二极管伏安特性曲线测试仪毕业设计论文

二极管伏安特性曲线测试仪毕业设计论文内容摘要：

系统设计 设计的整体思想 由于 本设计要进行需要比较高的精准度，所以需要比较高的抗干扰能力以免在进行 DA转换等较高精度转换时出现不必要的错误，所以抗干扰电路和滤波电路在本电路中较为常见。 主要的设计思路是通过 tlv5616进行 DA转换输出模拟电压，输入到相应的V/I转换电路进行电压电流转换，得到的模拟电流通过二极管两端得到二极管两端的电压再经过放大电路的放大并最终输入到单片机内部的 AD转换，经过数据处理在LCD12864上显示出相应的二极管伏安特性曲线。 本设计是基于二极管的伏安特性曲线测试仪，包括硬软件的设计与调试。 软件部分通过对 C语言的学 习和单片机知识的了解，根据系统的特点编写出单片机程序。 硬件电路部分分为六大块：包括数据的 DA转换电路、 AD转换电路、放大电路的处理以及显示电路等。 系统总体构图 硬件电路部分分别为：单片机最小系统、 DA 转换电路、 V/I 转换电路、 LCD12864显示电路、放大电路等，下图 为系统的总框图： 图 （系统的总框图） 电源模块 STC12C5A60S2 单片机 TLV5616 DA转换电路模块 放大电路模块 V/I转换电路 LCD12864显示电路模块 第二章 系统设计 6 系统功能模块设计 电源模块 ： 由于本电路采用的是外部电源供电模块，一般只需满足 +5V 供电即可。 D/A 转换模块 ： D/A 转换模块（ TLV5616），主要功能是将数字信号经过与参考电压的比较输出的相应的模拟电压信号，得到模拟电压信号后输入到后面 V/I转换电路进行转换。 V/I 转换电路 ： V/I 转换电路模块，主要功能是将从 DA 转换模块得到的模拟电压进行转换，转换得到相应的模拟电流，注意此时得到的模拟电流被相应缩小为原来的模拟电压的1/39，因此需要将转换得到的模拟电流输入到下一个电路模块进行放大。 放大电路 ： 该电路的主要功能是将得到的模拟电压信号进行放大，放大后的信号将输入到单片机的内部 AD 进行转换和数据处理。 显示模块 ： 利用带中文字库的 LCD12864进行显示，将得到的单片机处理后的数据进行实时显示并画出对应的曲线。 单片机模块 ： 本设计使用的是 STC12C5A60S2 单片机，该单片机内部有 AD转换模块。 7 第三章 硬件电路设计 — STC12C5A60S2 STC12C5A60S2/AD/PWM 系列单片机是宏晶科技生产的单时钟 /机器周期 (1T)的单片机，是高速 /低功耗 /超强抗干扰的新一代 8051单片机，指令代码完全兼容传统 8051,但速度快 812 倍。 内部集成 MAX810 专用复位电路 ,2 路 PWM,8 路高速 10 位 A/D 转换(250K/S),针对电机控制，强干扰场合。 8051 CPU， 1T，单时钟 /机器周期，指令代码完全兼容传统 8051。 ： STC12C5A60S2 系列工作电压： (5V 单片机 )STC12LE5A60S2系列工作电压： (3V 单片机 )。 ： 0 35MHz，相当于普通 8051 的 0～ 420MHz。 8K /16K / 20K / 32K / 40K / 48K / 52K / 60K / 62K 字节。 I/O 口 (36/40/44 个 )，复位后为：准双向口 /弱上拉 (普通 8051 传统 I/O口 )，可设置成四种模式：准双向口 /弱上拉，推挽 /强上拉， 仅为输入 /高阻，开漏，每个 I/O口驱动能力均可达到 20mA，但整个芯片最大不要超过 120ma。 (在系统可编程 )/IAP(在应用可编程 )，无需专用编程器，无需专用仿真器 可通过串口 ()直接下载用户程序，数秒即可完成一片。 EEPROM功能 (STC12C5A62S2/AD/PWM 无内部 EEPROM)。 MAX810 专用复位电路 (外部晶体 12M 以下时，复位脚可直接 1K电阻到地 )。 :在 口有一个低压门槛比较器， 5V单片机为 ，误差为 +/5%, 单片机为 ，误差为 +/3%。 ：外部高精度晶体 /时钟，内部 R/C 振荡器 (温漂为 +/5%到 +/10%以内 ) 用户在下载用户程序时，可选择是使用内部 R/C 振荡器还是外部晶体 /时钟，常温下内部 R/C 振荡器频率为： 单片机为： 11MHz～ ， 单片机为： 8MHz～ 12MHz，精度要求不高时，可选择使用内部时钟，但因为有制造误差和温漂，以实际测试为准。 4 个 16位定时器 两个与传统 8051 兼容的定时器 /计数器 ,16 位定时器 T0和 T1，没有定时器 2，但有独立波特率发生器 做串行通讯的波特率发生器 再加上 2第三章 硬件电路设计 8 路 PCA 模块可再实现 2个 16位定时器。 ，可由 T0的溢出在 ，可由 T1的溢出在 输出时钟。 I/O口 7路 ,传统的下降沿中断或低电平触发中断 ,并新增支持上升沿中断的 PCA 模块， Power Down 模式可由外部中断唤醒， INT0/,INT1/,T0/, T1/, RxD/,CCP0/(也可通过寄存器设置到 ), CCP1/ (也可通过寄存器设置到 )。 (2 路 )/PCA(可编程计数器阵列 ,2路 )： —— 也可用来当 2路 D/A 使用 —— 也可用来再实现 2个定时器 —— 也可用来再实现 2个外部中断 (上升沿中断 /下降沿中断均可分别或同时支持 )。 , 10 位精度 ADC，共 8 路，转换速度可达 250K/S(每秒钟 25 万次 )18.通用全双工异步串行口 (UART)，由于 STC12系列是高速的 8051，可再用定时器或 PCA软件实 现多串口。 系列有双串口，后缀有 S2 标志的才有双串口， RxD2/(可通过寄存器设置到 )， TxD2/(可通过寄存器设置到 )。 ： 40 +85℃ (工业级 ) / 0 75℃ (商业级 )：PDIP40,LQFP44,LQFP48 I/O 口不够时，可用 2 到 3 根普通 I/O 口线外接 74HC164/165/595(均可级联 )来扩展 I/O 口 , 还可用 A/D做按键扫描来节省 I/O口，或用双 CPU,三线通信，还多了串口 . 单片机的引脚图： 图 （单片机引脚图） 9 VCC：供电电压。 GND：接地。 P0 口： P0 口为一个 8位漏级开路双向 I/O口，每个管脚可吸收 8TTL 门电流。 当P1 口的管脚写 “1” 时，被定义为高阻输入。 P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据 /地址的第八位。 在 FLASH 编程时， P0 口作为原码输入口，当 FLASH进行校验时， P0 输出原码，此时 P0外部电位必须被拉高。 P1 口： P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P1 口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流。 P1 口管脚写入 “1” 后，电位被内部上拉为高，可用作输入， P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。 在 FLASH 编程和校验时， P1 口作为第八位地址接收。 P2 口： P2口为一个内部上拉电阻的 8位双向 I/O 口， P2口缓冲器可接收，输出 4个 TTL 门电流，当 P2口被写 “1” 时，其管脚电位被内部上拉电阻拉高，且作为输入。 作为输入时， P2 口的管脚电位被外部拉低，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。 P2 口当用 于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时， P2口输出地址的高八位。 在给出地址 “1” 时，它利用内部上拉的优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时， P2口输出其特殊功能寄存器的内容。 P2口在 FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3 口： P3口管脚是 8个带内部上拉电阻的双向 I/O口，可接收输出 4个 TTL 门电流。 当 P3 口写入 “1” 后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。 作为输入时，由于外部下拉为低电平， P3 口将输出电流 (ILL)，也是由于上拉的缘故。 P3 口也可作为AT89C51 的一些特 殊功能口： RXD(串行输入口 ) TXD(串行输出口 ) INT0(外部中断 0) INT1(外部中断 1) T0(记时器 0外部输入 ) T1(记时器 1外部输入 ) WR (外部数据存储器写选通 ) RD (外部数据存储器读选通 ) 同时 P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 第三章 硬件电路设计 10 RST：复位输入。 当振荡器复位器件时，要保持 RST脚两个机器周期的高平时间。 ALE / PROG ：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的 低位字节。 在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。 在平时， ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。 因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。 然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ALE脉冲。 如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。 此时， ALE 只有在执行 MOVX，MOVC 指令时 ALE 才起作用。 另外，该引脚被略微拉高。 如果微处理器在外部执行状态ALE 禁止，置位无效。 PSEN：外部程序存储器的选通信号。 在由外部程序存储器取址期间，每个机器周期 PSEN 两 次有效。 但在访问内部部数据存储器时，这两次有效的 PSEN信号将不出现。 EA/VPP：当 EA 保持低电平时，访问外部 ROM。 注意加密方式 1 时， EA将内部锁定为 RESET。 当 EA 端保持高电平时，访问内部 ROM。 在 FLASH编程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源 (VPP)。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 STC12C5A60S2 单片机与普通 51 单片机的区别： STC12C5A60S2 是 8051 系列单片机，与普通 51单片机相比有以下特点： ，速度是普通 51的 8~12 倍 8 路 10位 AD ，带 PWM功能 SPI接口 EEPROM 1K内部扩展 RAM WATCH_DOG 口可以定义，有四种状态 11 STC12C5A60S2 内部 AD的工作原理 STC12C5A60AD/S2 系列带 A/D 转换的单片机的 A/D 转换口在 P1 口（ ） ,有 8路 10 位的高速 A/D 转换，速度可达到 250KHZ（ 25 万次 /秒）。 8 路电压输入型 A/D，可做温度检测，电池，电压检测，按键扫描。 频谱检测等。 上电复位后 P1口为弱上拉型 I/O 口，用户可以通过软件设置将 8 路中的任意一路设置为 A/D 转换，不需要作为A/D 使用的口可继续作为 I/O 口使用。 STC12C5A60S2 系列单片机 ADC（ A/D 转换器）的结构如下图所示： 图 （ STC12系列单片机 ADC的结构图） 口模拟功能控制寄存器 P1ASF STC12C5A60S2 系列单片机的 A/D转换通道与 P1 口（ ）复用，上电复位后 P1 口为弱上拉型 I/O 口，用户可以通过软件设置将 8 路中的任何一路设置为 A/D转换，不需要作为 A/D使用的 P1口可继续作为 I/O口使用（建议只作为输入），需作为 A/D 使用的口需先将 P1ASF 特殊功能寄存器中的相应位置为 1，将相应的口设置为模拟功能。 第三章 硬件电路设计 12 P1ASF 寄存器的格式如下表 所示： SFR Add bit B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 P1ASF 9DH name P17ASF P16ASF P15ASF P14ASF P13ASF P12ASF P11ASF P10ASF 表 （ P1ASF寄存器的格式） 当 P1 口中的相应位作为 A/D 使用时，要将 P1ASF 中的相应位置 所示： P1ASF[7： 0] 的功能 口作为模拟功能 A/D使用 口作为模拟功能 A/D使用 口作为模拟功能 A/D使用 口作为模拟功能 A/D使用 口作为模拟功能 A/D使用 口作为模拟功能 A/D使用 口作为模拟功能 A/D使用 口作为模拟功能 A/D使用 表 （ P1ASF相应位置） 控制寄存器 ADC_CONTR ADC_CONTR 寄存器的格式如下表 所示： SFR Add bit B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1。