基于单片机的晶体管参数测量仪设计.doc

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）

齐 齐 哈 尔 大 学

毕业设计（论文）

题 目 基于单片机的晶体管参数测量仪设计

学 院 通信与电子工程学院

专业班级 电子121班

学生姓名

指导教师

成 绩

年 月 日

摘 要
在实验和教学中，测量晶体管的放大倍数和特性曲线等主要采用晶体管特性图示仪或者万用表。晶体管特性图示仪可以显示三极管的输入、输出曲线，估读直流、交流放大倍数等，但是其测量准确度不高，携带不方便；使用万用表只能测晶体管的直流放大倍数，并且误差较大，不能进行特性曲线的测量。上述两者在测量晶体管的过程中，必须预知晶体管的引脚顺序，测量起来十分的不方便。为了解决以上问题，设计并制作了晶体三极管参数测试仪。
本设计主要采用单片机、自动测量和GUI三大技术，设计并完成一个具有良好人机交互界面的晶体三极管参数测试仪的制作。本设计可以实现自动识别晶体三极管的引脚顺序、管型、材料，测量晶体三极管放大倍数、结压降、输出特性曲线，并在彩色液晶屏上显示出来。本设计硬件主要包括四大模块:单片机最小系统、测量模块、人机交互模块和电源模块，各个模块协调工作，最终完成晶体三极管参数测量的任务。
关键词：单片机技术；输出特性曲线；液晶屏；人机交互
Abstract

In the experiments and teaching, magnification and characteristic curve of the measured transistor mainly adopts the transistor characteristic tracer or multimeter.Transistor characteristic tracer can display the transistor's input, output curve, dc, ac magnification for reading, etc., but its measurement accuracy is not high, is not convenient to carry;Can only be used with a multi-meter dc magnification of transistors, and the error is bigger, can't characteristic curve of the measurement.The above both in the process of measuring the transistor, must predict the pin order of transistor, measuring up very inconvenient.In order to solve the problem above, the transistor parameters tester is designed and produced.
This design mainly adopts single-chip microcomputer and automatic measurement and GUI technology, design and finish a transistor with good man-machine interface parameter tester.This design can realize automatic identification of the transistor pin order, tube type, material, measurement of transistor magnification, pressure drop, and the output characteristic curve, and the color LCD screen display.The design of hardware mainly includes four modules: single chip microcomputer minimum system, measurement module, human-computer interaction module and power module, each module coordination, finally complete the transistor parameters measurement task.
Key words: single chip microcomputer technology;The output characteristic curve;The LCD panel;The human-computer interaction

目 录
摘 要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
1.1 课题的来源及意义 1
1.2 数字电压表的国内外发展现状 1
1.2.1 国内的研究现状 1
1.2.2 国外研究现状 1
1.3 课题研究的主要内容 2
第2章晶体管参数测量仪总体方案设计 3
2.1 功能指标 3
2.2 总体结构设计 3
2.2.1 硬件设计方案 3
2.2.2 软件设计方案 3
第3章 晶体管参数测量仪电路设计 5
3.1 STC15W4K32S4最小系统电路设计 5
3.1.1 STC15W4K32S4单片机简介 5
3.1.2 STC15W4K32S4系列单片机的内部结构 5
3.1. 3 STC15W4K32S4系列单片机最小系统 7
3.2管型及引脚识别电路设计 8
3.3 输出特性曲线测量控制电路设计 9
3.3.1 管脚切换阵列电路设计 9
3.3.2 基极恒流源电路设计 10
3.3.3 集电极可变电压电路设计 11
3.4 输出特性曲线测量电路设计 13
3.4.1输入级电路设计 13
3.4.2中间级放大电路设计 14
3.4.3 A/D转换电路设计 14
3.5 人机交互电路 16
3.5.1 HMI液晶屏简介 16
3.5.2 TJC4832T035_011R智能串口液晶屏特点 17
3.5.3 人机交互界面设计 18
3.6 电源电路设计 20
3.6.1 交流电降压电路设计 20
3.6.2 整流电路设计 21
3.6.3 线性电源电路设计 22
3.6.4 开关电源电路设计 24
第4章 系统软件的设计 26
4.1 主程序设计 26
4.2 管型识别子程序设计 27
4.3 管脚识别子程序设计 27
4.4 测量阵列控制子程序设计 28
4.5 测量子程序设计 29
4.6 人机交互子程序设计 30
第5章 系统调试及误差分析 32
5.1 系统调试工具 32
5.2 实际测量数据 32
5.3 误差分析 33
5.4 实际测试图 34
总结 36

IV
第1章 绪论
1.1 课题的来源及意义
在模拟电子线路设计和教学试验中，我们经常要对半导体三极管放大系数、反向击穿电压、反向饱和电流、晶体管的输入输出特性曲线、延迟时间、晶体管开启时间、存贮时间等多种参数进行测量。但是传统的半导体三极管特性参数、放大倍数等的测试主要采用晶体管特性图示仪或万用表：晶体管特性图示仪可以显示三极管的输入、输出特性曲线，估读直流、交流放大倍数等，但其测量准确度不高，携带不方便；万用表只能测晶体管的直流放大倍数，并且误差较大,不能显示晶体管的特性曲线。因此，本课题设计了晶体三极管参数测试仪测试仪，可以实现自动识别引脚、判断管型、测量β值、测量输出特性曲线等功能。
1.2 数字电压表的国内外发展现状
1.2.1 国内的研究现状
目前，国内在三极管参数测量方面还没有成熟的技术，已经生产的产品价格昂贵、功能不齐全、稳定性差。
杭州五强电子有限公司的2012年推出的WQ4832型晶体管特性图示仪，采用示波管显示半导体器件的各种特性曲线，具有二簇曲线显示，双向集电极扫描功能，可以对被测半导体器件的特性进行对比分析，便于晶体管的配对，但是该仪器十分的笨重；上海新建仪器设备有限公司2013年推出的XJ4829晶体管特性图示仪采用采用彩色LCD显示、采用彩色LCD显示、具有数字存储功能，能满足对半导体管特性、三端稳压集成电路进行图示、参数测量，能对模拟器件进行分析、参数挑选、配对等，但是价格十分的昂贵。
总的来说，国内晶体管测试仪功能比较齐全，但是大多体积笨重，基本上没有采用人工智能技术，没有良好的人机交互界面。
1.2.2 国外研究现状
在国外晶体管测量现已拥有完整的理论支持和实际的应用。二十一世纪以来，随着人工智能的发展，电子测量技术实现了智能化，又进一步的减少了人为参与测量工作量。
美国DWYER公司产品2009年推出的DT-155是目前国外最具有代表性的产品，自动识别组件类型 （只需连接任何回路即可自动识别），特殊功能识别例如二极管维护和分流电阻、双级晶体管测试、双级晶体管漏电流测试、双级晶体管硅锗监测、加强模式MOSFETs的门阈值测试、半导体二极管、发光二极管、晶体管的基极发射器连结的正向电压测量、能自动和手动关机，虽然其功能十分强大，但是用于系统结构复杂，可靠性方面差强人意，连续测量时的精度略微差一些。
总体来说，国外在晶体管参数测量这方面理论和实际应用都达到了一个较高的水平，但是其设备的可靠性还较差，连续测量时精度一般。
1.3 课题研究的主要内容
课题研究的主要内容：
（1）电路设计：管型及引脚识别电路设计、输出特性曲线测量控制电路设计、输出特性曲线测量电路设计、AD转换电路设计；
（2）人机交互设计：液晶屏驱动设计、人机交互界面设计（GUI）、触摸屏驱动设计；
（3）软件设计：各个模块驱动程序设计、测量策略设计、控制程序设计。
第2章 晶体管参数测量仪总体方案设计
2.1 功能指标
主要功能：识别晶体管三极管的引脚顺序、管型、材料，测量晶体三极管的放大倍数、结压降、输出特性曲线。
技术指标：
（1）引脚识别正确率大于90%
（2）管型识别正确率大于90%
（3）结压降测量误差小于±10%
（4）三极管材料识别正确率大于90%
（5）放大倍数测量误差小于±10%
（6）输出特性曲线误差小于±10%
2.2 总体结构设计
2.2.1 硬件设计方案
系统硬件部分主要包括STC15W4K32S4单片机最小系统、管脚切换阵列电路、受控源电路、测量控制电路、AD转换电路、人交互电路和电源电路。STC15W4K32S4单片机通过控制引脚切换整列和受控源让被测晶体三极管处于放大状态，然后通过测量控制电路和AD转换电路读取被测晶体三极管的参数，最终通过人机交互电路显示出来。由于系统存在运算放大电路，电源电路又包括线性电源电路和开关电源电路，前者主要为单片机和运算放大电路供电，后者主要为继电器供电。
系统设计框图如图2-1所示。
2.2.2 软件设计方案
本设计是硬件电路和软件编程相结合的设计方案，选择合适的编程语言是一个重要的环节。在单片机的应用系统程序设计时，常用的是汇编语言和C语言。汇编语言的特点是占用内存单元少，执行效率高。执行速度快。但它依赖于计算机硬件,程序可读性和可移植性比较差。而C语言虽然执行效率没有汇编语言高，但语言简洁,使用方便，灵活，运算丰富，表达化类型多样化，数据结构类型丰富，具有结构化的控制语句，程序设计自由度大，有很好的可重用性，可移植性等特点。由于现在单片机的发展已经达到了很高的水平，内部的各种资源相当的丰富,CPU的处理速度非常的快。用C语言来控制单片机无疑是一个理想的选择。所以在本设计中采用C语言编写软件程序。
本设计程序主要包括：各模块驱动程序、测量策略程序和人机交互程序，各个程序在主函数中有机的结合在一起，完成晶体三极管参数的量的工作。

主控芯片
STC15W4K32S4
管脚切换
阵列
测量及控制电路
AD转换电路
HMI液晶
显示电路

可控放大
电路
程控恒
流源电路
程控恒
压源电路
触摸屏
电路

图2-1 总体设计框图
第3章 晶体管参数测量仪电路设计
3.1 STC15W4K32S4最小系统电路设计
本设计需要处理的数据量大、数据处理过程繁琐，对主控芯片的内存容量和处理速度有比较高的要求，所以本次设计采用STC公司的STC15W4K32S4为主控芯片，该单片机是STC公司在2015年推出的最新单片机，采用STC Y5高速内核，主频最高可达35MHz，拥有4K数据存储器和32K程序存储器，并拥有丰富的片上外设，非常适合低成本、高要求的设计。本次设计中其不仅作为主控芯片使用，也被作为A/D来使用。
3.1.1 STC15W4K32S4单片机简介
STC15W4K32S4系列单片机是STC生产的单时钟/机器周期（1T）的单片机，是高速/高可靠/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，采用STC第八代加密技术，无法解密，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。内部集成高精度R/C时钟（±0.3%），±1%温飘（-40℃～+85℃），常温下温飘±0.6%（-20℃～+65℃），ISP编程时5MHz～35MHz宽范围可设置，可彻底省掉外部昂贵的晶振和外部复位电路（内部已集成高可靠复位电路，ISP编程时8级复位门槛电压可选）。3路CCP/PWM/PCA，8路高速10位A/D转换（30万次/秒），内置2K字节大容量SRAM，2组超高速异步串行通信端口（UART1/UART2，可在5组管脚之间进行切换，分时复用可作5组串口使用），1组高速同步串行通信端口SPI，针对多串行口通信/电机控制/强干扰场合。
3.1.2 STC15W4K32S4系列单片机的内部结构
STC15W4K324系列单片机中包含中央处理器(CPU)、程序存储器(Flash)、数据存储器(SRAM)、定时器/计数器、内部掉电唤醒专用定时器、I/O口、比较器、看门狗、高速异步串行通信端口UART，高速同步串行端口SPI，片内高精度R/C时钟及高可靠复位等模块。STC15W4K32S4系列单片机几乎包含了数据采集和控制中所需要的所有单元模块，可称得上是一个片上系统(System Chip或System on Chip，简写为STC这是宏晶科技STC名称的由来)。
STC15W4K32S4系列单片机的内部结构框图如图3-1所示。
现STC15系列单片机采用STC-Y5超高速CPU内核，在相同的时钟频率下，速度又比STC早期的1T系列单片机（如STC12系列/STC11系列/STC10系列）的速度快20%。

RAM256字节
<idata>
RAM地址
寄存器

AUX-RAM
768字节
<xdata.>
B寄存器

程序存储器
（Flash）
16K-31.5K

ISP/IAP
ACC
堆栈指针
定时器/计数器0

TMP2
TMP1
定时器/计数器1
地址生成器

定时器/计数器2
程序计数器（PC）
ALU

看门狗
比较器
串行口
掉电唤醒专用定时器
PSW

SPI

P0,P1,P2,P3,P4,P5
锁存器
控制单元
内部高可靠复位
（16级可选复位
门槛电压）

P0,P1,P2,P3,P4,P5
驱动器
内部高精度R/C时钟（±0.3%）
±1%温飘（-40℃～+85℃）
常温下温飘±0.6%（-20℃～+65℃）
P0,P1,P2,P3,P4,P5
图3-1 STC15W4K32S4系列内部结构框图
其主要特点及优势如下：
（1）增强型 8051 CPU，1T，单时钟/机器周期，速度比普通8051快8-12倍。
（2）32K字节片内Flash程序存储器，
（3）片内大容量4096字节的SRAM，包括常规的256字节RAM <idata> 和内部扩展的3840字节XRAM<xdata>。
（4）共8通道10位高速ADC，速度可达30万次/秒，3路PWM还可当3路D/A使用。
（5）内部高可靠复位，ISP编程时8级复位门槛电压可选，可彻底省掉外部复位电路。
（6）工作频率范围：0MHz ～ 28MHz，相当于普通8051的0MHz～336MHz。
（7）内部高精度R/C时钟(±0.3%)，±1%温飘(-40℃～+85℃)，常温下温飘±0.6%(-20℃～+65℃)，ISP编程 时内部时钟从5MHz～28MHz可设(5.5296MHz /11.0592MHz / 22.1184MHz)
（8）不需外部晶振和外部复位，还可对外输出时钟和低电平复位信号。
（9）一组高速异步串行通信端口SPI。
（10）低功耗设计：低速模式，空闲模式，掉电模式/停机模式。
内置系统ISP监控程序
8/16/32/60/61K字节
Flash程序存储器
大容量2048
字节SRAM

EEPROM
Data Flash

5组8位并行端口
P0/P1/P2/P3/P4
+P5.4/P5.5
最多42个I/O
1T 8051 CPU

看门狗
STC

超低功耗，超低价
高速（0-35M），高可靠

超强抗干扰，无法解密
集成高精度R/C时钟±1%温飘-40℃-+85℃

内置高精准时钟（5-35M任意设置）

内置高可靠复位电路（8级复位门槛电压可设置）

掉电模式：<0.1uA，可由外中断或专用定时器唤醒

集成MAX810专用复位电路

A/D高速
10位8路
3路CCP/PCA/PWM
PWM可当D/A使用
高频PWM：6位/7位/*位
超高速双串口（UART）分时复用可当5组串口使用

图3-2 STC15W4K32S4系列单片机的内部结构
3.1.3 STC15W4K32S4系列单片机最小系统
单片机最小系统包括时钟电路、复位电路和电源电路。STC15W4K32S4单片机的P5.4/RST/MCLKO脚出厂时默认为I/O口，如需做RST复位脚，须在 STC-ISP 编程烧录时将其设置为RST复位脚(高电平复位) 。内部集成高精度R/C时钟(±0.3%)，±1%温飘(-40℃～+85℃)，常温下温飘±0.6%(-20℃～+65℃)，5MHz～35MHz宽范围可设置，可彻底省掉外部昂贵的晶振，当然也可以使用外部晶振。单片机默认使用内部 高精度R/C时钟，如需使用外部晶振，则须在STC-ISP 编程烧录时选择“外部晶体或时钟”。
STC15W4K32S4单片机的最小系统如下图所示：

图3-3 STC15W4K32S4单片机的最小系统
3.2 管型及引脚识别电路设计
三极管由两个PN结组成，PN结加正向电压时，可以有较大的正向扩散电流，即呈现低电阻，PN结导通；PN结加反向电压时，只有很小的反向漂移电流，呈现高电阻， PN结截止。这就是PN结的单向导电性。
管型及引脚识别电路主要利用PN结的单向导电性来测量。使用继电器进行每个引脚的切换，测量电路采用测量PN结导通或截止的方法来测量P型材料和N型材料的数量，然后再通过计算这两种材料的数量来确定管型。确定引脚也是利用PN结导通情况来测量，分别对每个引脚施加5V电压，另外两个引脚同时导通或截止，施加5V电压的引脚即为基极，然后再通过测量放大倍数确定发射极和集电极，这样就完成了测量管型和测量引脚顺序的功能。
本模块的主要子电路包括：引脚切换电路、干扰抑制电路和PN结测量电路，引脚切换电路主要负责三极管每个引脚的输入信号和输出信号的切换；PN结测量电路负责输出信号的处理，然后再送给单片机，这样才可以被单片机准确的检测到；干扰抑制电路主要用于由于消除三极管的放大特性产生的干扰，提高测量的准确度。
图3-4即为管脚切换电路的电路图，D1、D3、D5为切换继电器，用于切换该引脚处于测量状态还是供电状态，D2、D4、D6为检测开关电路，用于将被测三极管接入引脚切换电路，这样可以在需要的时候将三极管接入电路，不需要的时候将其断开，消除对其他测量的影响。

图3-4 管脚切换电路
3.3 输出特性曲线测量控制电路设计
3.3.1 管脚切换阵列电路设计
管脚切换阵列电路主要负责三极管基本放大电路（共集放大电路或共射放大电路）的搭建，为后面测量三极管的参数做准备。该部分主要分为两部分：三组由两个继电器做成三态开关和检测开关电路。三态开关用于切换每个引脚上不同的基本放大电路元件，这样可以在任意引脚顺序下搭建出正确的基本放大电路；检测开关电路和3.2中所描述的作用相同。

图3-5 管脚切换阵列
3.3.2 基极恒流源电路设计
基极恒流源电路利用反馈控制的原理进行设计，其主要元件包括DA、采样电阻、AD和单片机最小系统，通过该模块通过DA输出一定电压，然后通过检测采样电阻通过的电流来判断电流是否达到设定值，如果未达到将调整DA的输出电压，直至输出电流达到设定值。
本次设计中DA采用PCF8591芯片。PCF8591 是一个单片集成、单独供电、低功耗、8-bit CMOS数据获取器件。PCF8591 具有 4 个模拟输入、1 个模拟输出和 1个串行 I2C 总线接口。PCF8591 的 3 个地址引脚 A0, A1 和 A2 可用于硬件地址编程，允许在同个 I2C 总线上接入 8 个 PCF8591 器件，而无需额外的硬件。在 PCF8591 器件上输入输出的地址、控制和数据信号都是通过双线双向 I2C 总线以串行的方式进行传输。
PCF8591 主要性能指标：
（1） 单电源供电
（2） 通过 I2C 总线串行输入/输出
（3） PCF8591 通过 3 个硬件地址引脚寻址
（4） 4 个模拟输入可编程为单端型或差分输入
（5） PCF8591 的模拟电压范围从 VSS 到 VDD
（6） PCF8591 内置跟踪保持电路
（7） 8-bit 逐次逼近 A/D 转换器
（8）通过1路模拟输出实现 DAC 增益
PCF8591内部由IIC总线驱动电路、DAC转换电路和AD转换电路组成，通过向芯片写入不同的指令便可获取AD转换结果和用DA输出模拟信号。本次设计中不仅利用这一芯片输出一定的电压还用于检测输出电流，再反馈给单片机调整输出电压。

图3-6 基极恒流源电路
3.3.3 集电极可变电压电路设计
集电极可变电压电路包括DA输出电路和放大电路，DA用于输出可以变化的电压，放大电路用于将输出电压进行等比例放大，以满足测量时的需要。DA采用PCF8591芯片，该芯片的详细介绍详见3.3.2节；放大电路采用由OP07构成的同相比例放大电路。
（1）OP07简介
OP07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性（双电源供电）运算放大器集成电路。由于OP07具有非常低的输入失调电压（对于OP07A最大为25μV），所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07同时具有输入偏置电流低（OP07A为±2nA）和开环增益高（对于OP07A为300V/mV）的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。具有超低偏移：150μV最大，低输入偏置电流：1.8nA，低失调电压漂移，0.5μV/℃，高电源电压范围：±3V至±22V等特点。
OP07芯片引脚功能说明： 1和8为偏置平衡(调零端)，2为反向输入端，3为正向输入端，4为正电源，5空脚 6为输出，7接正电源。

图3-7 OP07引脚图
（2）放大电路设计
如图3-8所示电路中运放的同相输入端接信号vs，反向输入端通过电阻 R1接地,vo与vs同相，根据“虚短”和“虚断”
Vo=（1+R23/R55)Vi
本次设计电路需要最大基极电压为10V，输入最大电压为5V，所以放大倍数为两倍，即Rf=R1。
同相比例运算电路的特点如下：
1）输入电阻很高，输出电阻很低。
2）由于vN= vP= vS，电路不存在虚地（因为N点的电压被流过R1的电流i1抬高了），且运放存在共模输入信号（因为V+ ↑时有V- ↑，V+ ↓时有V-↓），因此要求运放有较高的共模抑制比。

图3-8 恒压源电路
3.4 输出特性曲线测量电路设计
3.4.1 输入级电路设计
输入级电路采用双电源运放构成的电压跟随器。这样做的目的是将被测信号和测量电路隔离开来，提高测量的精度。

图3-9 取样电路
电压跟随器，顾名思义，是实现输出电压跟随输入电压的变化的一类电子元件。也就是说，电压跟随其的电压放大倍数恒小于且接近1。电压跟随器实质就是放大倍数接近1的同相比例放大器，而同相比例放大器的放大倍数AU=1+Rf/R-，R2是反馈电阻，R-为反相端接地电阻，可以看出当R-无穷大时，放大倍数即为1，实际即是将R-去掉放大倍数即为1，最后的电路就是拿一个电阻将同相输出端和反相输入端连在了一起，还可以直接将此两端相连。所以最终R2和R6都使用了10k的电阻。
电压跟随其的显著特点就是，输入阻抗高，而输出阻抗低。一般来说，输入阻抗可以达到几兆欧姆，而输出阻抗低，通常只有几欧姆，甚至更低。
在电路中电压跟随器一般做缓冲级（buffer）及隔离级。因为，电压放大其的输出阻抗一般比较高，通常在几千到几十千欧，如果后级的输入阻抗比较小，那么信号就会有相当的部分讯号在前级的输出电阻中。在这个时候，就需要电压跟随器进行缓冲。起到承上启下的作用。电压跟随器还可以提高输入阻抗，可以大幅度减小输入电容的大小，为应用高品质电容提供保证。在测试时提取信号的信息，提取信号的信息时不会影响电路的正常工作。
3.4.2 中间级放大电路设计
由于AD只能采集0-5V的正电压，所以需要将测量信号转换到0-5V的正电压进行测量，中间级放大电路主要包括切换电路和差分放大电路。切换电路的功能是切换输入信号接入差分放大电路的顺序，从而使差分放大电路始终输出的为正电压；差分放大电路的功能是将输入信号进行等比例放大，调整到AD可以测量到的范围内。
切换电路由两个继电器组成，这两个继电器的功能类似于一个双刀双掷开关，可以交换差分放大电路两个输入端，从而使得差分放大电路的同相输入端总比反相输入端的输入电压大；差分放大电路由OP07运算放大器和若干电阻组成，利用其可以抑制共模信号放大差模信号的特点放大电路中测量电阻两端的电压。

图3-10 差分放大电路
3.4.3 A/D转换电路设计
本设计中AD转换部分采用STC15W4K32S4单片机内部自带的AD。STC15系列单片机的ADC是逐次比较型ADC。逐次比较型ADC由一个比较器和D/A转换器构成，通过逐次比较逻辑，从最高位(MSB)开始，顺序地对每一输入电压与内置D/A转换器输出进行比较，经过多次比较，使转换所得的数字量逐次逼近输入模拟量对应值。逐次比较型A/D转换器具有速度高，功耗低等优点。
STC15W4K32S4单片机ADC由多路选择开关、比较器、逐次比较寄存器、10位DAC、转换结果寄存器(ADC_RES和ADC_RESL)以及ADC_CONTR构成。下图为STC15单片机的AD结构图。

图3-11 内置A/D转换器结构图
从上图可以看出，通过模拟多路开关，将通过ADC0～7的模拟量输入送给比较器。用数/模转换器(DAC)转换的模拟量与输入的模拟量通过比较器进行比较，将比较结果保存到逐次比较寄存器，并通过逐次比较寄存器输出转换结果。A/D转换结束后，最终的转换结果保存到ADC转换结果寄存器ADC_RES和ADC_RESL，同时，置位ADC控制寄存器ADC_CONTR中的A/D转换结束标志位ADC_FLAG,以供程序查询或发出中断申请。模拟通道的选择控制由ADC控制寄存器ADC_CONTR中的CHS2～CHS0确定。ADC的转换速度由ADC控制寄存器中的SPEED1和SPEED0确定。在使用ADC之前，应先给ADC上电，也就是置位ADC控制寄存器中的ADC_POWER位。
当ADRJ=0时，如果取10位结果，则按下面公式计算:
10-bit A/D Conversion Result:(ADC_RES[7:0], ADC_RESL[1:0]) = 1024 x
当ADRJ=0时，如果取8位结果，按下面公式计算:
8-bit A/D Conversion Result:(ADC_RES[7:0])= 256 x
当ADRJ=1时，如果取10位结果，则按下面公式计算:
10-bit A/D Conversion Result:(ADC_RES[1:0], ADC_RESL[7:0]) = 1024 x
式中，Vin为模拟输入通道输入电压，Vcc为单片机实际工作电压，用单片机工作电压作为模拟参考电压。
3.5 人机交互电路
人机交互电路由电阻式触摸屏和TFT液晶屏组成，通过GUI技术和触摸控制算法实现人机交互功能。本次设计具有良好的人机交互界面，通过触控操作可以实现一键测量和清除测量结果的功能，并实现了绘制曲线的功能，增加了人机交互的趣味性。
本次设计使用液晶屏为TJC4832T035_011R智能串口液晶屏，触摸屏采用该液晶自带的触摸屏。
3.5.1 HMI液晶屏简介
（1）HMI简介
HMI是Human Machine Interface 的缩写，“人机接口”，也叫人机界面。人机界面是系统和用户之间进行交互和信息交换的媒介，它实现信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换。凡参与人机信息交流的领域都存在着人机界面。
（2）串口HMI简介
串口 HMI 就是设备封装好 HMI 的底层功能以后，通过串口(USART 232)与用户 MCU 进行交互，比如 MCU 可以随时通过 USART 发指令通知设备切换某个页面或者改变某个组件的属性。设备也可以随时通过 USART 通知用户 MCU 操作者目前触摸了页面上的某个组件或者设备当前进入了某个页面。
（3）串口HMI技术的优势
对于产品研发者来说，产品研发初期可以选型的接口无非就3种类型：RGB 接口，MCU 总线接口，串口 HMI。
RGB 接口：RGB 接口必须用在带有 RGB 驱动的 ARM 芯片上，一般的 ARM9 芯片有少许支持 RGB 的，ARM9 以上的芯片多数支持 RGB。但是此类接口的驱动是最复杂的，对硬件要求也是最高的。详细的驱动细节这里就不多讲了。
MCU总线接口：MCU 总线接口驱动比RGB 简单一些，对硬件也基本没有任何要求，只要是个MCU都可以驱动。但是显示速度是个比较大的瓶颈，大多数用户的MCU 都是51内核或者stm32这样的ARM7内核。驱动总线接口的屏速度不是很理想。当然ARM7内核也有超高速的。但是芯片成本也比较高，用的人也比较少。除了速度瓶颈之外，界面的显示驱动对于大多数用户来说也是很头疼的。总线型接口的屏只提供点阵的操作。图片、字符等任何显示内容都是通过取模数据，在屏幕上相应的位置把点阵一个一个的打出来。在此基础上再来实现人机界面的逻辑。工作量很大。通常情况下，比如做一个英文键盘可能开发者就得耗费几个星期的时间来制作。 并且后期修改的时候也是相当的吃力。
串口HMI：对于开发者来说，串口HMI是最简单的显示方案。首先他跟 MCU 总线屏一样对用户的硬件没有任何要求，其次，他没有速度瓶颈，因为界面的显示是设备内部自己实现的，用户MCU只是发送指令，并不需要底层驱动。再次，针对显示的人机界面的布局和大多数的逻辑（比如界面背景，按钮效果，文本显示等），全部都不需要用户的 MCU 参与，使用设备提供的上位软件，在电脑上点几下鼠标就完成了。制作好资源文件以后下载到屏幕即可自动运行，剩下的就是USART交互了(运行中用户 MCU 通过简单的对象操作指令来修改界面上的内容)。
串口 HMI 虽然是最简单的显示方案，那是不是意味着他是最高成本的显示方案。如果单纯从硬件的生产成本来讲，串口 HMI 确实成本要高一点点。但是这里我们要考虑两个问题，第一：是否值得多花这个成本去使用这个先进的功能？第二：除了生产成本之外，研发成本和后期维护成本您考虑进去没？研发周期过长导致新产品延期上市造成的损失您考虑进去没？对于这两个问题。我们认为这里是没有绝对答案的，见仁见智，不同的人会得出不同的答案。
简单概括一下串口HMI的优势：
不管是 RGB 接口屏还是 MCU 总线接口屏，开发者想要显示任何内容（注意是任何内容，不管图片，文字 ，还是刷色）归根到底，用户的 MCU 都是在对屏幕上的点进行底层绘制。任何图形都是用户在控制屏幕上的每一个点的状态。直观的说就是用户 MCU 控制的是屏幕上的点阵。而串口 HMI 则颠覆了这个应用。对屏幕上点阵的控制现在交给了设备内部的主控芯片。面向用户的不再是点阵，而是是控件。控件就是串口HMI封装好的一个功能模块，可以直接在上位机软件中调用。引入控件操作以后，用户MCU无需理会一个内容的显示需要控制哪些点的显示状态。甚至是坐标，都不需要在用户MCU里操作。用户从此只需要关注的是屏幕上的这些控件的属性。在运行中用户MCU通过串口指令改变控件的属性，就可以改变屏幕上显示的内容。除此之外控件还有触摸事件功能。就是它被触摸以后可以主动通知用户，也可以自动执行一些指令。
3.5.2 TJC4832T035_011R智能串口液晶屏特点
TJC4832T035_011R是深圳市淘晶驰电子有限公司生产的新一代HMI液晶屏，具有3.5寸TFT真彩显示屏和电阻式触摸屏，拥有灵活的编程方式和大量的控件供开发者使用，非常适合复杂的人机交互界面设计。
该液晶屏具有如下特点：
（1）3.5寸65K色液晶屏
（2）分辨率：480*320像素
（3）4线精密电阻式触摸屏
（4）16M用户FLASH存储器
（5）3584字节RAM存储器
（6）可调串口波特率（2400-115200bps）
3.5.3 人机交互界面设计
本次人机交互界面包含三个页面：首页、简介和测量结果页面，首页是本设计的名称和个人个人、指导教师的信息，简介页面是本设计的简介，测量结果页面主要是测量的条件和测量部分的控制和显示模块。
（1）首页界面设计
首页页面包括五个文本控件和一个触摸热区控件，文本控件包括设计名称、姓名、班级、学号和指导教师五个文本控件，分别显示这几项信息；触摸热区控件的功能是当人们触摸屏幕的时候跳转到简介页面。

图3-12 首页界面图
（2）简介页面设计
简介页面包括三个文本控件和一个触