小功率三极管测试仪的设计制作

摘要在电子类产品中，晶体三极管是电路中最重要的组成部分之一。其能够放大信号，并且具有良好的功率控制、工作速度快、持久力强等特点，故常被用来构成放大电路，开关电路，并广泛的应用于电子、机械等领域。面对种类繁多，功能各异的晶体三极管，电路设计人员需要用专用仪器检测其特性参数，并根据检测结果筛选使用合适的三极管。本课题提出了一款小功率三极管测试仪的设计制作，其实现了晶体三极管引脚的自动识别与直流放大倍数的测试，漏电流的测试。该测试系统以AT89S52单片机作为控制的核心，由DA转换器TLC5615作为压控恒流源，能给基极提供稳定的电压；由三个多路开关CD4051组成的自动切换电路，能实现三极管NPN型测量电路及PNP型测量电路的自动切换；再取一个模拟开关CD4051与AD转换器TLC1549共同组成采样电路，以实现引脚电压的自动切换采样。最后利用单片机对采集所得的数据进行处理，并通过Nokia5110显示三极管的引脚与管型及直流放大倍数的值和漏电流的值。本课题的研究内容主要有以下几个方面：介绍了三极管测试技术的现状及未来发展趋势，学习现有技术的优点；详细阐述了系统的测试原理，对主要电路的硬件设计进行了概述和分析；介绍了系统软件设计思路并给出了测量参数的主流程图及各模块流程图；完成了晶体三极管引脚的自动识别及管型的判别，进行放大倍数的测量及漏电流的测量，对测量参数进行必要的误差补偿以提高测量精度。测试结果表明，所研制的小功率三极管测试仪达到了设计要求，其测试精度高，使用简单，方便，该仪器具有良好的稳定性及较高的性价比。关键词：AT89S52；模拟开关CD4051；三极管引脚自动识别；三极管放大倍数AbstractInelectronicproducts,thecrystaltransistoristhemostimportantintegralpartofthecircuit,whichcanamplifythesignal,andhasgoodpowercontrol,workfast,durableandstrongfeatures.Itisoftenusedtoformamplifiercircuit,switchingcircuit,andwidelyusedinelectronics,machineryandotherfields.Facedwithawiderangeofdifferentfunctionsofthecrystaltransistor,circuitdesignersneedtodetectthecharacteristicparameterswithspecialinstruments,andscreenedusingasuitablecrystaltransistoraccordingtotestresults.Thispaperpresentsthedesignandfabricationofalowpowercrystaltransistortester,whichachievestheautomaticidentificationofthetransistorpinandthetestoftheDCamplificationfactor,thetestoftheleakagecurrent.ThetestsystemwithAT89S52microcontrollerasthecoreofthecontrol,bytheDAconverterTLC5615asavoltage-controlledcurrentsource,togivethebasetoprovideastablevoltage;theautomaticswitchingcircuitiscomposedofthreemultiplexerCD4051,whichcanautomaticallyswitchthemeasuringcircuitoftheNPNtypetothemeasuringcircuitofthePNPtype;ThentakeaCD4051analogswitchandtheADconverterTL1549togetherconstitutethesamplingcircuit,inordertoachieveautomaticswitchingpinvoltagesampling;Finally,thedataareanalyzedandprocessedbytheMCU,andthroughtheNokia5110displaythepinandtubetypeofthecrystaltransistor,andthevalueoftheDCamplificationfactorandthevalueoftheleakagecurrent.Contentsofthispaperaremainlythefollowingaspects:Describesthestatusofthetransistortestingtechnologyandfuturetrends,learntheadvantagesofthepriorart;Thetestingprincipleofthesystemisdescribedindetail,andthehardwaredesignofthemaincircuitissummarizedandanalyzed;Thedesignideaofthesystemsoftwareisintroducedandthemainflowchartofthemeasurementparametersandtheflowchartofeachmodulearegiven;Theautomaticidentificationofthepinofthecrystaltransistorandthedeterminationofthetubetype,themeasurementoftheamplificationfactorandthemeasurementoftheleakagecurrentarecompleted,andthenecessaryerrorcompensationismadetoimprovethemeasurementaccuracy.Keywords:AT89S52;analogswitchesCD4051;thecrystaltransistorpinautomaticrecognition;triodeamplification目录摘要.IABSTRACT.II1绪论.11.1课题背景.11.2小功率三极管测试仪的现状.21.3三极管测试技术的发展方向.21.4本章小结.32小功率三极管测试仪的总体设计.42.1系统实现功能.42.2系统各模块方案的选择.42.2.1恒流源的方案.42.2.2自动切换电路方案.52.2.3最小系统方案.52.2.4采样电路方案.62.2.5显示模块方案.62.2.6供电电源方案.72.3三极管参数的理论分析.72.3.1三极管引脚及管型.72.3.2三极管放大倍数.82.3.3三极管漏电流.82.4本章小结.83系统硬件电路的设计.93.1系统硬件电路总体设计图.93.1.1单片机最小系统电路.93.1.2D/A转换电路.113.1.3测量电路.123.1.4自动切换电路.133.1.5A/D转换电路.143.2本章小结.144系统软件设计.154.1测量模块的编写.154.2液晶模块编写.164.3D/A转换模块编写.184.4A/D转换模块编写.204.5本章小结.205系统调试.215.1单片机的调试.215.2D/A芯片调试.215.3自动切换电路调试.215.4A/D芯片调试.215.5显示调试.225.6系统整体调试.225.7系统软件调试及误差补偿.226数据测量与结果分析.246.1管脚的自动识别和管型判别.246.2放大倍数的测量结果.246.3漏电流的测量结果.257结论.26谢辞.27参考文献.28附录一基于AT89S52单片机小功率三极管测试仪原理图.29附录二基于AT89S52单片机小功率三极管测试仪PCB图.30附录三基于AT89S52单片机小功率三极管测试仪原程序.311绪论1.1课题背景早在1904年弗莱明等人发明出了真空二极管，之后在1906年时德福雷斯特等人又研究出真空三极管，新兴起的电子学以其独特的学科力量迅速壮大起来。而且自从晶体三极管发明以后电子学真正开始取得了突飞猛进的进步。特别是双极结型晶体管的出现，其优越的性能和强大的功能迅速打开了电子原器件的新大门，推动了电子技术的迅猛发展。在近十余年里，蓬勃发展的晶体管工业逐渐取代了传统电子管的地位，并推动和促进了全球范围内的半导体电子工业的发展，成为电子集成领域不可或缺的重要元素。在半导体器件中晶体三极管有着非常重要的地位，它广泛应用于生产生活的各个领域中，并产生了巨大的经济效益，使我们的生活变得快捷可科技化。由于晶体三极管具有重量轻、体积小等特点，且其对信号具有放大作用、能进行功率控制，三极管工作速度快、具有持久力强等特点，故晶体三极管常被用来进行电路放大，电路开关，以及各种电气设备，广泛的应用于电子、机械等各种领域。其在应用中可巧妙地改变电子线路的构造，因而引发了大规模集成电路的产生，从而简便和快速地制造出高速电子计算机等高精度仪器。现如今晶体三极管的应用越来越广泛，在我们的日常生活中也是随处可见的，如我们平时使用的电子表、收音机、和电视机、智能手机、照相机等，以及研究室中的各种测量仪器、检测仪器，工业生产设备及国防军用设备等，还有智能化的机器人、交通工具等，晶体三极管在这些设备和仪器中发挥着极其重要的作用。所以说，晶体三极管奠定了现代电子技术的基础并将持续普及在未来的各个领域中。所以说在电子技术的发展过程中，晶体三极管是一种常用及便捷的元器件，因而三极管的参数在电路的应用和设计中显得尤为重要，如三极管的引脚，一般国内的小功率三极管都是有规律的排列，但是也有个别厂家生产出来的三极管引脚排列不符合一般的规律，引脚的判别失误导致在电路设计过程中电压电流参数的混乱，因此设计出一款能自动能识别三极管的引脚排列的仪器是非常有必要的。晶体管的最大功能之一是放大作用，而在晶体三极管的各种参数中放大倍数的值是检验三极管放大性能的重要指标，当放大倍数处于正常的范围时三极管将工作在最佳的放大状态，晶体三极管的放大倍数的值将影响电路设计中如何选择合适的三极管，因而准确地测出三极管的放大倍数给各领域中的电路设计带来很大的方便。此外三极管的漏电流是检测三极管性能好坏的重要因素，对于生产规范的小功率三极管来说，漏电流是非常小的甚至几乎没有，但我们常用到的小功率三极管中还是会存在微小的漏电流，因而能测量出三极管漏电流的值将可以在计算其他参数时将考虑到其值对所算参数的影响并进行处理，这样将有效提高所算参数的精度并提高三极管的使用性能。除了上述提到的三极管引脚的自动识别、放大倍数的值、漏电流的值对各领域的电路设计及应用中有重要影响外，三极管还有许多电参量可以表征三极管性能及功能的好坏，如三极管反向击穿电压，反向击穿电流，输入输出特性曲线等1。这些参数的值或变化范围都将对电路的测量方案，测量结果有非常重要的影响。因此，在电路电子的设计中，三极管参数值的测量非常重要。目前市场上已经有各种测量晶体三极管参数的测试仪，但其体积大，价格贵，因而研制出一款轻巧、便捷且能针对性的测量三极管某一参数值的测试仪将是日后晶体管测试仪的重要发展方向。现代工业中测量三极管引脚的方法多种多样，而我们所熟悉的教学实验中是使用万用表根据三极管三个引脚的电流电压特点进行测量，但晶体三极管体积小且其各个引脚间的电压、电流关系不容易判断，这使得在测量过程中较难操作，所以现有技术在进行三极管引脚及类型的自动判别方面还是存在着一定的缺陷的2。因此，该设计针对这一市场前景将设计出一款自动识别出小功率三极管引脚排列及管型且精确测出三极管放大倍数及漏电流的测试仪。1.2小功率三极管测试仪的现状自50年代起，电子器件发生了重大的转变，电子器件工业由电子管时代向晶体管时代发展，这是一次巨大的突破。随着晶体管的出现，用来测试其参数的测试仪也逐渐发展起来，并在不断的成熟化和智能化。早期的晶体管参数测试仪一般也称为图示仪，晶体管图示仪的发展过程经历了全电子管式，全晶体管式，与集成电路混合式等几个阶段。在1964年时，我国出现了第一台电子管式图示仪JT1型，这标志着晶体管参数的测量开始规范化。在70年代初，由上海无线电二十一长厂研制出的QT2型晶体管式图示仪进一步推动了半导体器件迅猛发展。80年代，出现了以XJ4810型晶体管测试仪与集成电路混合式的晶体特型测试仪。目前国内生产着各种各样不同类型的三极管，我们一般在使用前都会阅读三极管的使用手册，充分掌握三极管的相应性能及相应的参数值和指标，查找结果虽准确但却不方便。市场上的晶体管图示仪需要带有示波管或者接在示波器上使用，价格贵，成本高，现如今市场上的晶体管在测量三极管时全面显示三极管的性能且效率高速度快，但在测量过程中容易产生较大的误差，且其价格贵成本高不利于大范围的普及和使用。此外，学校实验室一般常用万用表测量晶体管的基本参数，其性能虽满足基本要求但过程较为繁琐。如在使用万用表对三极管放大倍数进行测量过程中，NPN三极管和PNP三极管的插孔是不一致的，这就得先知道三极管的管型才能测量其放大倍数。所以我们就需要一种可以直接自动辨别三极管管脚排列及类型且可以测量其基本参数的测量仪器。1.3三极管测试技术的发展方向随着晶体三极管的广泛使用，其测试仪的技术也在不断的提高，测试仪的功能也因测试参数不同而多样化。比如有的测试仪可以精确地检测放大系数、测量反向击穿电压、测量反向饱和电流、绘制出输入输出特性曲线、计算出延迟时间等多种参数，而有的测试仪只是简单的测试晶体管的好坏。第一种类型的测试仪功能强大、操作简便、测试速度快、精度高，但其体积较大、价格贵，不适合个人使用；而第二种测试仪价格相对便宜、体积小，但功能单一、精度较低。随着科技的不断进步和智能化的发展及嵌入式技术、液晶显示技术、接口扩展技术的引入，测试电路不断扩大和优化，使晶体管的参数测试仪向着集成化、智能化，高精度、多功能方向不断发展。目前市场上的晶体管测试仪存在着显著特点，如集成信号源是全合成化的，这使得在扫描过程中有着很好的稳定性和可靠性；其对显示部分提供良好的误差补偿可有效提高测试精度；此外其测试速度快，操作智能化，运行简便。所以现今所研制的晶体三极管测试仪将趋于小型化，利于携带；功能越来越全面，测试范围广，精度高。但是研制出这样的产品其成本也在增加，如何降低成本且可以精确的测试指定的参数和项目将成为日后晶体三极管测试仪发展的方向。针对这一市场趋势本设计主要设计并制作一个测量精度达到5%以上，轻巧便捷成本低，拥有良好的人机界面，在功能方面能够自动辨别NPN型与PNP型引脚排列并快速测试出三极管放大倍数及漏电流晶体三极管参数测试仪。1.4本章小结本章是全文的开篇概述，主要介绍了本题目的提出背景和意义，介绍了三极管测试仪的现状及三极管测试技术未来的发展方向。详细的课题背景为本次设计带来了良好的设计基础，希望通过与现有技术的对比，能为本次课题的设计挖掘出创新、实用、便捷的设计思路并很好的完成课题任务的相关要求。2小功率三极管测试仪的总体设计2.1系统实现功能这是一款简便、快捷、测试精度高的小功率三极管测试仪，可自动测试三极管引脚及管型，并快速测量三极管放大倍数及三极管漏电流。以下将对三极管各测量参数进行原理分析及方案选定，对部分主要元器件选型作出分析。系统实现的功能：（1）小功率三极管引脚的自动识别及类型的判定；（2）小功率三极管直流放大倍数的测量；（3）小功率三极管漏电流的测试；（4）利用液晶显示相关测量参数。为了实现以上的系统功能并设计出一款良好的人机界面测试仪，该测试仪总体设计方案主要由恒流源模块、自动切换模块、采样模块、最小控制系统模块、显示模块几个部分组成。图2-1为该系统的整体框架图。2.2系统各模块方案的选择2.2.1恒流源的方案恒流源的设计是系统的重点，恒定的基极电流Ib的精度直接影响到测量参数的精确度。所以基极电流的恒定是整个测试结果精度的重要影响因素。方案一：采用专用恒流源，专用恒流源性能稳定，在电路设计过程中无需进行复杂的设计。但一般购买来的专用恒流源所提供的恒流值是固定的，能根据设计需要进行调节但不方便系统进行扩展。方案二：用单片机作为控制中心制作压控恒流源，其产生数字可调的稳定电压源。在单片机的操控下，通过向数模转换器DA的输入可改变的数字量来控制输出的模拟电压值，从而可根据需要改变晶体三极管的基极电压，间接地改变输出电流的大小。比较以上两种方案的优缺点，方案二简洁、灵活，因为本系统中所测试的三极管有NPN型和PNP型，其测量电路所需的基极电压是有差别的所以采用方案二由DA转换器输入的数字量有效的改变所需的电压值，在DA转换器上本次设计选择的是10位电源电路自动切换模块恒流源模块单片机最小系统模块采样模块显示模块图2-1系统框图串行输入的TLC5615，与早期的电流型DAC相比，TLC5615具有更优越的工作性能，其只需3根串行总线就可实现10位的数据串行输入，在和单片机接口时易于实现和理解，且选择的串行输入可以减少使用单片机的I/O口。2.2.2自动切换电路方案三极管三个引脚的电压在NPN型的放大电路下和PNP型的的放大电路下电压是有差异的，当单片机检测到不同放大电路下不同管型的引脚电压时并经过数据的分析，这一过程就需要通过开关来切换三极管引脚与对应E、B、C测量电路的连接，以实现引脚的自动识别三极管参数的测量。在自动切换开关模块里我们平时常用的可控开关是继电器，继电器在工作时是将其触点进行吸合或释放这样就可实现电路的接通或断开，其驱动电路在高电平或低电平时为有效状态。继电器的驱动电路较为复杂且其触点较容易磨损，故在本设计中不考虑采用继电器作为自动切换开关部分。CMOS模拟开关是另一种控制开关，它一般工作在小电流的模拟或数字电路中，在正常电压范围内时可靠进行开关操作。CD4051是最常用且较为方便的模拟开关，其导通电阻相对较小，一般只为几百欧姆，所以CD4051有较宽的供电电压，控制速度快，其工作原理易于掌握。但是，CD4051模拟开关也存在不足的地方，当电压增大时其导通电阻会减小，其控制信号的电平会变大，所以在使用CD4051时需全面考虑，为保证其能工作正常，在电源电压的选择上要结合设计的实际需求选择合适的电源电压。综上所述由于模拟开关CD4051具有低功耗、速度快、无机械触点、体积小和使用寿命长等特点，本设计将直接采用模拟开关CD4051作为切换电路。2.2.3最小系统方案方案一：采用专用的单片机芯片，这种高性能芯片自带ADC/CAD转换，使系统连线减少，不用另设计转换电路，但此类芯片的通用性差，市场价格高，不适合该系统低成本的设计理念。方案二：采用AT89S52加外置DAC/ADC做控制采样及数据处理。该组合的优点是控制可靠，实现精度高，成本较低，易于实现。此外所选择的AT89S52单片机芯片是一款增强型的高性能高档产品，它是一种低功耗、可靠性强的八位微控制器，片内含通用8位CPU和ISPFLASH存储单元，8kB的ISP可反复擦写上千次。该芯片具有高密度、不易失性存储技术，能为很多嵌入式控制系统提供高灵活、高性价比的解决方案因而其也是大多电路设计中首选的控制芯片。针对以上方案的比较，最终选择以方案二即采用AT89S52作为最小控制系统，用于实现数据的控制、采样和处理。2.2.4采样电路方案本系统所设计的采样电路是为了采集三极管引脚处的电压，所采集到的电压需送至单片机进行处理和分析，而单片机只能识别二进制的代码，所以需要采用转换器AD将采集到的电压进行模数转换，转换器的功能是将模拟量的电压转换为D位的数AD字量这样单片机才能读取数据。其转换关系如式2-1所示。（2-1）UA=DUREF2N其中：D=D020+D121+DN12N1转换器的主要性能指标可由转换精度及转换时间来恒定，转换精度一般用分辨AD率和量化误差来表示，而转换时间是指完成一次转换所需的时间，转换时间越短，AD输入信号的应变能力则越强。以下为转换精度中分辨率及量化误差的说明：分辨率是指当输出的数字量有一个相邻数码的变化此时所需输入模拟电压变化量，当转换器的位数越大时，分辨率越高。AD量化误差是指零点和满度较准后在转换范围内出现的最大误差转换器按信号传输形式可分为并行和串行，常用的ADC0809为并行输ADADAD出数据，常用的TLC1549是串行输出数据，ADC0809是8位转换芯片，TLC1549AD芯片是10位转换芯片，所以TLC1549的分辨率明显比ADC0809的高；而且并行AD接口的ADC0809体积大引脚多将占用单片机的口线。在转换时间上TLC1549的转换时间为，ADC0809的转换时间为，所以TLC549比17s100sADC0809的转换时间快，根据以上分析的AD转换器的性能指标，该系统采用的是并行的TLC1549作为模数转换芯片。2.2.5显示模块方案该系统中采用Nokia5110作为测量参数值的显示屏，作为液晶显示屏的经典机型，Nokia5110具有明显的优越性能：与其他液晶屏相比，Nokia5110有这更高的性价比高，一般的显示屏如LCD1602可以显示32个字符，而Nokia5110可以显示30个字符，15个汉字。在市场价格方面，LCD1602相对来说也高于Nokia5110。Nokia5110接口技术简单易于理解和掌握，其仅需四根I/O口线就可进行驱动，而其他显示屏如LCD1602需11根I/O口线才能驱动，LCD12864更是需要12根I/O口才能驱动。Nokia5110运行速度快，是LCD1602的40倍，是LCD12864的20倍。Nokia5110工作电压低，正常工作时显示电流也低仅为200uA以下，同时其具有掉电模式，适用于各种便捷式的移动设备非常符合该系统便捷轻巧的设计理念。综上所述，机身薄、省电、低辐射的经典显示屏Nokia5110将为该系统的设计带来良好的人机界面。2.2.6供电电源方案采用三端稳压器件，通过全波整流，然后进行滤波稳压。电流源部分由于要给外围测试电路提供比较大的功率，因此必须采用大功率器件，实现起来较为复杂。而本设计中的测量对象为小功率三极管，前述所选择的各模块中无需很大的电压供电即可达到测量目的，所以不进行电源电路的方案设定。在该系统中将有计算机USB接口所提供的电源，此电源电压为，优点在于方便快捷，成本低，只需一个下载器即+5v可。缺点是功率低，只适合简单的数控电路但这完全可以满足设计电路的需求，该电压将做为稳定的电源部分为单片机最小系统，模拟开关CD4051，D/A转换模+5v块、A/D转换模块及显示模块提供稳定的电压。2.3三极管参数的理论分析2.3.1三极管引脚及管型晶体三极管是一种三端器件，内部由两个背靠背排列的PN结组成，所以三极管有NPN型和PNP型两种不同的类型。两个背靠背的PN结即集电结和发射结，这两个结将三极管分成基区、发射区和集电区三个部分。从这三个区分别引出三根电极称为基极b、发射极e和集电极c3。这三个电极即为三极管的三个管脚。NPN型和PNP型三极管引脚结构如图2-2所示，对于NPN型三极管，发射极电位最低，且正常放大时集电极电位最高，基极电位置中。对于PNP型三极管，发射极电位最高，且正常放大时集电极电位最低，基极电位置中。国内外不同类型的三极管其管脚的排列也不同，往往我们在电路设计中必须准确知道三极管的管脚及类型，传统的三极管引脚测试技术有万用表进行测试，其虽测量准确但测试流程繁琐，因此该设计旨在了解三极管管型及引脚排列原理后设计出一款图2-2三极管引脚结构图（a）NPN型引脚结构（b）PNP型引脚结构能够自动识别三极管引脚及管型的测试仪。2.3.2三极管放大倍数三极管的放大倍数则是衡量三极管放大性能好坏的最主要参数，当基极电压Ub发生很小的变化时，基极电流Ib也会发生微小的变化，受基极电流Ib控制的集电极电流Ic此时会发生很大的变化，基极电流Ib与集电极电流Ic成线性关系。这就是三极管的放大作用，当忽略集电极和发射极反向饱和电流时，Ic的变化量与Ib变化量之比Iceo即为三极管的放大倍数。该系统测量的是共发射极直流电流放大系数，三极管的共射极连接适用于低频情况下，而低频时直流放大倍数和交流放大倍数误差不大，该系统测量的对象是小功率三极管，因此设计中只完成对三极管的直流放大倍数的测量。三极管放大倍数一般在几十到几百倍之间，所以放大倍数是有一定的范围的因而可通过单片机计算出来的放大倍数判断其是否是在预知的范围内，如果单片机所测量的倍数不在这一范围内时可由单片机通过控制自动切换电路自动切换三极管的测量电路，经过不断的计算直至单片机算出符合要求的放大倍数为止。这时就可以将得出的放大倍数及三极管的类型送至液晶进行显示。2.3.3三极管漏电流（1）集电极-基极反向饱和电流IcboIcbo是指当发射极开路，且在集电极和基极之间加上一定的反向电压时的反向电流，Icbo实际上是集电结的反向电流4，因此它只取决于少数载流子的浓度和结的温度，在一定的温度下，该反向电流基本是个常数，所以称为反向饱和电流。（2）集电极-发射极反向饱和电流IceoIceo表示基极开路且在集电极和发射极间加上一定反向电压时的集电极电流。由于Iceo是从集电区穿过基区流至发射区的，所以也称为穿透电流。（3）载流子运动理论和大量实验证实，和之间存在如是2-2所示：IceoIcbo（2-2）Iceo=Icbo+Icbo=(1+)Icbo和都是衡量三极管质量好坏的重要参数，而一般三极管的值很小，而IceoIcboIcbo由于远大于，测量起来也容易。因此本设计中将通过测量再由（2-IceoIcboIceoIceo2）式得出。Icbo2.4本章小结本章主要讲述了小功率三极管的总体设计思路及各模块的方案的对比和选定，并对三极管的管脚及管型、三极管放大倍数和漏电流的理论基础进行简要的概述，为下一章节实现三极管参数测量奠定了基础。3系统硬件电路的设计3.1系统硬件电路总体设计图系统硬件由自动切换电路、单片机AT89S52、DA转换电路、采样电路和液晶显示电路五大主要部分。其中，由三个模拟开关CD4051组成的自动切换电路可将电路切换成NPN型和PNP型两种测量放大电路；另外一个模拟开关CD4051（4）将与TLC1549组成采样电路。单片机控制电路是整个系统的核心部分，也是设计中最重要的部分，其主要对D/A电路赋值、控制自动切换电路、控制采样电路；本设计采用Nokia5110显示屏进行显示。为了减少不必要的成本且设计出一个简洁的人机界面，在设计过程中将直接采用USB下载器为电路板提供5V电源。该系统的硬件总体设计框架如图3-1所示。3.1.1单片机最小系统电路（1）AT89S52单片机简介在系统设计过程中单片机最小系统是整个设计的核心部分。其作为整个系统的控制中心，主要进行检测信息、处理数据和指挥控制等作用。该系统的控制部分采用的是AT89S52单片机，该单片机的CPU为8位字长，系统内含可编程Flash存储器，一共含有4个I/O端口共32线,AT89S52是增强型的8051单片机，所以其工作电压范围在5.5V3.3V，本设计中单片机的工作电压为5v。（2）单片机最小控制系统概述单片机最小控制系统是整个设计最核心的部分，该单片机在本设计中主要进行数据的处理和控制。在最小系统中电路的设计中用到了单片机的4个I/O端口，由于P1/P2/P3是准双向口，自带弱上拉。P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻。由于P0口作为I/O与显示屏Nokia5110相连，将P0外接4.7k的上拉电阻，有利于提高I/O状态的稳定及控制的可靠性。在赋值控制方面，单片机的P1.0、图3-1系统硬件总体框图P1.1、P1.2分别与TLC5615的串行数据输入端DIN、串行时钟输入端SCLK、芯片选用通端/CS进行连接，实现对D/A芯片TLC5615进行赋值控制，以使D/A芯片输出所需的稳定的电压；在数据处理方面，由单片机的P1.4、P1.3、P3.2分别与TLC1549的CLK、OUT、/CS进行连接以实现单片机对A/D芯片采取回来的数据进行处理和对比；在控制显示方面由P0.3口P0.7口与显示芯片连接以实现数据的传输和显示。此外在该最小系统电路中将单片机的P3.1和P3.2S设计成调试通道方便后期对电路板进行调试。信号复位部分，如图3-2所示，在最小系统中中将其接一个复位电路，以实现系统的复位功能。当振荡器启动后，RST引脚置高电平，只有连续输入两个机器周期以上高电平时复位初始化才开始操作。在RST引脚上接一个电容至电源Vcc端，10uF下接一个电阻到地，图中还接上了一个开关所以在实际电路板中可进行手动R=10kS1复位。当系统上电时，复位电路通过电容给RST端一个短的高电平信号，此高电平随着电源对电容的充电过程而逐渐变小，只用当RST端上的高电平维持足够长的时间时系统才能可靠复位5。晶体振荡部分，AT89S52单片机采用的是CMOS工艺，因而其内部有一个振荡器，可作为CPU的时钟源。AT89S52单片机也可以采用外部振荡器，由外部振荡器产生的信号加到振荡信号的输入端来作为CPU的时钟源。本系统采用的是内部振荡器，电路如图3-3所示，在AT89S52单片机的XTAL1和XTAL2两引脚之间连接一个晶体振荡器，并接两个电容后接地。XTAL1和XTAL2两引脚分别为单级片内反相放30pF大器的输入输出端6，其频率范围为033MHz。在任何情况下振荡器始终驱动内部时钟发生器向CPU提供时钟信号，以驱动CPU产生执行指令功能的机器周期，该系统中选用了12MHz的晶体振荡器，其对应的机器周期T=1微秒。3-2复位电路3.1.2D/A转换电路TLC5615是带有缓冲基准输入的10位电压输出的DA转换器，其输出电压范围是基准电压的两倍，具有上电复位功能以确保可重复启动。TLC5615低功耗芯片，且其转换速率非常快。其工作范围一般为4.5v5.5v，且高电平输入电压不能低于2.4v，低电平输入电压不能高于0.8v，本设计中工作的电压条件为5v电源供电。在硬件电路连接方面其串行二进制数输入端DIN、串行时钟输入端SCLK和片选端/CS分别与单片机的P10、P1.1、P1.2相连，由单片机控制。在小功率三极管测试仪的设计中，为了得到稳定的基极电压，可由单片机对D/A转换芯片TLC5615赋值使从而使D/A芯片输出稳定的电压。稳定的电压经过基极电阻后给基极提供一个稳定的基极电流，该测试仪所需的基极电压为。本设计所需的05v电源电压为5v，D/A转换电路基准电压可由经典的提供，其基准电压的输入为TL4312.5v。常用的TL431是一个分流式基准电压。该系统中电路的接法如图3-4中TL431电路部分所示。为了输出电压值，其计算公式如式（3-1）所示。TL431Uout（3-1）UOUT=(R2+R1)2.5R2同时R3的数值应满足公式：（3-2）1mA#includefont.h#defineuintunsignedint#defineucharunsignedchar#defineN9floatUc=0,Ub=0,Ue=0,Ub_DA=0,Ib=0,ICBO=0;ICEO=0;uns