学校电子竞赛.docx

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学校电子竞赛

第一部分装配与调试部分

一、电路主要功能概述

很多同学学习到《晶体三极管的引脚判断》这一节时感到很困难，容易混淆NPN和PNP型、用万用表会碰到的红、黑表笔的选择等麻烦的测量方法，往往出现的情况是，按照书上方法一步一步地做可以判断出来，但离开课本就不行了。

有些同学死记硬背，现在可以但时间一长就混淆起来了。

为了解决这个问题，提出制作一个晶体管测试仪的想法。

晶体管测试仪主要有单片机ATmega8、1602液晶面板和电源电路三部分组成。

单片机电路

这里使用的单片机为ATmega8，它的工作电压是5V。

 在ATmega8的IO口上，使用电阻组成一个电阻网络，让这两个被测试针给出不同的电流。

这些电阻连接到ADC0，ADC1和ADC2，这些引脚同时也和被测晶体管的连接。

通过对于每个可能的组合检查，是否在引脚和引脚之间存在电位差。

如果确定的ADC0，ADC1和ADC2之间存在电位差，并在0.2V和4V电压范围内，可以推定两引脚之间是二极管。

若一个晶体管存在有两个PN结，即两个二极管。

显示电路

测试结果显示在液晶显示屏上，显示测试对照表一。

显示对照（表一）

测试对象

显示

NPN晶体管

NPN

PNP晶体管

PNP

N沟道增强MOSFET

NE-MOS

P沟道增强MOSFET

PE-MOS

N沟道MOSFET的损耗

LPMOS

P-通道MOSFET耗尽

PD-MOS

N沟道JFET

N-JFET

P沟道JFET

P-JFET

晶闸管

Thyristor

可控硅

Triac

双二极管，共阳极

DoppeldiodeCA

双二极管，共阴极

DoppeldiodeCC

2反并联二极管

2Diodeantiparallel

2串联二极管

2DiodeinSerie

简单的二极管

Diode

电阻

Resistance

电容器

Capacitance

在组件上的不同还是会显示数据：

引脚名称和引脚分配

增益hFE和基极-发射极正向电压（双极）

正向电压（目前只能进行单二级管压降测试）

自动关机电路

在电路不工作时，晶体管T3的基极通过电阻R10截止使得电路不工作。

按下S1按钮时，晶体管T3的基极通过R7和晶体管T2的BE结连接到地面。

开关电源连接到的PD7（引脚13）。

 从而使晶体管T3导通，使得LED指示灯亮表示此时单片机处于工作状态。

当电路第一个开始工作之后出现，端口引脚PD6（引脚12）输出高电平晶体管T1导通。

 这时电流流过LED、R7和T3的BE结。

 10秒后晶体管测试仪关闭

如果您需要想测试连续几个晶体管，记得在操作每一次时按下按钮，开始测试循环一次。

 否则，等待到测试仪10秒后自动关闭。

 R9和C2的作用是为了消除干扰。

LED1是用来保持足够高的电压S1以及在晶体管T2的工作电压。

其中，电阻R11和R12用于测量电池电压。

 在低电池电压，相应的消息（“电池空（PowerLow）”）显示在液晶显示屏上。

波形发生器电路的核心是由555时基电路组成的无稳态多谐振荡器，可以产生三种波形，调节RP2可改变电路工作频率。

通过对上面电路的理解，同学们需要完成以下任务：

1、完成电路的装配和调试工作

2、完成试题部分的所有内容

二、

图1

电路原理图

波形发生器电路

晶体管测试仪电路

三、元件清单

序号

元件编号

型号/阻值

数量

备注

1

R1,R3,R5

680Ω

3

2

R2,R4,R6

470KΩ

3

3

R7,R8

27KΩ

2

4

R11，R13,R15,R16,R18

10KΩ

5

5

R9

100KΩ

1

6

R10

33KΩ

1

7

R12

3.3KΩ

1

8

R14

62KΩ

1

9

R19

1KΩ

1

10

R17（JP）

0Ω

1

0805封装

11

C10,C11,C12

0.1μF

5

12

C7，C8

0.01μF

13

C9

10μF

1

电解电容

14

C1,C2

0.1μF

2

0805封装

15

Q1

8550

1

16

Q2，Q3

8050

2

17

D1

贴片LED

1

1206封装

18

RP1

10K电位器

1

19

RP2

20K电位器

1

20

U1

ATmega8-16PC

1

程序已有

21

U2

NE555

1

22

U3

AMS1117-5.0V

1

23

LCD液晶模块

1602

1

24

固定柱

M3铜柱

4

带螺丝螺母

25

POW

Φ3.5孔型

4

26

S1

按钮

1

27

PCB电路板

自制

1

四、主要元器件介绍

1．ATmega8资料和结构（图2和图3）

ATmega8是一款采用低功耗CMOS工艺生产的基于AVRRISC结构的8位单片机。

AVR单片机的核心是将32个工作寄存器和丰富的指令集联结在一起，所有的工作寄存器都与ALU（算术逻辑单元）直接相连，实现了在一个时钟周期内执行的一条指令同时访问（读写）两个独立寄存器的操作。

这种结构提高了代码效率，使得大部分指令的执行时间仅为一个时钟周期。

因此，ATmega8可以达到接近1MIPS/MHz的性能，运行速度比普通CISC单片机高出10倍。

ATmega系列单片机属于AVR中的高档产品，它承袭了AT90所具有的特点，并在AT90（如AT9058515、AT9058535）的基础上，增加了更多的接口功能，而且在省电性能。

稳定性、抗干扰性以及灵活性方面考虑得更加周全和完善。

图2

图3

ATmega8的主要性能如下：

*高性能、低功耗的8位AVR微控制器，先进的RISC精简指令集结构

130条功能强大的指令，大多数为单时钟周期指令

32个8位通用工作寄存器

片内集成硬件乘法器（执行速度为2个时钟周期）

*片内集成了较大容量的非易失性程序和数据存储器以及工作存储器

8K字节的Flash程序存储器，擦写次数：

＞10000次

支持可在线编程（ISP）、可在应用自编程（IAP）

带有独立加密位的可选BOOT区，可通过BOOT区内的引导程序区（用户自己写入）来实现IAP编程。

512个字节的E2PROM，擦写次数：

100000次

1K字节内部SRAM

可编程的程序加密位

*丰富强大的外部接口（Peripheral）性能

2个具有比较模式的带预分频器（SeparatePrescale）的8位定时/计数器

1个带预分频器（SeParatPrescale），具有比较和捕获模式的16位定时／计数器

1个具有独立振荡器的异步实时时钟（RTC）

3个PWM通道，可实现任意＜16位、相位和频率可调的PWM脉宽调制输出

8通道A/D转换（TQFP、MLF封装），6路10位A/D+2路8位A/D

6通道A/D转换（PDIP封装），4路10位A/D+2路8位A/D

1个I2C的串行接口，支持主/从、收/发四种工作方式，支持自动总线仲裁

1个可编程的串行USART接口，支持同步、异步以及多机通信自动地址识别

1个支持主/从（Master/Slave）、收/发的SPI同步串行接口

带片内RC振荡器的可编程看门狗定时器

片内模拟比较器

*特殊的微控制器性能

可控制的上电复位延时电路和可编程的欠电压检测电路

内部集成了可选择频率（l/2/4/8MHZ）、可校准的RC振荡器

外部和内部的中断源18个

五种睡眠模式：

空闲模式（Idle）、ADC噪声抑制模式（ADCNoiseReduction）。

省电模式（Power－save）、掉电模式（Power－down）、待命模式（Standby）

*I/O口和封装

最多23个可编程I/O口，可任意定义I/O的输入/输出方向；输出时为推挽输出，驱动能力强，可直接驱动LED等大电流负载：

输入口可定义为三态输入，可以设定带内部上拉电阻，省去外接上拉电阻

*宽工作电压

2.7V-5.5V（ATmega8L）

4.5V-5.5V（ATmega8）

*高运行速度

O-8MHz（ATmega8L）

0-16MHz（ATmega8）

*低功耗

正常模式（Active）：

3.6mA

空闲模式（IdleMode）：

1.0mA

掉电模式（Power－downMode）：

0.5uA

2．集成电路555

555定时器是一种有记忆功能的器件，它既可以接成施密特触发器，又可以接成单稳态触发器和多谐振荡器。

555时基电路外形与引脚排列如图4所示，555时基电路各引脚功能见表

（二）。

表

（二）555时基电路各引脚功能说明

引脚编号

符号

功能说明

1

GND或VSS

公共地线端

2

触发信号输入端：

当②脚的电压uTR＜

VCC时，使555时基电路输出电压uo为高电平

3

OUT

信号输出端：

当②脚被触发时，输出高电平。

而当放电时，输出低电平

4

D

复位端：

当此引脚与VCC相连时，定时器工作。

当它与地相连时，可使RS触发器复位，uo为低电平

5

CO

控制信号输入端：

当⑤脚悬空时，参考电压VR1=

VCC，VR2=

VCC。

当CO端外接电压时，可改变“阈值”和“触发”端的比较电平，即改变比较器A1、A2的基准电压。

不用时，通常通过一个小电容接地，防止电路噪声进入

6

TH

阈值信号输入端：

当⑥脚的电压uTH＞

VCC时，输出uo为低电平

7

DIS

放电控制端：

其内部三极管的导通或关断，能为外部RC回路提供放电通路。

8

VCC或VDD

工作电源电压输入端：

这个引脚与电路的电源电压VCC相连

3．1602字符型LCD（图5和图6）通常有14条引脚线或16条引脚线的LCD，多出来的2条线是背光电源线。

液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：

阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。

图5

图6

表（三）LCD1602液晶显示器各引脚功能说明

引脚

符号

功能说明

1

VSS

GND接地

2

VDD

接电源（+5V）

3

V0

液晶显示器对比度调整端

4

RS

RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器

5

R/W

R/W为读写信号线，高电平

（1）时进行读操作，低电平（0）时进行写操作。

6

EN

EN端为使能（enable）端，下降沿液晶显示器执行命令

7~14

DB0~DB7

8位双向数据总线

15

BLA

背光电源正极

16

BLK

背光电源负极

五、装配及调试说明

1．装配

根据电路原理图（图1）和材料清单，将元件安装焊接到PCB板上。

安装焊接要求详见试题部分第二题（电子产品装配）。

2．调试说明

电路通电前应仔细检查所有元件焊接是否正确，例如：

是否出现虚焊、连焊、极性焊反核元件错焊等常见焊接问题。

液晶模块连接排针焊接正确，保证良好的导电性能。

检查无误后用万用表测量电源出入端是否有短路，若是一切正常方可根据下面的程序进行调试。

（1）接通直流9V电源，按下S1按钮后，D1发光二极管亮，1602液晶屏上显示“NotFound！

！

！

Pleasetryagain”，如果无显示，或者显示过深或过淡，请调节RP1，使之处于最佳显示状态；

（2）在123孔内检测元件，判断测试结果与理论推理结果是否一致；（可多测几次）

（3）使用示波器测量TP1，TP2，TP3波形，并在之后答题页中绘制波形，记录数据。

第二部分考题答卷部分

一、参数测试（30分）

1、元件筛选

清点套件中的所有元件，并进行测试筛选。

2、元件测试

将下表中涉及元器件检测结果填入表中：

质量判定填写“可用”、“断路”、“短路”、“漏电”等。

所使用的万用表型号为：

元器件

识别及检测内容

配分

评分标准

得分

电阻

R10

标称值（含误差）

测量值

测量档位

6分

错2项，该电阻不得分

电容

C9

标称值（含误差）

介质

质量判定

6分

错2项，该电容不得分

三极管

Q3

画外形示意图

标出管脚名称

电路符号

质量判定

6分

错2项，该三极管不得分

可调

电阻

RP1

画外形示意图

标出管脚名称

电路符号

质量判定

6分

错2项，该可调电阻不得分

元件

挑选

全部元器件

元件应用正确

3分

检查电路板上安装的元件，装错、漏装或操作损坏元件扣1分

万用表的使用和维护

万用表正常使用和维护

操作全过程中，使用万用表

逐个检查

3分

各项操作方法不当及错误操作手法扣1分

二、电子产品装配（40分）

工艺要求：

元件安装整齐、焊点美观、合理使用工具、操作规范

内容

技术要求

配分

评分标准

得分

元器件

安装

◆元件引脚加工尺寸及成形应符合相关装配工艺要求

◆元件安装时应横平竖直

◆元件的安装高度应符合相关工艺要求

◆元件的字符方向应与PCB的字符方向一致

◆LCD1602液晶显示器安装符合工艺要求

◆液晶显示字符清晰,对比度适中，无鬼影

10

检查成品，不符合要求的，每处每件扣1分

焊点质量

◆焊点大小适中，无漏、假、虚、连焊，焊点光滑、圆润、干净、无毛刺

◆焊盘不应脱落

◆修脚长度适当、一致、美观

10

安装质量

◆集成电路、二三极管等及导线安装均应符合工艺要求

◆元器件安装牢固，排列整齐

◆无烫伤和划伤处，整机清洁无污物

5

常用工具的使用和维护

◆电烙铁的正确使用和维护

◆万用表的正确使用和维护

◆螺丝刀、斜口钳等工具的正确使用

◆示波器的正确使用

5

根据监考记录，工具的不正确操作，每次扣1分

工作环境

◆工作过程中应保证工作台面得整洁

◆工作完成后应将工作台和测试设备清理干净，测试设备应回位

10

根据监考记录和结果时的现场环境，每次扣1分

三、电子产品功能调试（30分）

注意：

电路的调试方法，详见第8页的装配调试说明。

1．本电路功能完成（12分）

鉴定内容

技术要求

配分

评分标准

得分

实现功能

1.开机正常；

2.显示状态良好；

3.检测元件结果正确；

12分

在测试孔内检测元件

◆电阻正确

◆三极管正确

◆发光二极管正确

◆可控硅正确

2．电路正常工作时，测量TP1、TP2和TP3的波形。

（18分）

TP1：

波形（2分）

周期（1分）

幅度（1分）

量程范围（1分）

量程范围（1分）

TP2：

波形（2分）

周期（1分）

幅度（1分）

量程范围（1分）

量程范围（1分）

波形（2分）

周期（1分）

幅度（1分）

量程范围（1分）

量程范围（1分）

TP3：