目 录摘 要I关键词IABSTRACTIKEY WORDS.I1 前言12 系统方案论证与设计32.1 主控模块设计方案与论证 32.2 555 测试模块与 741 测试模块设计方案与论证.42.3 电容测试模块设计方案与论证 52.4 二极管和三极管测试模块设计方案与论证 63 测量仪总体方案设计与实现74 硬件电路设计84.1 主控模块设计 84.1.1 MCS-51 芯片引脚功能 .84.1.2 复位电路与上拉电阻设计.114.1.3 电源电路与报警电路设计.124.2 液晶显示模块设计 .134.3 555 芯片测试模块设计144.4 741 运放测试模块设计164.5 电容测试模块设计 .174.6 二极管和三极管测试模块设计 .185 软件设计.195.1 主程序设计 .195.2 555 芯片测试程序设计195.3 741 运放测试程序设计195.4 电容测试程序设计 .195.5 二极管和三极管测试程序设计 .196 系统测试 .247 总结.24参考文献.25致 谢.26附录 A .27附录 B .28附录 C .28I电子器件测试仪摘 要随着电子工业的发展，对电子元器件的品质要求越来越高，为保证电子系 统的正常运转，在应用中我们常常要测定电子元器件的质量。因此，设计可靠、 安全，便捷的电子器件测试仪具有极大的现实必要性。本课题是以 MCS-51 单 片机为核心能检测二极管、三极管、电容、555 芯片和运放 741 的电子器件测 试仪，可以通过不同按键来设置所要检测的器件，将检测的结果显示在液晶屏 上。所有的测试都基于一个原理，就是当被测器件插入相应插座后，它与周围 的器件构成一个功能电路，该功能电路的输入信号由单片机提供，单片机通过 检测功能电路的输出看与正常情况下相符与否来考察器件的质量。测试结果说 明：本课题设计的电子器件测试仪能检测 555 芯片、运放 741、二、三极管的 好坏。关键词MCS-51 单片机；电子器件；测试仪The Design of electronic devices testerAbstractWith the development of the electronics industry, the quality of electronic components have become increasingly demanding in order to ensure the normal operation of electronic systems, in applications we often want to determine the quality of electronic components. Therefore, the design of reliable, safe and convenient electronic device tester has a great practical necessity. This topic is based on MCS-51 microcontroller core can detect diodes, transistors, capacitors, op amps 741, 555 chips and the electronic device tester, you can set different keys to the device to be detected, the test results displayed on the LCD screen . All tests are based on a principle, that is when the device under test into the corresponding socket, it and the surrounding form a functional circuit device, the functional circuit of the input signal provided by the MCU, MCU output of the circuit through the detection and see under normal circumstances match or not to examine the quality of the device. Test results show that: The subject of electronic devices designed to detect 555 chip tester, amplifier 741, second transistor is good or bad.IIKey wordsMCS-51; Electric devices; Tester11 前言在电子系统设计中，电子器件及它们的有机连接构成了各种功能电子系统的硬件。如何顺利地完成从电路图到一个成型并运转正常的电子系统，需要极大的勇气和技术。无论是电路图设计有任何纰漏或焊装时有任何差错，都有可能导致电子系统无法正常工作。有时绞尽脑汁设计了一个完美无瑕的系统电路，并且费尽力气正确地焊装了所有元器件，一上电时系统还是会出现不工作或者与设计不同的运行效果。如果排除设计和焊装的失误，出现不正常的原因恐怕就是某个或多个电子元器件本身存在质量问题，致使系统中某个或多个模块状态异常。到时除了后悔当时没有仔细检查器件质量就盲目焊装，恐怕也没什么可埋怨的。各种各样的器件如电阻、电容、集成电路等都是由工厂生产的，虽然工厂努力把器件的出厂合格率做到 100%，但是瑕疵还是不可避免的，这有可能是出厂检测的疏漏，也有可能是在运输、储存器件时因内、外部环境改变而使器件的质量发生变化。总之，我们从任何地方采购的器件谁也不能保证它们是 100%合格的。所以，在焊装元器件之前有必要对它们进行一次全面的“体检” ，这对最终系统的正确性、稳定性、可靠性都非常有意义。除了使用如万用表对电阻、电容、二极管等器件进行检测外，还经常用到集成电路测试仪，也称 IC 测试仪。根据 IC 测试仪的型号不同，可以测量的芯片也不同，包括定时器、运算放大器、比较器、稳压器、二极管、光耦、驱动器和通信 IC 等。有了这样一台 IC 测试仪，就像有了一个“听诊器” ，2可以在焊装芯片等器件之前对其进行“体检” ，把故障排除在萌芽阶段。在国外，为适应高可靠电子元器件发展对质量控制标准的要求，美国通过对 GJB548“微电子器件试验方法和程序”顶层结构的剖析和典型具体细微内容的研究，来提高军用电子元器件质量检测能力。GJB548“微电子器件试验方法和程序”是参照美国 MIL-STD-883“微电路试验方法”制定的。MIL-STD-883 虽然是为美国军方采购微电路产品控制质量而编写的，但其应用范围远不止于此，声表器件、部分固体光电子器件、固体继电器、晶体器件等都大量采纳其条款作为质量控制要求。它是当今世界范围内元器件质量控制标准中应用最广，最具权威性的产品基础规范。目前全球针对电子仪器测量的仪器种类繁多，功能也相当齐全。其中包括最先进的静电测试仪，数字式接地电阻测试仪，直流电阻测试仪。就拿 Tencor 公司仪器部生产的 Sonogagept_2 型无接触测试仪为例，它为硅片检测提供了简易准确、无接触的测试手段。该测试仪与众不同,它能在同一点位置上同时测试出整片硅片的厚度、晶片电阻、电阻率及掺杂型号,而不接触硅片的抛光表面。具有速度快、精度高、无沾污及较高的稳定性等特点。虽然电子测试仪种类繁多，功能也越来越齐全，但目前还没出现一种测试仪能检测日常所用到的所有电子元件。所以在这一方面，还有待人类的进一步研究。本文设计的电子器件测试仪主要是为学生群体服务的。在学生3平时的电子系统设计中也需要检测各种常用元器件的功能好坏，但市面上的检测仪不仅功能单一，且价格昂贵，让许多电子设计爱好者望文却步。同时，本文设计的电子器件测试仪还可以在日常教学实验中使用，其设计原理简单，操作也十分快捷。因学生对单片机的熟悉程度和运用能力相对较高，所以本文设计是以单片机为核心的电子器件测试仪。在设计中，各个模块的设计也是以原理简单、元器件性价比高为原则。尽管本设计全方位考虑其功能实现和产品的完美，但肯定还有不足，这需要以后进行更深一步的探讨和研究。2 系统方案论证与设计根据题目要求，此电子器件测试仪由以下模块组成：主控电路模块、报警电路模块、液晶显示模块、555 测试模块、741 测试模块、电容测试模块、二、三极管测试模块，具体论证与设计方案如下。2.1 主控模块设计方案与论证方案一：以 51 单片机为控制核心，电路测试的信号经单片机处理后再将处理结果在液晶屏上显示出来。其优点价格便宜，软件处理简单方便，在性价比和时间上占很大优势，特别是STC89LE58RD+等单片机相对功耗较低，有利于减小系统功耗。缺点是 51 系列单片程序处理时间相对较长，供电电压相对较高。方案二：以 ARM7 嵌入式电路板作为控制核心；内嵌 uC/OS-操作系统，电路测试的信号经过单片机处理后将处理结果在液晶屏4上显示出来。其优点是数据处理时间短，同时其单片机适合节点给定电压，不需要升压，减少了一定的外围电路，但是其价格较贵，在软件处理上较复杂，在性价比和时间上有一定的差距。方案三：以 MSP430 等新型单片机为控制核心。MSP430 系列单片机可以设置其工作在低功耗模式下，功耗低于 C8051 系列的一个数量级以上，拥有业界最低功耗，很适合电池组低压供电的，有严格功率限制的场合。其缺点是开发环境不熟悉，需要较长的开发周期。通过比较，从多方面因素考虑，我选择了方案一，采用 51 单片机。此外，显示部分是采用 LCD1602 液晶显示，它具有丰富多样性、灵活性、电路简单、易于控制而且功耗小等优点，对于信息量多的系统，是比较合适的。电源部分则采用直流稳压电源为系统主电源，使用范围广，使用安全可靠，符合实际操作使用。2.2 555 测试模块与 741 测试模块设计方案与论证 方案一：555 芯片与 741 运放综合测试模块。用两个小 8 脚双列直插 IC 座，如图 2.1 连接。555 接成无稳态多谐振荡器的振荡频率为 f=1.44(R1+2R2)C1，图示参数的振荡频率约为 1HZ，若 555为好的，则发光二极管 lED1 将周期地闪亮；否则，为坏的。741 的接法由开关 K2 控制。转换开关 K2 用于控制 555 振荡信号加至 741的同相端或反相端，前者使 LED2 的闪光与 LED1 同步，后者作为反相器时，LED2 与 LED1 交替闪烁。5方案二：555 芯片与 741 运放独立测试模块。555 测试模块是用555 时基电路构成无稳态多谐振荡器，单片机通过检测其输出电压的高低来判断 555 输出波形是否为方波，若为方波则芯片是好的，反之芯片就是坏的。741 测试模块是利用插入的运放 741 与外围的电阻构成一个比较器，单片机通过检测比较器的输出就可以判断运放的质量。图 2.1 555 与 741 检测电路综上所述，虽然方案一与方案二的设计思路相差不大，但方案二更能充分利用芯片资源，且显示更加直观，所以我选择方案二。2.3 电容测试模块设计方案与论证 方案一：采用由 LM741 等构成的电容测量电路。如图 2.2 所示，该电路的测量原理是被测电容 Cx 充放电而形成三角波，测量三角波的振荡周期就可知电容的大小。有 A1 可构成密勒积分电路，经 A2构成的施密特电路形成正反馈而产生振荡。但此电路复杂，很难实6现。方案二：采用电容与 555 芯片构成一个无稳态多谐振荡器，单片机通过检测这个振荡器的输出来判断电容的好坏。此方法简单快捷，且应用范围广，可操作性强，成本低。通过上述比较，我选择方案二。图 2.2