应用于晶体管图示仪的CPLD控制器设计

2009-12-30 21:27:14来源: 沈阳航空工业学院

  晶体管图示仪是电路设计中常用的电子仪器,它能够显示晶体管的输入特性、输出特性和转移特性等多种曲线和参数。它不仅可以测量晶体二极管和三极管,还可以测量场效应管、隧道二极管、单结晶体管、可控硅和光耦等器件。但传统的晶体管图示仪存在着电路复杂,体积庞大,示波管的显示屏小,功耗大,价格昂贵等缺点。随着计算机软硬件技术、单片机技术和EDA技术的不断发展及其在电工电子测量技术的应用,晶体管图示仪在结构、工作原理和功能上发生很大变化,成为数字化和智能化的虚拟仪器。本文设计的晶体管图示仪就是这样一种新型仪器,除改善了原有仪器不足之外,还扩展了仪器功能,具有图形保存,数据处理,界面显示灵活,可操作性强,性能价格比高等优点。

  1 系统结构框图

  1.1 传统晶体管图示仪结构及工作原理

  在传统的晶体管图示仪中,各模块单元完全由模拟电路和脉冲数字电路组成,属于全硬件结构,如图1所示。它主要包括阶梯电流发生器、扫描电压发生器、垂直放大、水平放大和示波管等。图中W是负载电阻,R是电流采样电阻,T是被测三极管。所谓三极管输出特性曲线是:在基极电流不变的条件下,集电极电压和电流之间的关系。在测量三极管输出特性曲线时,阶梯电流发生器对T的基极施加阶梯电流信号,在阶梯电流的每一个台阶时间内,扫描电压发生器对T的集电极回路施加扫描电压。扫描电压是50 Hz交流电经整流得到。T的集电极电流在采样电阻R上的压降(代表集电极电流)经垂直放大后加到示波管垂直偏转板上,T的集电极电压经水平放大后加到示波管的水平偏转板上。当施加的阶梯电流和扫描电压周期性地重复出现时,三极管输出特性曲线就可以显示在示波管上。

传统的晶体管图示仪原理框图

  1.2 本图示仪结构框图

  本图示仪的构成见图2。与图1相比不同的是:“垂直放大”、“水平放大”和“示波管”取消了,其功能由上位机承担;同时增加了单片机、CPLD、存储器和A/D转换器等部件,组成数据采集电路。工作时上位机向单片机发出数据采集命令,单片机通过阶梯电流发生器对T的基极施加阶梯电流信号,通过扫描电压发生器对T的集电极回路施加扫描电压;与此同时,CPLD控制器控制A/D转换器和存储器快速采集和存储电压电流数据。当存储器数据存满后,CPLD控制器向单片机发出采集结束信号,单片机再将存储器中的数据通过串口传送到上位机进行处理和显示。一个完整的图形需要多次这样的过程才能实现。

本图示仪的构成

  该系统若不使用CPLD和存储器等器件也可实现数据采集,但由于单片机工作速度相对较慢,在有限时间(扫描电压的上升段,5 ms)内采集的点数较少,曲线不够准确。使用了CPLD和存储器之后,采得的点数密集,曲线更加真实。本系统的关键是设计CPLD控制器,以解决单片机、存储器和A/D转换器之间的时序配合关系。

  2 数据采集电路功能模块确定

  数据采集电路的构成如图3所示。除了包含单片机、控制器、存储器、和A/D转换器外,还有地址计数器和数据锁存器。

数据采集电路的构成

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关键字:晶体管图示仪  CPLD  控制器

编辑:小甘 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2009/1230/article_882.html
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北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

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