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论文)题目:基于 VHDL 的三极管 β参数测量仪的设计 作者所在系部: 电子工程系 作者所在专业: 通信工程 作者所在班级: 作 者 姓 名 : 作 者 学 号 : 指导教师 : 2012 年 6 月 15 日 北华航天工业学院教务处制 北华航天工业学院 毕业设计
论文任务书理工类学生: 通信工程 班 级: B08231 学 号:20084023131指导教师: 毕亚军 职 称: 讲师 完成时间: 2012.6.15 毕业设计
论文题目: 基于 VHDL 的三极管β参数测量仪的设计 纵向课题() 理论研究( ) 教 师 科研 课 题 横向课题( ) 应用研究( ) 注:请直 题目类型 接在所属 题目来源 项目括号 教师自拟课题(√) 应用设计(√) 内打“√” 学生自拟课题( ) 其 他( )总体设计要求及技术要点:设计一个能够测量三极管电流放大系数β值的装置,并能够分档显示所测参数。
基本要求及技术指标如下:1、能够对 NPN 和 PNP 三极管的β值进行测量;至少用三位数码管显示;2、被测三极管 β 值范围:50—300;3、测试与显示的响应时间lt2S,测试误差lt10;技术要点:1、设计三极管放大电路,对与β值成正比的电压信号进行取样,再通过 U-f 转换,得 到频率为 f 的脉冲信号,f 正比于三极管的β值;2、调节脉冲振荡发生器的参数,产生合适的脉冲信号作为计数电路的闸门信号。
3、通过计数译码显示电路实现对测量结果的数码显示。
4、数字部分采用可编程逻辑器件,基于 VHDL 实现; 基本原理框图如图一所示。
三极管 压控 组 译 取样电路 计 放大电路 振荡器 合 码 数 逻 显 器 辑 示 电 电 电 脉冲振荡发生器 路 路 路 图一 系统原理框图 工作环境及技术条件: 计算机一台,实验装置一套,有关的技术手册工作内容及最终成果: 1、分析三极管β参数测量仪的工作原理和测量方法 2、完成参数测试系统工作原理和系统结构框图, 3、完成 FPGA 部分的各单元电路的 VHDL 程序设计与仿真 4、完成 FPGA 芯片的编程下载,在实验平台上建立完整的测量系统并进行硬件功能 的验证与调试 5、完成毕业设计
论文的撰写时间进度安排: 1、第七学期第 9 周~第 15 周,查阅资料,完成开题报告、文献综述、外文文献翻译 2、第七学期第 16 周~第 17 周,开题报告审阅、答辩 3、第八学期第 1 周~第 2 周,分析三极管β参数测量仪的工作原理和测量方法 4、第八学期第 3 周~第 4 周,完成参数测试系统工作原理和系统结构框图, 5、第八学期第 5 周~第 7 周,完成 FPGA 部分的各单元电路的 VHDL 程序设计与仿真 6、第八学期第 8 周~第 11 周,完成 FPGA 芯片的编程下载,在实验平台上建立完整的测量系统并进行硬件功能的验证与调试 7、第八学期第 12 周~第 15 周,做出使用说明书,完成毕业设计
论文 指导教师签字: 年 月 日教研室主任意见: 教研室主任签字: 年 月 日 北华航天工业学院 本科生毕业设计(
论文)
原创性及知识产权声明 本人郑重声明:所呈交的毕业设计(
论文) 基于 VHDL 的三极管β参数测量仪的设计是本人在指导教师的指导下,独立进行研究工作取得的成果。
除文中已经注明引用的内容外,本设计(
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对本设计(
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因本毕业设计(
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本毕业设计(
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特此声明 毕业设计(
论文)作者: 指导教师: 年 月 日 年 月 日 北华航天工业学院毕业
论文 摘 要 本课题的研究是为了设计一个能够测量三极管电流放大系数 参数值的装置,并能够显示出所测的数值。
在电子设计过程中,选择具有不同电流放大系数 参数值的三极管,会影响到组成电路的相应性能。
所以,在设计具体电路时,需要对选用的三极管的 参数值进行测量。
模拟系统部分利用分立元件完成对 此项设计集模拟电子技术和数字电子技术于一体。
电压信号的采集和频率转换;数字系统部分则基于 FPGA,通过 VHDL 编程下载实现对采集数据的编译码、计数和显示功能。
通过此系统,实现了对三极管 参数值的精确测量。
关键词 三极管 参数值 FPGA VHDL I 北华航天工业学院毕业
论文 Abstract The purpose of this research is to develop a device which can measure the value alsonamed as the value of DC current grain for different kinds of transistors and show you thespecific value you measured . In the procedure of electronics designs it can bring different impacts on the function to thecircuit choosing different transistors which have different values. Thus it is necessary tochoose the appropriate transistors for your circuit by measuring the value for differenttransistors. This research merged analog technique with digital technique. The analog part whichcollect the voltage of transistor and convert it to the frequency related to the voltage. The digitalpart which based on VHDL coding and decoding for the data counting for the signal anddisplaying the result through by the chip of FPGA. We can get a accurate value through bythe system.Key words: Transistor value FPGA VHDL II 北华航天工业学院毕业
论文 目 录第1章 绪论 ..............................................................1 1.1 课题背景介绍.........................................................1 1.2 平台环境及优势比较 ...................................................1 1.3 课题的建立以及本文完成的主要工作 .....................................2第2章 系统结构 ..........................................................3 2.1 系统概况 ............................................................3 2.2 系统硬件结构 .........................................................3 2.2.1 可调数字信号源 ...................................................3 2.2.2 8 位 8 字型数码管显示模块 ..........................................4 2.3 FLEX 10K 系列概述 ....................................................5 2.3.1 FLEX 10K 系列器件的性能特点 .......................................6 2.3.2 FLEX 10K 系列器件结构.............................................7 2.4 小结 ................................................................7第 3 章 模拟系统的数据采集和处理............................................8 3.1 结构概况 ............................................................8 3.2 微电流源 ............................................................9 3.3 待测三极管偏置和检测电路 .............................................9 3.4 压控振荡器 .......................................................... 10 3.5 单稳态触发器........................................................ 11 3.6 逻辑与门 ........................................................... 12 3.7 小结 ............................................................... 12第4章 数字系统 ......................................................... 13 4.1 VHDL 概述 ........................................................... 13 4.1.1 VHDL 的发展 ..................................................... 13 4.1.2 VHDL 的特点 ..................................................... 13 4.2 FPGA 平台概述 ....................................................... 14 4.2.1 FPGA 的概述 ..................................................... 14 4.2.2 FPGA 发展状况 ................................................... 15 4.3 开发工具 Quartus II .................................................. 16 4.4 数字系统的整体结构 .................................................. 18 III 北华航天工业学院毕业
论文 4.5 数字系统的子模块 .................................................... 19 4.5.1 计数模块及程序 .................................................. 19 4.5.2 扫描模块及程序 .................................................. 21 4.5.3 显示模块及程序 .................................................. 22 4.6 小结 ............................................................... 23第 5 章 系统的数据分析 .................................................... 25 5.1 模拟系统的数据 ...................................................... 25 5.1.1 压控振荡器 ...................................................... 25 5.1.1 单稳态触发器 .................................................... 25 5.1.2 通过与门后的脉冲信号 ............................................ 26 5.2 测量系统 ........................................................... 26 5.3 测量系统的统计数据 .................................................. 27 5.3.1 PNP 型三极管测量数据............................................. 28 5.3.2 NPN 型三极管测量数据............................................. 28 5.4 小结 ............................................................... 29第 6 章 结论 .............................................................. 30致 谢 ................................................................. 31参考文献 ................................................................. 32 IV 北华航天工业学院毕业
论文 基于 VHDL 的三极管β参数测量仪的设计 第1章 绪论1.1 课题背景介绍 在电子设计过程中经常会用到三极管而选择具有不同电流放大系数 参数值的三极管,会影响到组成电路的相应性能。
所以,在设计具体电路时,所选择的三极管要具有合适的电流放大系数 参数值。
这就需要我们对三极管的 参数值进行测量,挑选出具有合适 参数值的三极管来搭建电路。
目前,国内外对三极管电流放大参数的测量通常采用传统方法,即利用晶体管特性图示仪或万用表对半导体三极管的 参数进行测试。
晶体管特性图示仪可以显示三极管的输入、输出特性曲线,估读出交、直流放大倍数等 但其存在携带不方便,移动便携性很差,以及肉眼估读带来的误差等缺点。
万用表可以用来分辨三极管的射基,基极和集电极,但测得的晶体管的直流放大倍数,误差较大,可用性不高。
本设计课题则弥补了二者的不足,采用 VHDL 将测量仪的软件程序写入 FPGA 芯片,实现了其数字测量部分,模拟部分利用 555 定时器构成的单稳态触发器和压控振荡器,可以采集待测三极管的电压。
1.2 平台环境及优势比较 本课题利用模拟部分进行电压采集和频率转化,然后经过基于 VHDL 的数字部分,以 FPGA 试验箱为平台,实现对频率的计数和译码显示。
基于 VHDL 的 FPGA 平台,可以将原本众多的元器件集成化,微型化,充分体现了 EDA(Electronic Design Automation)技术的巨大优势。
使 与传统的设计方法相比, 用 VHDL 可以将整个系统分为若干子模块 各功能子模块利用 VHDL 语言准确描述 在 Quartus II 环境下对每个底层模块程序进行编译、仿真成功后 再将各个模块连接起来形成顶层。
设计过程中使用 VHDL 语言对数字电路进行设计,由于 VHDL 具有非常强的行为描述能力,设计中可以采用较抽象的语言行为/算法来描述系统结构然后细化成各模块最后借助编译器将 VHDL 描述综合为门级电路,适于模拟、综合、优化和布线,从而可以减小硬件电路设计的工作量 缩短了开发周期。
尤其是 VHDL 可以将程序语言和原理图设计相结合的设计方法,大大降低了设计难度,提高了效率。
便于进行大规模工业化生产以及推广应用。
1 北华航天工业学院毕业
论文1.3 课题的建立以及本文完成的主要工作 本文主要包括以下内容: 1.以 FPGA 为核心,基于 VHDL 编程,构成了本课题的数字系统部分,实现对通过闸门信号后的脉冲计数、译码、显示等相应功能; 2.利用 555 定时器等元器件,构建以压控振荡器和单稳态触发器为主的模拟系统电路; 3.在实验平台上建立了完整的测量系统,并进行硬件功能的验证与模拟系统和数字系统的联合调试。
2 北华航天工业学院毕业
论文 第2章 系统结构2.1 系统概况 本课题所研究的三极管 参数测量系统,主要由两大部分构成: 1 模拟系统部分:利用三极管搭建的微电流源,给待测的三极管提供一个稳定的基极电流。
根据三极管电流 的关系,当 为固定值时, 反映了 的变化进而 也反映了 的变化。
再经过由 555 定时器构成的压控振荡器,实现 V-f 转换,得到频率为 f 的脉冲信号,f 正比于三极管的 值;同时由另一个 555 定时器构成的单稳态触发器,产生合适的脉冲信号作为计数电路的闸门信号;最后 ,两种信号通过与门相结合,产生的闸门脉冲信号与三极管 参数正相关。
2 数字系统部分:主要由 VHDL 程序在 FPGA 平台上实现,程序有三个底层模块,分别是用来给通过闸门的脉冲信号计数的十进制计数器模块、实现分时总线切换的动态扫描模块和实现七段共阴数码管显示的译码显示模块;最后,通过一个顶层文件,将三者统一调用,形成一个自底向上的工程,并实现波形仿真和下载验证。
两大部分的实现和结合,可以为三极管 参数测量奠定良好的基础。
系统整体原理图如下所示: 图 2-1 系统原理框图2.2 系统硬件结构 本课题的 VHDL 程序是在北京理工达盛科技有限公司生产的 EDA-V 型实验箱上实现的。
该试验箱的 FPGA 主芯片采用了 Altera 公司 FLEX10K 系列的 EPF10K10LC84-4 型号FPGA 芯片。
2.2.1 可调数字信号源 时钟信号源可产生从 1.2Hz20MHz 之间的任意频率,并且频率可以在这个范围内随 3 北华航天工业学院毕业
论文意组合变化。
整个信号源共有六个输出口(CLK0CLK5),每个输出口输出的频率各不相同,通过 JP1JP11 这 11 组跳线来完成设置,其中: CLK0 输出口的频率通过 JP7(CLK0)来设置,这样输出的时钟频率种类为 20MHz、10MHz、5MHz、2.5MHz、1.25MHz; CLK1 输出口的频率通过 JP1(F_SEL1)及 JP8(CLK1)来设置,输出频率对应关系为: ; CLK2 输出口的频率通过 JP1(F_SEL1)、JP2(F_SEL2)及 JP9(CLK2)来设置,输出频率对应关系为: ; ( 、 ( 、 ( 及 ( CLK3 输出口的频率通过 JP1 F_SEL1) JP2 F_SEL2) JP3 F_SEL3) JP10 CLK3)来设置,输出频率对应关系为: ; (F_SEL1) JP2 CLK4 输出口的频率通过 JP1 、 (F_SEL3) JP4 、 (F_SEL2) JP3 、 (F_SEL4)及 JP11(CLK4)来设置,输出频率对应关系为: ; ( 、 ( 、 ( 、 ( CLK5 输出口的频率通过 JP1 F_SEL1) JP2 F_SEL2) JP3 F_SEL3) JP4 F_SEL4)、JP5(F_SEL5)及 JP12(CLK5)来设置,输出频率对应关系为: ;2.2.2 8 位 8 字型数码管显示模块 数码管为共阴数码管。
为 本模块的输入口共有 21 个, 11 个段信号输入口和 3 个位信号输入口,分别为 A、B、C、D、E、F、G、DP、SEL0、SEL1、SEL2。
其中 SEL0、SEL1、SEL2 位于 1616 点阵模块区,它.