毕业设计（论文）-多功能晶体管测试仪设计.doc

编号： C98 毕业设计(论文)说明书多功能晶体管测试仪电子工程学院李 斌 0400820120黄 新讲 师课 题： 院 （系）：专 业：学生姓名：学 号：指导教师：职 称：理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发题目类型： 年 月 06 日 第5页 共5页摘 要晶体管的出现在电子器件的历史上具有划时代的意义，在当今社会的重要性更是不容忽略，它实际上是所有现代电器的关键活动元件。因而研究测量其参数的测试仪器的具有重大的意义。在分析传统XJ4810 型晶体管特性图示仪的电路结构和功能实现的基础上，结合模拟和数字电子技术的特点，确立了整个系统构成。本系统以凌阳16位单片机SPCE061A为核心，其内部集成了两路10位DA和7通道的AD，用一路DA输出作为压控电压源的输入端，压控电压源的输出端作为集电极电压的控制端；另一路DA则作为压控恒流源的输入端，压控恒流源的输出端则作为基极的电流控制端。用其中的两路AD分别采样基极和集电极电压，采样结果送CPU处理后再送液晶显示器显示。系统采用的液晶显示器是LCM12664ZK点阵图形液晶模块，显示效果好。系统软件采用C语言在凌阳单片机集成开发环境nSP IDE 2.0.0上编程，利用模块化的程序设计方法编写系统各模块程序，使整个系统性能稳定，易于扩展。本系统的压控恒流源和压控电压源都是采用运放构成，电路简单，精度能满足设计要求。经测定恒流源的输出范围为100uA，误差为0.5uA；电压源的输出范围10V, 误差为0.02V。本测试系统目前能够完成三极管管型和极性判别、输入、输出特性曲线、放大倍数等参数以及二极管一些参数的测定。它具有功能稳定，精确度较高，易于功能扩展等特点。关键词：SPCE061A；LCM12864ZK；晶体管参数；压控恒流源；压控电压源AbstractThe appearance of transistor has an epochal impact on the history of electronic element, and its significance could not ignore as the active component of all most of electronic devices. So, taking a research on the transistor tester for measuring its parameter has great importance.Based on the analysis of general configuration and working principle the tradition instrument XJ4810, combined with the analog and digital electronic technology, we ascertain the systems structure. This system bases on SPCE061A, which contains two DAC and seven ADC, one DAC is used as the input of VCVS(Voltage Controlled Voltage Source), which output is used to control the voltage of collector. The other DAC is used as the input of VCCS(Voltage Controlled Current Source), which output is used to control the current of base. The two of seven ADC are used to sample the voltage of collector and base respectively, and the result is send to the display after processing of processor. This system used LCM12864ZK as the display, which has nice display effect. This system software is developed on Integrated Development Environment nSP 2.0.0 using C langue, and we utilize the modularization method of program design to make the system stable function and to be pronged to other function.This systems VCCS and VCVS are both compose of amplifier. The circuit is simple, and the precision can meet the demands of design. The result of experiments proves that the range of output current of VCCS is from -100uA to +100uA, the error is 2.0uA and the range of output voltage of VCVS is from -10V to +10V, and the error is 0.05V.The system can measure the type and polarity, the input characteristic curve, the output characteristic curve, and amplification of transistor parameter and diodes. It has the stable function and high accuracy. It is easy to be expanded its function.Key words：SPCE061A;LCM12864ZK;Transistor Parameter ;VCCS;VCVS目 录引言11 设计任务及要求12 设计方案比较与论证12.1 系统构架比较22.2 显示方案比较22.3 受控源32.3.1受控源选择32.3.2电流源42.3.3电压源42.4 调理模块53 硬件电路设计53.1 凌阳16位单片机SPCE061A简介53.1.1SPCE061A单片机概述53.1.2内部结构简要说明63.1.3“61A”板介绍73.2 测量电路的设计83.3 压控恒流源电路93.4 压控电压源电路113.5 电压调理电路123.6 键盘和LCD显示电路134 系统软件设计144.1 系统软件设计概述144.2 端口分配154.3 液晶模块程序编写164.3.1LCM12864ZK介绍164.3.2基础驱动程序编写174.3.3用户API 功能函数编写184.4 功能模块编程194.4.1管型和极性的判别194.4.2直流放大倍数的测量204.4.3输入特性曲线测量214.4.4输出特性曲线测量224.4.5其它功能扩展235 系统调试及测定245.1 硬件调试方法及过程245.1.1调试仪器245.1.2调试过程245.2 软件调试及标定245.2.1恒流源测定245.2.2压控电压源的测定265.2.3AD电压采样的测定286 结果测量及分析296.1 测试仪器296.2 测试数据及分析296.2.1管型判别296.2.2放大倍数的测量296.2.3输入特性曲线的测量306.2.4输出特性曲线的测量317 总结32谢 辞33参考文献34附 录35 第45页 共52页引言50 年代起，电子器件出现了重大的突破，晶体管逐渐代替了电子管器件，使电子工业由电子管时代迈向晶体管时代，这是一次阶段性的飞跃。随着晶体管的出现，测量其参数的测试仪器晶体管管特性图示仪也相应而生，并随着晶体管的发展而发展。晶体管的参数是用来表征管子性能优劣和适应范围的指标，是选管的依据。为了使管子安全可靠的工作，必须注意它的参数。晶体管特性图示仪是一种能在示波管屏幕上观察和测试半导体管特性曲线和直流参数的测量仪器。目前学校教学使用的晶体管特性图示仪仍然是老式的体积庞大的模拟阴极射线管显示仪器，开发一种易用、便携、廉价的新型图示仪是具有现实意义的。晶体管参数测试仪与其它电子测量仪器一样，也经历了全电子管式全晶体管式晶体管与集成电路混合式几个发展阶段。1964 年，我国第一台电子管式的半导体管特性图示仪JTl 型图示仪问世。70 年代初上海无线电二十一厂试制了QT2型晶体管式的图示仪，满足了半导体器件飞速发展的需要。80 年代，以XJ4810型为主要代表的晶体管与集成电路混合式的半导体管特性图示仪问世。它采用了CMOS 数字电路、D/A 变换器代替传统的RC 充放电电路，使阶梯波质量有了质的飞跃；采用直流光点扫描，避免了容性电流干扰，使微电流测试范围由1A/div扩展到20nA/div。目前，晶体管测试仪正向数字化、智能化方向发展，具有LCD 显示、数字读出、光标测量的图示仪已经问世。数字技术、计算机技术、微电子技术大量应用于图示仪中，使它成为智能化的自动测量仪器。 本系统定位于利用模拟与数字技术实现传统的晶体管参数测试仪的基本功能，尽力实现减小体积重量、性能稳定、参数测试准确、成本低、兼容性好的特点。本系统以内部集成两路DA和7路AD的凌阳16单片机为核心，实现控制和数据采集，并通过液晶显示模块LCM12864ZK对各项参数和输入输出曲线进行显示。1.设计任务及要求设计一个晶体管参数测试仪，实现以下功能：（1） 能判别二极管好坏，极性；（2） 能判别三极管管型，极性，好坏；（3） 三极管测量；（4） 晶体管输入特性和输出特性测试；（5） 利用液晶显示相关信息及曲线。2.设计方案比较与论证针对课题要求，经过分析，我认为主要由六个功能模块来实现系统设计。如图2.1所示。控制和处理模块电压源电流源采样和调理模块测量电路模块显示模块键盘模块受控源模块 图 2.1 系统功能模块图下面分别从系统构架、显示方案、受控源以及调理模块等主要模块对各个方案进行分析比较，得出最适合本设计要求的方案。2.1 系统构架比较方案1: Atmel 89C51芯片ADC0809+DAC0832制作控制采样及数据处理模块。这种组合的优点是技术成熟，成本较低。缺点是使用芯片多，连线多，导致系统稳定性下降；由于使用的是8位ADC、DAC，精度不会很高。方案2：凌阳16位单片机SPCE061A负责控制采样、数据处理。由于SPCE061A内置7通道10位ADC及两路10位DAC，使系统连线大为减少，内置的10位ADC、DAC使系统精度大为提高。方案3：用DSP芯片或CPLD完成数据处理，外置ADC、DAC。此方案系统复杂，成本过高，编程不便。方案1价格低廉，但是系统稳定性不如其他的两个方案。方案3的性能是优越的，测试的速度和精度都要比前两个方案高，但是价格太高。由性价比方面考虑，我们采用的方案2是比较优越的。2.2 显示方案比较方案1：采用模拟示波器来显示晶体管的输入和输出特性曲线简易，但显示其他参数时不直观，而且示波管体积较大。方案2：采用点阵图形液晶模块显示，显示界面清晰直观，可以直接显示测量结果，体积小，轻便。方案3：把所有的测量结果送到上位计算机处理并进行显示，显示精度比较高，但不够方便灵活，并且需两个全双工串行接口，需要编写上位机程序，实现比较困难。考虑到尽力实现减小体积和重量的系统设计目标，所以我们选择了方案2。2.3 受控源2.3.1受控源选择三极管共射极连接时的输入曲线描述的是当输出电压为某一数值（即以为参变量）时，输入电流与输入电压之间的关系。用函数表示为： (2-1)而输出曲线描述的是当输入电流为某一数值（即以为参变量）时，集电极电流与电压之间的关系。用函数表示为： (2-2)可见，无论是输入曲线还是输出曲线，都必须有两个受控源，一个是基极电流源或电压源，另一个是集电极电压源。下面比较一下电压源输入基极与电流源输入基极两种方式的特点。方案1：基极输入电压源 下图2.2是9013H的输入特性曲线图图2.2 9013H的Ib-Ube曲线从图Ib-Ube曲线中可以看到，如果采用电压控制电压源（VCVS）输入基极，在电压稍大于开启电压时，曲线斜率急剧增大，只要Ube有微小增加，对应的Ib就会迅速增大。实际操作的过程中，电压采样难以保证被测管的安全，测量相对困难而且精度不高。为了保证无损测试，我们需要找到一种相对安全准确的方式，即采用压控恒流源输入基极的方法。方案2：基极输入电流源将Ib-Ube图曲线的两个坐标轴对换，得到Ube-Ib曲线。如图2.3曲线Ib轴靠近原点的部分斜率很大，然而此时被测管工作在安全的区域。随着Ib的增大，Ube增大的速率缓慢。这种测量方式不但有效的保护了被测管，使之工作在允许的状态，而且平缓的曲线使得测试系统更容易控制、采样。图2.3 9013H Ib-Ube曲线旋转90度得到的Ube-Ib曲线所以本系统采取方案2，电流源输入基极和电压源输入集电极的方法。2.3.2电流源 电流源的设计是系统设计的重点。在整个系统的工作过程中，都需要提供一个相对恒定的基极电流Ib，因为的Ib精确程度直接影响到测量参数的精确与否，决定了测试的成败。方案1:采用专用恒流源，它的优点是性能稳定，简化了电路设计。但是市场购买的恒流源所能提供的恒流值一般是固定的，不能根据需要进行调节，市场价格也不低，使用不便。方案2:采用运放制作简单恒流源，优点是可以根据设计需要提供多种电流值Ib,而且成本低，容易实现。缺点是精度较低，输出电流范围小。 方案3：采用开关电源的恒流源。优点是效率高、体积小、重量轻。缺点是电路结构复杂，实现较困难。考虑到本系统设计基极输入电流范围为0100uA足够，而且精度要求不是很高。所以本系统采取方案2。2.3.3电压源 方案1:用DA输出的模拟电压经运算放大器放大后输出。优点是电路简单。缺点是输出电压带负载能力较弱，输出电压不稳定，精度较低。方案2:采用PWM调制的开关电源输出。优点是输出电压稳定，精度较高，并且负载能力强。缺点是电路较复杂。考虑到本系统设计精度要求不高，选取方案1。2.4 调理模块方案1：采用AD521、AD522等集成测量放大器调整AD采样前的电压。优点是具有高输入阻抗，低输出阻抗，低失调电压及温度漂移系数和稳定的放大倍数。缺点是价格昂贵，电路复杂。方案2：采用独立运算放大器。优点是电路较简单有较高的输入阻抗和较低的输出阻抗。缺点是精度不高。考虑到本系统设计精度要求不高，而且要采样的基极和集电极电压较大，所以选取方案2。3.硬件电路设计基于上面的方案设计与论证得到本系统结构框图，如图3.1所示。下面将分别介绍系统各部分电路的设计。压控电压源SPCE061A单片机 DA1 DA2 AD14LCD液晶显示测量电路压控恒流源电压调理电路功能选择4X4键盘 图3.1 晶体管参数测试仪系统框图3.1 凌阳16位单片机SPCE061A简介3.1.1SPCE061A单片机概述SPCE061A是继nSP系列产品SPCE500A等之后凌阳科技推出的又一个16位结构的微控制器。目前有两种封装形式：84引脚的PLCC84封装和80引脚的LQFP80贴片封装。 主要性能如下： 16位nSP微处理器； 工作电压：VDD为2.43.6V(cpu), VDDH为2.45.5V(I/O)； CPU时钟：32768Hz49.152MHz ； 内置2K字SRAM、内置32K FLASH； 可编程音频处理； 32位通用可编程输入/输出端口； 32768Hz实时时钟，锁相环PLL振荡器提供系统时钟信号； 2个16位可编程定时器/计数器(可自动预置初始计数值)； 2个10位DAC(数-模转换)输出通道； 7通道10位电压模-数转换器(ADC)和单通道语音模-数转换器； 声音模-数转换器输入通道内置麦克风放大器自动增益控制(AGC)功能； 系统处于备用状态下(时钟处于停止状态)耗电小于2A3.6V； 14个中断源：定时器A / B，2个外部时钟源输入，时基，键唤醒等； 具备触键唤醒的功能； 使用凌阳音频编码SACM_S240方式(2.4K位/秒)，能容纳210秒的语音数据； 具备异步、同步串行设备接口； 具有低电压复位(LVR)功能和低电压监测(LVD)功能； 内置在线仿真电路接口ICE（In- Circuit Emulator）； 具有保密能力；3.1.2内部结构简要说明SPCE061A是凌阳科技研发生产的性价比很高的一款十六位单片机，它采用高性能的unSP内核，具有丰富的硬件资源，并集成了ICE（在线仿真电路）接口，可以直接利用该接口对芯片进行下载（烧写）、仿真、调试等操作。图3.2为SPCE061A单片机的内部结构框图。图3.2 SPCE061A 内部结构图(1) SPCE061A有两个16位通用的并行I/O口：A口和B口。A口的IOA0IOA7用作输入口时具有唤醒功能，即具有输入电平变化引起CPU中断功能。这两个口的每一位都可通过编程单独定义成输入或输出口。通常，对某一位的设定包括以下3个基本项：数据向量Data、属性向量Attribution和方向控制向量Direction。3个端口内每个对应的位组合在一起，形成一个控制字，用来定义相应I/O口位的输入输出状态和方式。(2) SPCE061A有8路可复用10位ADC通道，其中一路通道(MIC_In)用于语音输入，其余7路通道(Line_In)和IOA06 管脚复用，可以直接通过引线(IOA06)输入，用于将输入的模拟信号 (如电压信号) 转换为数字信号。SPCE061A 的A/D转换范围是参考电压范围：0VVdd。(3) SPCE061A提供两个DAC通道，DAC的输出范围从0x00c0 到0xffc0,即仅高10位数据起作用。DAC1和DAC2输出为模拟电流信号，DAC的最大输出电流和参考VDD成正比, 当Vdd =3.3V，DAC的输出电流范围是03.3mA。3.1.3“61A”板介绍“61板”将SPCE061A的32个I/O口全部引出：IOA0IOA15，IOB0IOB15，对应的SPCE061A引脚为：A口，4148、53、5460；B口，51、8176、6864。而且该I/O口是可编程的，即可以设置为输入或输出：设置为输入时，分为悬浮输入或非悬浮输入，非悬浮输入又可以设置为上拉输入或是下拉输入；在5V情况下，上拉电阻为150K，下拉电阻为110K；设置为输出时，可以选择同向输出或者反相输出。 “61板”上带有在线调试器PROBE和EZ_PROBE接口，可以通过将PROBE与PC机连接起来进行调试、仿真和下载程序的。这样，就不需要再用仿真器和编程器了。也可以EZ_PROBE的接口，及一根下载线用作程序的下载，一端连接PC机的25pin并口，另外一端接61板的5pin EZ_PROBE接口。“61板”本身具有上电复位功能，即通电就自动复位，另外，还具有外部复位电路，即在引脚6上外加一个低电平就可令其复位。“61板”的内核SPCE061A电压要求为3.3V，而I/O端口的电压可以选择3.3V也可以选择5V。所以，在板子上具有两种工作电压：5V和3.3V。对应的引脚中15、36和7必须为3.3V, 对于I/O端口的电压51、52、75可以为3.3V也可以是5V，这两种电平的选择通过跳线J5来选择。 3.2 测量电路的设计图3.3是本晶体管测试仪的测量原理图。图中的恒流源提供基极电流，由DA1给出的电压来控制。晶体三极管是一种电流放大器件，采用电流源输入可以使电压变化缓和，测量的结果更为准确。图中DA2电压，对应压控压源一个电压输出。通过软件给出DA1、DA2的电压值，对应于被测管b极电流Ib和集电极电压Vc，通过AD1,AD2对B、C点电压采样就可以画出输入、输出特性曲线。Vd被测管恒流流源DA2DA1压控电压源地BCEAD1Rb=10KRc=360AD2AD3AD4Vc图 3.3 测量电路集电极与电源间有个360的电阻，因此电流Ic通过公式可求得： IC=（Vd- Vc）/RC (3-1)这里，RC为限流保护电阻，接在集电极与压控压源之间,选取360,是为了使压控压源输出的电压大部分加到集电极上，因为集电极处于放大状态时集电极电流大多为030mA(基极电流为0100uA，放大倍数为50300，集电极最大电流为30mA), Rc两端的压降约为9V.由于DA的输出电压范围有限，所以要接入一个放大器及射随以给出电压。加在被测管C极上电压由此电压间接控制。基极接入一个10K的偏置电阻Rb，而基极电流范围为0100uA,因此Rc两端的压降约为1V.通常晶体管的放大倍数在50300之间，集电极最大电流为0.03A.,在集电极最大电流允许范围内。这里的AD3和AD4是考虑到当恒流源和电压源的误差较大是可以通过采样偏置电阻两端的电压来求基极和集电极电压。3.3 压控恒流源电路由于三极管有NPN和PNP两种型号，测量两种三极管输入输出特性曲线时所用电压极性相反。所以系统需要提供正负极性的基极电流和集电压来分别测量NPN 和PNP晶体管。而SPCE061A的DAC为电流型，当AD参考电压为3.3V时，DAC输出的电流范围为03.3mA,所以必须将电流转化为电压，并且是双极性电压转换。所以可以用运放将DA的输出电流转换为双极性电压。电路如图3.4所示。由于SPCE061A内部的DAC没有内置反馈电阻，因此电路中接入了1K的反馈电阻（R1和R4）,参考电压VRET为3.3V，可以直接接61板的3.3V端口电压选择接口。 图 3.4 DA1的双极性电压输出电路上图中VRET为3.3V时V1电压为-3.30V, V2电压为-3.33.3V。考虑到本设计要求的精度不是很高，用运算放大器构成恒流源电路简单其内阻和输出电流均能满足需要。下图3.5是用运放构成恒流源的原理图，主放大器A1 为差分输入单端输出的运算放大器。接在反馈电路中的放大器A2 为电压跟随器形式，即V3=V4。由于放大器A2 的输入阻抗很高，实际上起着缓冲级的作用。根据理论分析，差分输入级输出电压Vo 为：图 3.5 恒流源电路 (3-2) (3-3)以（3-3）式代入（3-2）式，得： (3-4)从输出电路可得出（将放大器A2 的输入阻抗近似看作无穷大）： (3-5)令(3-4)式等于(3-5)式，解得： (3-6)令，这时(3-6）式就可改写成： (3-7)由此可得出，Io 正比于输人电压Vi，反比于电阻R5 而与负载RL 无关。式中负号则表示电流Io方向与输入电压Vi 极性相反。当R1 和R2 为定值时，我们可借助改变R5 的数值来满足不同被测器件对基极电流的不同幅度要求。这里选择,因此，而这里Vi的范围为-3.3+3.3V,选取R5=20k,输出电流的范围可以达到100uA.3.4 压控电压源电路与恒流源的设计类似，必须有双极性电压输入，才能有双极性的电压输出，因此DA2的电流输出需转换为双极性电压。电路如图3.6所示。图 3.6 DA2双极性电压输出电路这里参考电压VRET为3.3V,DA2输出的双极性电压为3.3V，必须经放大进行电压变换，输出变为10V，为三极管集电极提供可变的UCE值。由于射随器的输入阻抗高，输出阻抗低，为提高带负载能力，电路中电压放大级后利用运放做的射随器对负载驱动，消除负载变化对电压源输出电压的影响。电路如图 3.7所示：图 3.7 压控电压源电路这里前级运放为同相放大，比例系数为(R22+R23)/R22=3。3.5 电压调理电路本系统要对集电极和基极电压采样。然后再计算出基极和集电极电流从而画出晶体管的输入输出曲线。SPCE061A的AD采样电压范围为03.3V，过高的电压或负电压都会对片内ADC、DAC和基准源产生致命的伤害。对于基极电压，如过不经放大直接采样，由于信号较小容易受外界干扰而且采样精度不可能很高。举个简单的例子，基极电压范围为00.7V,放大3倍得到02.1V,在不引入其他误差的情况下，10位AD就是用651个数字量来表示0.7V模拟电压，即转换后的精度为，而转化前精度仅为,解析度提高了。对于基极电压要放大，而集电极电压则要衰减。放大及衰减电路用集成运算放大器很容易实现。电路如图3.8所示： 图 3.8 放大衰减电路同时，由于基极和集电极电压在调整电路后电压为双极性电压，而SPCE061A的AD采样电压只能为正电压，必须经偏置电路才能接入AD采样。由于SPCE061A的内置AD没有内置偏置电路，所以可以外加偏置电路使其能采样双极性电压。偏置电路如图 3.9所示： 图 3.9 AD双极性偏置电路变换为双极性输入后，用偏移码表示输入结果，偏置电压与采样电压的关系为：=2*-。如表 3.1：表 3.1 参考电压为3.3V输入时的偏移码对照表参考电压（）数字量D(高10位)+3.3V-3.300x004001.650x8000+3.33.30xFFC03.6 键盘和LCD显示电路本系统采用44键盘，可以很容易进行功能扩展。电路如图3.10所示。 图 3.10 系统键盘电路图系统采用点阵图形液晶模块LCM12864ZK作为显示。 其内置的控制驱动器采用中国台湾矽创电子公司生产的ST7920，具有较强的控制显示功能。LCM12864ZK的液晶显示屏, 可显示4行，每行8个汉字。该模块具有2 MB的中文字型ROM(CGROM)，共提供8 192个1616点阵中文字型；另外，绘图显示画面还提供一个64256点阵的绘图区域(GDRAM)及240点的ICONRAM，可以和文字画面混合显示。键盘使用IOB口的高8为，低8为作为液晶的并行数据口，液晶的控制口使用IOA口高8为中的IOA8IOA10。液晶与单片机的接口采用8线并行方式，电路如图3.11所示。 图 3.11 液晶接口电路4.系统软件设计4.1 系统软件设计概述SPCE061A采用高性能的nSP内核，具有丰富的硬件资源，集成了ICE（在线仿真电路）接口，可以直接利用该接口对芯片进行下载（烧写）、仿真、调试等操作。并提供支持标准C语言，汇编语言以及C语言与汇编语言相互调用的集成开发环境nSP，本系统软件调试使用的是nSP IDE 2.0.0版本，它集程序的编辑、编译、链接、调试以及仿真等功能为一体。本系统就是在此开发平台上用C语言进行模块化编程而实现的。当要进行功能扩展是可以直接调用其中的功能函数，使用非常方便。如图4-1本系统软件主程序流程图.初始化液晶和键盘显示开机画面扫描键盘有键按下否？键分析0键和其它1键2键3键4键NOYes测管型并显示结果测放大倍数并显示结果测输入曲线并显示测输出曲线并显示清看门狗开始 图 4.1 系统主程序流程图4.2 端口分配端口分配如表4.1所示：表4.1 端口分配IOB15IOB8IOB15IOB8IOB15IOB13IOB10IOB8IOA3IOA0键盘接口并行数据口管脚测试口液晶控制口AD采样通道其余不用。4.3 液晶模块程序编写4.3.1LCM12864ZK介绍本系统采用的LCM12864ZK是北京青云创新科技发展有限公司推出的带中文字库图形的液晶显示模块,其功能较强,控制简单。LCM12864ZK是具有串并行接口，内部含有中文字库的图形点阵液晶显示模块，其内置的控制驱动器采用中国台湾矽创电子公司生产的ST7920，因而具有较强的控制显示功能。LCM12864ZK的液晶显示屏为12864点阵，可显示4行，每行8个汉字。该模块具有2 MB的中文字型ROM(CGROM)，共提供8 192个1616点阵中文字型；同时，为了便于英文和其他常用字符的显示，具有16 kB半宽字型ROM(HCGROM)，提供128个168点阵的字母符号字型；另外，绘图显示画面还提供一个64256点阵的绘图区域(GDRAM)及240点的ICONRAM，可以和文字画面混合显示，且内含CGRAM可提供4组软件可编程的1616点阵造字功能。LCM12864ZK模块采用LED背光，工作电压电流分别为3 V1.2 mA或5 V2 mA，具有2.75.5 V的宽工作电压范围，还具有睡眠、正常及低功耗工作模式，可满足系统各种工作电压及便携式仪器低功耗的要求。为了适应多种微处理器和单片机接口的需要，模块提供了4位8位并行、2线3线串行多种接口方式。另外，模块还提供了画面清除、光标显示隐藏、显示打开关闭、显示字符闪烁、光标移位、显示移位、反白显示、睡眠模式等操作指令。LCM12864ZK的指令集包括基本指令集(RE=0)和扩充指令集(RE=1)两大类，用户可以通过这些命令使模块执行相应的显示或控制功能。下面简要介绍部分常用的操作命令：(1)设定DDRAM(Display Data RAM)地址设定DDRAM地址到地址计数器(AC)，第一行AC范围为80H87H，第二行地址范围为88H8FH，第三行AC范围为90H97H，第四行地址范围为98H9FH。(2)进入点设定在数据的读取与写入时，指定光标的移动方向及显示的位移。ID：位地址上计数器递增递减选择。当ID=1时，光标右移，DDRAM的位地址计数器+1；当ID=0时，光标左移，DDRAM的位地址计数器-1。S：显示画面整体位移。(3)清屏显示(4)功能设定DL=1,为8为MCU控制界面；DL=0,为4位MCU控制界面；RE=0,为基本指令；RE=1,为扩充指令。(5)写入资料到RAM写入资料到内部RAM，写入后会使AC改变。(6)读取忙碌标志(BF)和位址计数器读取忙碌标志BF可以确认内部动作是否完成，同时可以读出位址计数器(AC)的值。4.3.2基础驱动程序编写LCM12864ZK模块的基础驱动程序由5个文件组成， 分别为：底层驱动程序文件LCD_PortConfig.h 、LCD_Driver_User.c、用户API 功能接口函数文件LCD_Driver_User.h、LCD_Dis.c 以及LCD_Dis.h。基础驱动程序架构如图4.2所示：LCD_PortConfig.hLCD_Driver_User.hLCD_Dis.cLCD_Dis.h用户应用程序驱动层LCD_Driver_User.c功能函数层应用层图4.2 LCD基础驱动程序架构LCD_PortConfig.h： 该文件为底层驱动程序的头文件，主要对使用到的端口进行定义以及配置，用户在使用基础驱动程序时，要使端口的分配符合实际硬件的接线。LCD_Driver_User.c：该文件为底层驱动程序，负责MCU 与液晶模块进行数据传输的任务，主要包括初始化模块、写控制指令、写数据、读数据等函数；这些函数仅供给上一层的LCD_Dis.c 调用，不建议用户在应用程序中调用这些函数。LCD_Driver_User.h：该文件为LCD_Driver_User.c 的对应头文件，里面对应C 源文件当中的函数进行外部声明。LCD_Dis. c：该文件中提供了供用户应用程序调用的液晶驱动API 功能函数，如绘点、绘线、绘矩形、绘圆等绘图函数，以及写字符、字符串等功能。LCD_Dis.h：该文件为LCD_Driver_User.c 的对应头文件，里面对应C 源文件当中的函数进行外部声明。4.3.3用户API 功能函数编写 本系统主要使用到显示字符串，和十进制数值，以及绘点和全屏绘图函数。这几个函数的定义在LCD_Dis.c文件中，其声明在LCD_Dis.h文件中。 (1) 字符串显示函数。编程思路：先将写命令送到液晶控制器，然后字符首址送到液晶字符显示缓冲区，然后缓冲区地址加1，字符串指针指向下一个字符，判断是否为结束字符，依次将字符送到字符显示缓冲区。代码如下：void Parallel_DisplayStrings_WithAddress(uchar ucAdd, uchar *p) Parallel_Write_LCD(COMMAND,BASIC_FUNCTION); /基本指令动作 Parallel_Write_LCD(COMMAND,ucAdd);while( (*p) != 0 )Parallel_Write_LCD(DATA, *(p+);(2）基本绘点函数。编程思路：先确定点在显示屏的位置和液晶显示缓冲区的地址，然后将RAM中相应的单元数据的相应位置1（画点）或值0清点。程序如下：void Parallel_ImgDisplayOneSpot(uchar x,uchar y,uint bSpot)uint ImgRamNum = 0;/用于确定ImgRam区数组下标uint ImgRamBitNum = 0;/用于确定ImgRam区某个元素的具体位ImgRamNum = (63-y)*16+x/8;ImgRamBitNum= 7-(x%8);if(bSpot)ImgRamImgRamNum |= 0x0001ImgRamBitNum;/置1elseImgRamImgRamNum &= (0x00010E 0C 0B 0E 1E 0E 0B 0B 1C 1-0C 0E 1-0C 0B 0 图 4.4 晶体管开关特性从图中可以总结到：（1）向三极管任意三个引脚分别加上1个高电平和2个低电平，一共有3种可能。通过这3次测试，如果从单片机引脚读到信号与输入信号不同次数为1次，即为NPN管;不同次数为2次即PNP管。（2）使NPN管输入输出改变的一组电平值，1变为0的引脚连接的是基极；使PNP管输入输出不变的一组电平值，高电平接的是基极。据此可以编程向I/O口写指定的电平，再读出IO口的电平值，便可以知道被测管的管型和基极。电路简单，只要三个IO口就可以实现。至于三极管的集电极C和发射极E可以在测放大倍数的同时判别，既减化了测量电路又轻易的实现了设计要求的功能。对于二极管的极性判别，原理是一样的，只要使用其中的两个IO口即可。4.4.2直流放大倍数的测量共发射极电流放大倍数是晶体管的一个重要参数，它表示在共发射极电路中，当输出电压保持不变时集电极Ic与基极电流Ib之比，即 = (4-1) 严格的讲，Ic应该减去被测管的穿透电流Ice0,即 (4-2) 硅管的Ice0很小（一般小于1uA），完全可以忽略不计，但对于锗管则应考虑Ice0。 晶体管的曲线为非线性，当Ic很小或很大时值都会降低。多数管子的在30200倍之间，个别在300倍左右。据此原理，编程思路如下：让恒流源输出固定电流（比如对于NPN用10uA，PNP为-10uA），电压源输出固定电压（比如NPN为+5V，PNP为-5V），使管子可以处于放大状态，然后AD采样Rc两端的电压降，若小于某个规定的值（如0.1V），那么就认为管子没有处于放大状态，也就是说管子的引脚没有插对或没插好，亦或是管子坏了。对于损坏的条件等可以通过实际检测得到判定条件。求得Rc两端的压降后就可以求得放大倍数。同样的原理，可以测定二极管的正向压降。4.4.3输入特性曲线测量本系统采用的是三极管共发射极接法，其输入量是基极电流和发射结压降。其输出量是集电极电流和管压降。输入特性曲线反映的是以为参变量，基极电流 和发射结压降之间的关系。其表达式为： (4-3)在前面的方案论述中已经说明本系统采用的是电流源输入基极和电压源输入集电极的方法，据此原理，编程思路如下：先在RAM中开辟一块1KB的数据缓冲区，令电压源输入某一电压到集电极（比如1V）,然后基极注入电流从0到最大（或最小）变化，没改变一次基极电流就采样一次基极电压，共采样128个点，即将基极电流量化的0128，作为横坐标，并将采样结果量化到063,作为纵坐标，然后再保存于数据缓冲区的相应地址单元。改变集电极的电压，同理采样另一组数据保存于RAM中相应的地址，最后将RAM中全部数据送到液晶的图形缓冲区进行全屏显示。本系统中直接对基极电压采样128点，方法简单，而且程序中利用了补点补偿算法进行绘点，使得绘图曲线平滑清晰。同时程序中利用管型测试的结果自动设置基极电流的增量方向和集电极的电压极性，实现自动设置测试条件。程序流程图如图4.5所示(这里的Vcc是测量电路中压控电压源的输出电压)：开始预设定Vcc和 Ib初值采样Ub电压量化后存于RAM的相应单元以一定步长改变IbIb是否到达最大或最小值以一定步长改变UceVcc是否到达最大或最小值调用全屏绘图函数全屏显示返回NONOYESYES 图 4.5 输入特性曲线测量流程图4.4.4输出特性曲线测量输出曲线描述的是当输入电流为某一数值（即以为参变量）时，集电极电流与电压之间的关系。用函