什么是MUC

MCU(Micro  Controller  Unit)中文名称为多点控制单元，又称单片微型计算机(Single  Chip  Microcomputer)，是指随着大规模集成电路的出现及其发展，将计算机的CPU、RAM、ROM、定时数器和多种I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。 
     MCU按其存储器类型可分为MASK(掩模)ROM、OTP(一次性可编程)ROM、FLASHROM等类型。MASK  ROM的MCU价格便宜，但程序在出厂时已经固化，适合程序固定不变的应用场合；FALSH ROM的MCU程序可以反复擦写，灵活性很强，但价格较高，适合对价格不敏感的应用场合或做开发用途；OTP ROM的MCU价格介于前两者之间，同时又拥有一次性可编程能力，适合既要求一定灵活性，又要求低成本的应用场合，尤其是功能不断翻新、需要迅速量产的电子产品。 
    微控制器在经过这几年不断地研究,发展,历经4位,8位,到现在的16位及32位,甚至64位。产品的成熟度,以及投入厂商之多,应用范围之广,真可谓之空前。目前在国外大厂因开发较早,产品线广,所以技术领先,而本土厂商则以多功能为产品导向取胜。但不可讳言的,本土厂商的价格战是对外商造成威胁的关键因素。 
    由于制程的改进，8位MCU与4位MCU价差相去无几，8位已渐成为市场主流；目前4位MCU大部份应用在计算器、车用仪表、车用防盗装置、呼叫器、无线电话、CD 播放器、LCD驱动控制器、LCD 游戏机、儿童玩具、磅秤、充电器、胎压计、温湿度计、遥控器及傻瓜相机等；8位MCU大部份应用在电表、马达控制器、电动玩具机、变频式冷气机、呼叫器、传真机、来电辨识器（Caller ID）、电话录音机、CRT显示器、键盘及USB等；16位MCU大部份应用在行动电话、数字相机及摄录放影机等；32位MCU大部份应用在Modem、GPS、PDA、HPC、STB、Hub、Bridge、Router、工作站、ISDN电话、激光打印机与彩色传真机；64位MCU大部份应用在高阶工作站、多媒体互动系统、高级电视游乐器（如SEGA的Dreamcast及Nintendo的GameBoy）及高级终端机等。

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元器件识别与检测

一、电位器读值

电位器的阻值可以零连续变到标称阻值，它有三个引出接头，两端接头的阻值就是标称阻值。中间接头可随轴转动，使其与两端头间的阻值改变。电位器的型号、标称阻值，功率等都印在电位器外壳上。

标称值读数，第一、第二位数值表示电阻的第一第二位，第三位表示倍乘数10n

204　20×104=200KΩ

105　10×105=1000KΩ

二、电解电容：

1．管脚识别：　长 +　　短 –

2．质量判别：

①电解电容两个管脚搭接，使电解电容短路放电；

②用万用表R×1K档红、黑表笔接电容正、负极；

③检查容量大小。接上万用表瞬间，电容充电表针向右摆动，表针幅度越来越大，电解电容容量越大；

④检查漏电程度。随着电容的放电，表针又向左摆回，最后停在某一位置。若表针停在∞处，说明电容漏电很小，测不出来。一般应大于几KΩ。漏电电阻极小，说明电容质量越好。

⑤电容已坏：在测试中，若表针始终停在∞位置，表明电容内部已开路断开。若在0处，表明电容被击穿，内部短路。

三、二极管：

1个PN结构成，单向导电性

①万用表选用R×1K档（R×1档电流太小，R×10K电压太高，易损坏二极管）

②好坏判断：两表笔分别接于二极管两端，测得一阻值，再对调两笔，测得另一阻值。二极管正向电阻很小（大约几十欧-几百欧姆），反向电阻很大（几十KΩ-几百KΩ）若正、反向电阻值相差很大，说明管子单向导电性能好，若两次值均很小或很大，则管子质量有问题。（很小，击穿短路，很大，开路）。

③正负极判断。阻值较小一次中黑表笔接的管脚是二极管正极，红表笔接的管脚是负极。

四、三极管：

(1).判断三极管基极

由于基极与发射极，基极与集电极之间分别是两个PN结，它们之间反向电阻都很大。正向电阻都很小，所以用万用表欧姆档（R×100或R×1K档）判别。

步骤：①b极判别：先将任一表笔接到某一个认定的管脚上，如果测量得的阻值若一大一小，则可知它不是基极。都很大（或很小），再对换表笔，重复上述测量时，阻值恰与上述相反，都很小（或很大）。则可断定所认定的管脚为基极。若不符合上述结果，应另换一个认定管脚重新测量。直至符合。

（2）PNP、NPN判别：

测量时注意极性（管脚和表笔），当黑表笔接在基极，红表笔接在其它两极时，测得的电阻值都较小，则可判定该三极管为NPN型，反之，当红表笔接在基极，黑表笔接到其它两极时，测得的电阻值较小由可判定该三极管的PNP型。

（3）判断集电极和发射极：

基本原理：把三极管接成基本单管放大电路，利用测量管子的电流放大系数β的大小来判断集电极和发射极。

（4）好坏：

如果三极管两个PN结正向电阻与反向电阻都很大（开路）或都很小（短路）则说明三极管已经损坏。

NPN型:

将黑表笔接于一个待测的管脚，红表笔接另一个管脚，基极悬空，然后将黑表笔所接管脚与基极用手捏住（注意不能使其相碰，这时在黑表笔与基极间串入人体电阻），表针会有一个偏转角（α1）。接着，更换黑红表笔，重复上述过程。记录偏转角β变化，对于偏转角大者，则其黑表笔所接管脚便为集电极，红表笔所接管脚为发射极。

PNP型：

与NPN型三极管判断c、e极原理一样，不同的是行后两次都用手捏住，经表笔与基极，观察表针偏转情况。指针偏转角的大小一次红表笔所接管脚为集电极，黑表笔所接管脚为发射极。

五、可控硅管脚、好坏、触发能力判别：

晶闸管有三个电极，即阳极、阴极和控制极。用万用表测量极间电阻的方法可以判断其好坏，触发能力及管脚。

(1)好坏判别：

①R×100档，测量晶闸管阳极与阴极间正反向电阻值，正常晶闸管正反向电阻值都应在几百千欧以上，若只有几欧或几十欧姆，则说明晶闸管已短路损坏。

② R×10档或R×1位置。控制极与阴极间的正向电阻应很小（几十欧姆），反向电阻应很大（几十至几百千欧），但有时由于控制极PN结特性并不太理想，反向不完全呈阻断状态，故有时测得的反向电阻不是太大（几KΩ或几十KΩ）这并不能说明控制极特性不好。测试时，如果控制极与阴极间的正反向电阻都很小（接近零）或极大，说明晶闸管已损坏。

(2)管脚判别：

对于晶闸管，只有控制极与阴极之间是一个PN结，具有正向导通，反向阻断特性。利用这个特性，将用万用表转换开关置于R×1K档，任意测量两个管脚的正反向电阻，当有两个管脚之间的电阻很小时，黑表笔所接管脚便为控制极，红表笔所接管脚为阴阳极，剩下的一个管脚便是阳极。

(3)触发能力：

①将万用表量程拨至R×1档，将黑表笔接阳极，红表笔接阴极，记下表针位置。

②然后用一导线或通过开关，将晶闸管阳极与控制极短路一下（这相当于给控制极加上控制电压）晶闸管导通，表针读数为几-几十欧。

③再把导线断开，若读数不变，说明晶闸管良好。本法仅适用于小容量晶闸管，对于中容量和大容量晶闸管可在万用表R×1档上，再串联一两节能1.5V电池测试。

六、单结晶体管管脚判别：

①发射极e：万用表置于R×1K档，任意测量两个管脚间的正反向电阻，其中必有两个电极间的正反向电阻是相等的（这两个管脚分别为第一基极b1和第二基极b2）。则剩余一个管脚为发射极e。（∵单结晶体管是在一块高电阻率的N型硅半导体基片上引出两个欧姆接触的电极作为两个基极b1和b2，b1和b2之间的电阻就是硅片本身的电阻，正反向电阻相同约为3-10KΩ）

②b1、b2极：测量发射极与某一基极间的正向电阻，阻值较大的为b1，阻值较小的为b2。

思考题：如何用万用表辨别单结晶体管和普通晶体三极管（NPN）？

单结晶体管不但外形与普通三极管相似，而且与NPN三极管测量时也有相似之处，单晶体管（双基二极管）的发射极e对两个基极b1b2均呈现PN结的正向特性。正小反大，与普通NPN型晶体管特性一样，利用单晶管的b1与b2之间没有PN结的特性，可以与普通NPN管相区别。b1与b2间正反向电阻都一样约为3-10KΩ，而NPN型晶体管的集电极与发射极之间是一个正向PN结和一个反向PN结串联，用万用表测量时正反向阻值都很大。

七、桥堆好坏与管脚判别：

好坏：利用桥堆相邻两个管脚步间都一个PN结（正向导通，反向阻断）如果有相邻两个管脚正反向电阻都无穷大（开路）或很小接近0（短路）情况，桥堆已经损坏。

管脚：万用表R×1K选定一管脚接到用万用表黑表笔上，红表笔则分别接到其余三个管脚。如果3个阻值都很小，则所选定管脚为桥堆输出负极端，若有大有小，则为桥堆输入电源端。

八、稳压二极管好坏及稳压值判断

①好坏，正负极：与普通二极管一样

②稳定值确定

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数控直流恒流源

本系统是以凌阳SPCE061A单片机为核心控制器，具有电流可预置、可步进调整、输出的电流信号和预置的电流信号可同时显示的数控直流电流源。系统主要包括：凌阳SPCE061A精简开发板、键盘与显示电路、压控恒流源电路、校正电路、电源电路等。系统中通过键盘按键对电流值进行预置，凌阳SPCE061A单片机送出相应的数字信号，经过D/A转换、信号放大、电平转换、压控恒流源，再输出所需电流；实际输出的电流经过精密电阻变成取样电压信号，经高输入阻抗放大器、A/D转换器，将信号反馈到凌阳SPCE061A单片机中构成闭环控制；通过液晶显示器显示此信号的值。
关键字：SPCE061A  

一、方案论证
　　根据题目要求，本系统主要是控制核心的选择，所以只进行控制核心的选择论证。
　　方案一：采用目前比较通用的51系列单片机。此单片机的运算能力强，软件编程灵活，自由度大。虽然该系统采用单片机为核心，能够实现对外围电路的智能控制，但核心控制部件使用89C51时，为达到设计精度的要求，外围电路必须加上12位的A/D和D/A，这就使得整个系统硬件电路变得复杂，而且12位的A/D和D/A器件价格较高,使得系统的性价比偏低。如图1.1。

图1.1   采用89C51实现系统框图

　　方案二：采用凌阳16位SPCE061A单片机。此单片机功能较强、兼容性好、性价比高；具有体积小、集成度高、易扩展、可靠性高、功耗小以及具有较高的数据处理和运算能力，系统最高时钟频率可达49MHz，运行速度快；而且由于凌阳SPCE061A单片机内部集成了A/D、D/A转换器，不需外加A/D、D/A器件。通过采样取样，结合内部A/D、D/A，构成闭环反馈调整控制。此种方案既能实现智能化的特点，简化硬件电路，提高测量精度，同时也能利用软件对测量误差进行补偿，这给调试、维护和功能的扩展、性能的提高，带来了极大的方便。
　　鉴于上面考虑，我们采用方案二。

二、详细软硬件设计
　　根据题目要求和论证结果，本系统的系统框图如图2.1，

 
图2.1   系统框图

　　系统工作原理为：当有键盘按键对电流值进行预置时，SPCE061A单片机把所预置的数值送到液晶显示器显示，同时作为电流源的给定值，并输出相应的数字信号，通过D/A转换，使数字信号变成模拟电流信号，此电流信号经I/V模块转换成相应的电压信号，此电压信号经过压控恒流元件场效应管IRF640来产生相应的电流值，场效应管的漏极电流即为恒流源的实际输出电流。场效应管的漏极电流近似于源极电流，源极电流经过采样电阻后转化为电压信号，凌阳SPCE061A单片机采集此信号,作出相应的调整处理后输出显示，作为电流源的自测表的输出值。系统的硬件连接图如图2.2。

 
图2.2   系统硬件连接图

1、硬件设计
　　如图2.1，本系统硬件电路主要包括：凌阳SPCE061A单片机最小系统、键盘与显示电路、I-V模块、压控恒流源电路、电源电路等。下面分别说明各个电路模块。

（1）数模、模数转换器设计
　　根据系统要求计算，D/A最少必须达到11位。凌阳单片机SPCE061A内部集成有两个10位D/A和七路10位A/D可供使用。10位D/A的精度是1/1024，而题目要求输出电流2A的时候步进值为1mA,即精度至少为1/2000。考虑到SPCE061A有两个内部集成的10位电流型输出D/A，若把两个10位D/A并联使用，步进时交替加1或减1，则精度可达到1/2048，即相当于一个11位D/A的精度，完全满足要求，又节约了外部硬件资源，可大大提高整个系统的性价比。

（2）压控恒流源电路设计
　　压控恒流源是系统的重要组成部分，它的功能是用电压来控制电流的变化，由于系统对输出电流大小和精度的要求比较高，所以选好压控恒流源电路显得特别重要。
　　采用如下电路：
　　电路原理图如图2.3所示。该恒流源电路由运算放大器、大功率场效应管Q1、采样电阻R2、负载电阻RL等组成。

图2.3   压控恒流源原理图

　　电路中调整管采用大功率场效应管IRF640。采用场效应管，更易于实现电压线性控制电流，既能满足输出电流最大达到2A的要求，也能较好地实现电压近似线性地控制电流。因为当场效应管工作于饱和区时，漏电流Id近似为电压Ugs控制的电流。即当Ud为常数时，满足：Id=f（Ugs），只要Ugs不变，Id就不变。
　　在此电路中，R2为取样电阻，采用康铜丝绕制（阻值随温度的变化较小），阻值为0.35欧。运放采用OP-07作为电压跟随器，UI=Up=Un，场效应管Id=Is(栅极电流相对很小，可忽略不计) 所以Io=Is= Un/R2= UI/R2。正因为Io=UI/R2，电路输入电压UI控制电流Io，即Io不随RL的变化而变化，从而实现压控恒流。
　　同时，由设计要求可知：由于输出电压变化的范围U〈=10V，Iomax=2A,可以得出负载电阻RLmax=5欧。

（3）键盘显示电路设计
　　键盘采用普通的4×4矩阵式键盘，共有16个按键。
　　本系统采用凌阳128×64点阵式SPLC501液晶显示模块。这种显示方式非常直观，用户可以从显示器上看到很友好的界面，而且点阵式LCD的显示内容非常灵活，用户可以同时从显示器上看到汉字提示和两个电流值：其一为预先设定的电流值，即期望值；其二为输出电流的实测值。正常工作时两者相差很小。一旦出现偏差较大的状况，在一定范围内系统能自动调整，使误差满足精度要求。由于SPLC501液晶模组的资料在凌阳大学网站可以下载到，这里不再赘述。

（4）电源电路设计
　　本系统对电源有较高的要求。设计电源时既要保证电源的高稳定度，也要保证电源能输出大于2A的电流，故本系统采用三级管1264来扩流。而且在使用电源时必须充分考虑电源的效率。电源电路如图2.4所示，此电源电路采用了LM317和LM337，其输出电压是连续可调的，输出电压调到为＋15V和－15V来供给硬件电路使用，其中－15V的电源是供运放使用的，不需要扩流；而＋15V的电源的负载电流要求不低于2A，所以采用三级管1264来扩流。另外用LM7805产生＋5V的电压供凌阳SPCE061A单片机使用。

 
图2.4   电源原理图

2、软件设计
　　首先初始化系统，即凌阳SPCE061A单片机系统的初始化，液晶显示器显示欢迎界面"数控恒流源 HuaQiao University"，D/A 、A/D模块的初始化；系统默认设定值为1000mA；然后凌阳SPCE061A单片机便不停地进行键盘扫描，根据扫描得到的键值进行相应地操作，见图2.5主程序流程图。

 
图2.5   主程序流程图

三、测试说明
1、测试仪器
　　采用台湾固伟电子负载和4位半数字万用表进行测试。

2、测试方法
　　将各个模块连接，然后进行预设电流值和实际输出电流值对比测试，记录两者之间的偏差，并进行软件修正。

3、误差测量（单位：mA）
（1） 负载为1欧姆
　　测量数据如表3.1。

表3.1  负载为1欧姆时的测量数据

（2） 负载为5欧姆 
　　测量数据如表3.2。

表3.2  负载为5欧姆时的测量数据

（3） 负载为10欧姆
　　测量数据如表3.3。

表3.3   负载为10欧姆时的测量数据

3、目标值测量
　　测试数据表如表3.4和表3.5，其中为表3.4基本要求部分测试，表3.5为发挥部分测试。
　　测试记录中的I和V分别为流过负载电阻RL的实测电流值和RL两端电压值。如图3.1。

 
图3.1   压控恒流源测试

表3.4  基本要求部分测试数据

表3.5  发挥部分测试数据

四、结论

　　由于使用凌阳SPCE061A单片机作为中央控制器，本系统有功能强、性能可靠、体积小、电路简单的特点。本系统最小可步进1mA ,精度也比较高.输出电流范围较宽.
　　由于本系统对精度的要求较高，硬件部分中采样电阻的热稳定性要较好，本设计方案中采用康铜丝作为采样电阻。硬件中的核心模块为压控恒流源，其核心元件采用场效应管其性能和稳定性均高于三极管。为了进一步达到精度的要求，软件中又加入了闭环自动校正功能。
　　总之，本系统精度高，性能好，性价比高，稳定性好，智能化程度高，达到了设计要求。

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