基于单片机的晶体管伏安特性特性图示仪的设计.docx

晶体管特性图示仪广泛用于科研，实验教学和工业中，论文选题具有实际意 义木文在学习和查阅相关文件的基础上，介绍了实现一个简易晶体管伏安特性 图示仪基本原理和实现方案在系统硬件设计中，以MCS-51单片机最小系统为核心，扩展了人机对话接 口、A/D转换接口；采用555振荡器实现了方波和三角波的输出信号，利用计数 器74161和DAC0832产生梯形波，通过比较器LM311构成识别晶体管类型的判 断系统的软件设计是在Keil51的平台上，使用C语言与汇编语言混合编程编 写了系统应用软件；包括主程序模块、显示模块、数据采集模块和数据处理模块最后，实际制作了一台样机，在实验室里进行了测试，结果表明该样机的功 能和指标得到了设计要求关键词：晶体管图示仪，伏安特性，单片机毕业设计（论文）ABSTRACTTransistor curve tracers used in research, teaching and industrial experiments, the practical significance of topics. In this paper, learning and access to relevant documents, based on the realization of a simple transistor introduced voltammetric curve tracers basic theory and programs.In the system hardware design to MCS-51 microcomputer as the core, extending the man-machine dialogue interfaces, A/D conversion interface; Achieved by 555 square wave oscillator and triangle wave output signal, generated using counters 74161 and DAC0832 trapezoidal wave, Constitute recognition by the comparator LM311 transistor type judgments.The software design is the platform Kcil51 using C language and assembly language programming prepared hybrid system application software; Including the main program module, display module, data acquisition module and data processing moduleFinally, the actual production of a prototype, tested in the laboratory results show that the prototype of the functions and indicators arc the design requirements.KEY WORDS: Transistor Tracer , Volt-ampere characteristics, Single slice of machineABSTRACT Ill1前言 11」设计的背景及意义 11.2发展历史及研究现状 11.3设计所做的工作 21.4论文的结构安排 22晶体管图示仪的系统设计 32.1晶体管的工作状态 32.2系统的原理框图 32.3设计的方案与选择 42.3.1电源模块 42.3.2晶体管伏安特性曲线测试模块 42.3.3晶体管放大倍数的显示模块 53晶体管图示仪的系统硬件设计 73」MCS-51单片机最小系统 73.2电源电路设计 83.3 A\D转换电路设计 93.3.1 ADC0809的内部逻辑结构3.3.2 ADC0809引脚结构103.3.3 ADC0809应用说明3.3.4 A/D电路的设计原理 113.4波形发生电路设计 11341阶梯波与三角波产生电路 113.4.2 555振荡器的管脚功能 123.5 显示电路设计 134晶体管图示仪的软件设计 174.1软件结构框图 174.2数据采集电路的软件设计 174.3显示电路的软件设计 195系统的调试与测试 215.1调试和测试仪器 215.2系统的调试 215.3测试结果与分析 236结论与展望 276.1结论 276.2展望 27致谢 29参考文献 301前言1.1设计的背景及意义晶体三极管，是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的 核心元件。

三极管是在一块半导体基片丄制作两个相距很近的PN结，两个PN 结把正块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排 列方式有PNP和NPN两种，从三个区引出相应的电极，分别为基极b发射极c 和集电极Co发射区和基区之间的PN结叫发射结，集电区和基区之间的PN结 叫集电极基区很薄，血发射区较厚，杂质浓度大,PNP型三极管发射区”发射” 的是空穴，其移动方向与电流方向一致，故发射极箭头向里；NPN型三极管发 射区"发射啲是自由电子，其移动方向与电流方向相反，故发射极箭头向外发 射极箭头向外发射极箭头指向也是PN结在正向电圧下的导通方向硅晶体三 极管和错晶体三极管都有PNP型和NPN型两种类型晶体三极管具有电流放大作用，其实质是三极管能以基极电流微小的变化量 来控制集电极电流较大的变化量这是三极管最基本的和最重要的特性我们将 AIc/AIb的比值称为晶体三极管的电流放大倍数，用符号邙"表示电流放大倍数 对于某一只三极管来说是一个定值，但随着三极管工作吋基极电流的变化也会有 一定的改变晶体管特性图示仪它是一种能对晶体管的特性参数进行测试的仪器，是用来 测量晶体管输入、输出特性曲线的仪器。

在实验、教学和工程中通过使用图示仪, 可以获得晶体管的实际特性，能更好的发挥晶体管的作用1.2发展历史及研究现状晶体管是半导体做的固体电子元件导电性能介于导体和绝缘体之间的物 质，就叫半导体晶体管就是用半导体材料制成的最常见的是错和硅两种半导体是19世纪末才发现的一种材料许多科学家都投入到半导体的深入 研究中经过紧张的研究工作，美国物理学家肖克利、巴丁和布拉顿三人合作发 明了晶体管——一种三个支点的半导体固体元件晶体管被人们称为“三条腿的 魔术师他们三人也因研究半导体及发现晶体管效应血共同获得1956年最高科 学奖——诺贝尔物理奖巴丁和布拉顿实验成功的这种晶体管，是金属触丝和半 导体的某一点接触，故称点接触晶体管这种晶体管对电流、电压都有放大作用晶体管图示仪是用来测量晶体管输入、输出特性曲线的仪器在实验、教学 和工程中通过使用图示仪，可以获得晶体管的实际特性，能更好的发挥晶体管的 作用晶体管的输岀特性是指在一定的基极电流lb时，晶体管集电极与发射极 之间的电压Ucc同集电极电流Ic Z间的关系每个lb对应一•条输出特性曲 线将多个lb对应的曲线同时显示在示波器上，就可以得到一簇输出特性曲线。

晶体管的输入特性是指在一定的Ucc下，晶体管基极与发射极Z间的电压Ubc 同基极电流lb Z间的关系每个Ucc对应一•条输入特性曲线将多个Ucc对 应的曲线同时显示在示波器丄，就可以得到一簇输入特性曲线1.3设计所做的工作本设计是以MCS-51单片机最小系统为核心，扩展人机对话接口、A/D转换 接口；采用555振荡器实现了方波和三角波的输出信号，利用计数器74161和 DAC0832产生梯形波，通过比较器LM311构成识别晶体管类型的判断，所以， 本次设计需要做好以下工作：(1) 学习单片机原理等资料2) 学习PROTEL99E, KETL51等工具软件的使用方法3) 设计电源模块，单片机模块，显示模块，数据采集模块和数据处理模块等4) 设计数据采集程序，数据处理及显示程序5) 用面包板搭建实际电路6) 安装和调试，并进行实际测试，记录测试数据和结果7) 撰写毕业论文8) 完成英文翻译1.4论文的结构安排本论文的结构安排为：第1章前言，第2章晶体管图示仪的系统设计，第 3章晶体管图示仪的系统硬件设计，第4章晶体管图示仪的软件设计，第5章 系统的调试与测试，第6章结论与展望2晶体管图示仪的系统设计2.1晶体管的工作状态（1） 截止状态：当加在三极管发射结的电压小于PN结的导通电压，基极电流 为零，集电极电流和发射极电流都为零，三极管这时失去了电流放大作用，集电 极和发射极之问相当于开关的断开状态，称三极管处于截止状态。

2） 放大状态：当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电床，并处于某 一恰当的值时，三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置，这时基极电流对集 电极电流起着控制作用，使三极管具有电流放大作用，其电流放大倍数P = AIc/AIb,这时三极管处放大状态3） 饱和导通状态：当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压，并当 基极电流增大到一定程度时，集电极电流不再随着基极电流的增人而增人，而是 处于某一定值附近不怎么变化，这时三极管失去电流放大作用，集电极与发射极 之间的电压很小，集电极和发射极之间相当于开关的导通状态三极管的这种状 态称之为饱和导通状态根据三极管工作时各个电极的电位高低，就能判别三极管的工作状态2.2系统的原理框图本设计中，考虑到单片机具有物美价廉、功能强、使用方便灵活、可靠性高 等特点，拟采用MCS-51系列的单片机为核心来实现该系统原理设计如图2-1 所示该系统共由六大部分组成：（1）以AT89S52为核心最小系统；（2）使用555振 荡电路产生方波和三角波；（3）DA输出阶梯波；（4）AD采样模块；（5 LED数码管 显示模块；（6）电源供电模块图2・1系统原理框图2.3设计的方案与选择2.3.1电源模块本次作詁的任务中已经提供了 12V直流电源，而要用到的电源只有5V。

方案一：采用以LM323为主的电源调节模块将15V电源电丿衣调节至5VO方案二：采用LM317为主的模块，实现电压可调方案三：采用以LM7805的恒压输出考虑到12V稳压芯片的驱动功率问题，本次作品中选用两片LM317来对 + 12V实现两级降压，最终降到+5V；・5V则是直接用一片LM337将・12V转换到 -5V,从而完成了所需电源的设计2.3.2晶体管伏安特性曲线测试模块所设计的电路要能够完成对晶体管伏安特性曲线的“绘制”，即必须为晶体管 的基极提供阶梯波，为集电极提供三角波（或者锯齿波）方案一：利用软件编程，通过单片机发出所需要的阶梯波和三角波形，具体 做法是在程序中设两个循环，使送入DAC的数字信号依次增大，半增大到一定 值是使其循环至最小值再送入DAC并循环输出，这样通过DAC输出的即为阶 梯波和三角波，波形的幅度可以通过数字量来进行调节，波形的频率可以通过发 送数字量的频率来进行调节，即可添加一定的延吋来改变输出波形的频率方案二：利用硬件搭建信号发生电路在本设计中需耍的是阶梯波和三角波 形，首先想到了搭建一•个方波发生电路，再利用积分电路使得产生三角波；或者 先搭建三。