所示，測(cè)試時(shí)通過變色發(fā)光二極管 LED1 和 LED2 的組合發(fā)光顏色不同來實(shí)現(xiàn)判別。但這種方法比較復(fù)雜，且不能充分利用芯片資源。二極管的正極與 51 單片機(jī)的 端口連接， 通過判斷二極管是否導(dǎo)通就可檢測(cè)出二極管的正反向性。此方法 操作簡(jiǎn)單快捷，符合本設(shè)計(jì)的要求。 電容測(cè)試模塊設(shè)計(jì)方案與論證 （ 1） 方案一：利用多諧振蕩原理如圖 所示。在電源剛接通時(shí)，電容 C 上的電壓為零，多諧振蕩器輸出 V0 為高電平 V0 通過 R 對(duì)電容 C 充電。當(dāng) Vc=Vr 時(shí)施密特觸發(fā)器又翻轉(zhuǎn)，輸出Vc 又變?yōu)楦唠娖?，如粗往?fù)產(chǎn)生震蕩波形