基于C8051F020的LCD显示晶体管特性曲线测量仪的设计

　　以增强型单片机C8051F020为核心，制作一款晶体管V-I特性测量仪。单片机C8051F020用以产生阶梯信号和扫描信号，同时采集晶体管的输出电流及输出电压。借助LCD进行显示，使其可以在屏幕上直观地显示出被测晶体管的输出特性曲线和hFE值。除特定的功能，如大电流、高电压外，其它功能与专用的晶体管输出特性曲线图示仪基本一致。

　　一、系统组成
　　
　　本系统由硬件和软件两部分组成。系统的总体硬件结构如下图所示。以C8051F020单片机为核心，构成基极电流阶梯波发生电路、集电极阶梯波发生电路，辅以V/I转换电路、键盘控制单元和LCD显示电路等。软件部分主要完成信号的检测及处理，设备的控制和驱动等功能。

　　二、硬件电路设计
　　
　　1．基极阶梯电流产生电路
　　
　　由C8051F020控制片内外设DAC1产生8阶阶梯电压。C8051F020中的DAC是电压输出型，需要再通过V/I转换电路（电压/电流转换电路）转换成电流。晶体管基极电流一般在几微安到几十微安左右，可直接将V/I转换输出做为晶体管基极电流。

　　极性转换电路是为了测试NPN和PNP晶体管时改变输出极性而设的，电路图如下图所示。

　　当对NPN管进行测量时，S1闭合，S2断开，C8051F020的DAC端口输出的正电压直接加到放大电路或V/I转换电路上；当对PNP管进行测量时，Sl断开，S2闭合，DAC端口输出的正电压经一级反相后变为负电压加到放大电路或V/I转换电路上。

　　V/I转换电路原理如下图所示，由运放A1组成同相加法电路，运放A2构成电压跟随器，将UB经隔离后反馈到输入端起到补偿作用，图中R1=R2=R3=R4=10K。  显然，UO2=UB。  当U1保持恒定时，IRO保持恒定，由于A2的隔离作用，IB也保持恒定，与UBE的大小无关。

　　2．集电极扫描电压产生电路
　　
　　由C8051F020控制片内外设DACO产生阶梯电压，由于集电极扫描电压一般需要20V以上，DACO转换出来的电压远远不足提供晶体管集电极扫描电压，因此需要再经过放大电路放大电压直至所需的集电极扫描电压大小。

　　3．调理电路
　　
　　调理电路接在负载电阻RC两端，由极性转换部分和幅度变换部分构成，对测量的电压信号进行调理，使之满足A/D转换器对信号要求。两路调理电路完全相同，下图为其中一路。

　　RC作为集电极负载电阻，同时也兼作测量IC的取样电阻。为了减少测量电路的负载效应，提高IC的测量精度，调理电路的输入电阻应较大。

 

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　　4．LCD液晶显示控制电路
　　
　　本系统所使用的LCD液晶屏为PG12864LRS-JNN-H，它是一块128×64字符显示点阵的液晶显示模块，它有8个并行线数据通信端口，以黑色点阵，换色背景形式显示，拥有独立的LED背光电源，工作温度宽，超薄外型，属工业级LCM。下表给出了该液晶显示模块的引脚说明。

标号 名称 参数 说明 1 Vdd +5V 模块电源+5V DC 2 Vss GND OV 模块电源地 3 VO 0V～-10V 外部液晶偏置电压（负压）输入端 4 DBO H/L 数据线0（H表示高电平，L表示低电平） 5 DB1 H/L 数据线1 6 DB2 H/L 数据线2 7 DB3 H/L 数据线3 8 DB4 H/L 数据线4 9 DB5 H/L 数据线5 10 DB6 H/L 数据线6 11 DB7 H/L 数据线7 12 CS1 H/L 左半屏使能（低电平有效） 13 CS2 H/L 右半屏使能（低电平有效） 14 RST H/L LCM复位（低电平有效） 15 R/W H/L H：MPU→LCM读数据；L：LCM→MPU写数据 16 D/l H/L H：数据；L：指令 17 E H/L LCM使能 18 Vss GND OV 模块电源地 19 LED-A +5V LED背光电源+5V DC 20 LED-K GND 0V LED背光电源地

　　PG12864LRS-JNN-H的液晶显示电路如下图所示。当C8051F020单片机与液晶屏如此连接之后，就必须在软件中给出单片机与液晶的连接端口定义：

 

　　5．系统PCB图系统
　　
　　PCB设计如下图所示。

　　三、软件设计
　　
　　主程序功能是初始化及按键监控。如下图所示，TO定时每30μs中断一次，其功能是在每次增加UCE后，延时30μs，待lc稳定后再进行A/D转换，在TO中断服务程序中，停止TO，启动A/D，并启动T1。TO定时器在T1中断服务程序中启动，从而使TO、T1交替工作。

　　基极阶梯波由C8051F020单片机内的数模转换(DACl)来产生，通过编程控制发生8级基极阶梯波。本系统中，设定每增加一级基极阶梯波，送到基极的电压就增加0.3V，即IB增加3μA。

　　

　　　　集电极扫描电压由C8051F020单片机内的数模转换(DACO)来实现。由于DACO是12位的数模转换，为便于运算计数，将集电极扫描电压UCE计数105次为一个扫描周期，经计算十六进制数每27H，UCE加1。如下图程序流程图所示，当UCE计数溢出，集电极阶梯波lB增加一级。

　　定时器1每125μs中断一次，UCE加1，经D/A输出后使UCE上升一个阶梯，当UCE从0变到104，变化了一个周期时，IB加1，经D/A输出后IB增长一个阶梯。当IB从1变到8溢出时，IB置1，显示完一族输出特性曲线。

　　因此使用描点法就可以画出晶体管输出特性曲线，在DACO和DAC1每转换一次是获得IC值和UCE值，再通过DrawPoint()函数在坐标屏上画出该点，直至画完一族输出特性曲线。

　　DrawPoint()函数程序代码如下：

　　LCM12864_ReadlByte_X_Y()函数从LCM12864指定点读取一字数据，LCM12864_WritelByte_X_Y()函数向LCM12864指定点写入一字节数据，具体程序代码可查阅PG12864LRS-JNN-H技术手册。

　　本系统由基极电流阶梯波发生电路、V/I转换电路、集电极阶梯波发生电路、C8051F020单片机，键盘控制单元和LCD显示电路构成，通过软件的优化设计，使该晶体管输出特性曲线的测量结果更加精确，实用性更强。该系统具有电路简单可靠，成本低、功耗小的特点。

 

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