2012浙江省电子设计竞赛设计报告

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1、2012年浙江省大学生电子设计竞赛简易直流电子负载设计报告摘要：基于电路设计的要求，电子负载主要由AD采样，PWM脉冲，恒流电路，电压电流检测，控制系统，显示等部分组成。功率负载模块主要由功率场效应管组成，电压电流检测模块用于检测功率负载电路实时运行的电流、电压数据。本系统采用TL494和MOS管作为系统恒流源核心，使用ADS1115A/D转换器和INA282电压放大器作为电流采样核心，使用STC12C5A60S2增强型高速低耗的51单片机作为控制核心制作成在恒流工作模式下的电子负载。本系统能在10V-20V的检测电源电压下进行100mA-1

2、000mA的分辨率为10mA精度为1%的恒流设定。SimpleDCelectronicloadAbstract:Basedontherequirementsofthecircuitdesign,electronicloadismainlycomposedofADsampling,PWMpulse,constantcurrentcircuit,voltageandcurrentdetecting,controlsystems,displayandothercomponents.Powerloadmodulemainlyconsistsofthe

3、powerfieldeffecttube,voltageandcurrentdetectingmodulefordetectingthepowerloadcircuitreal-timeoperationofthecurrent,thevoltagedata.ThissystemusesTL494andMOStubeasasystemofconstantcurrentsourcecore,usingtheADS1115A/DconverterandINA282voltageamplifierasacurrentsamplingcore,the

4、useofSTC12C5A60S2enhancedhighspeedlow-power51single-chipmicrocomputerasthecontrolcoreismadeintoaconstantcurrentmodeofelectronicload.Thesystemcanbedetectedinthe10V-20Vpowersupplyvoltage100mA-1000mA10mAresolutionaccuracyfor1%constantcurrentsetting.1系统方案论证与比较系统总体框图设计：单片机控制电流采样

5、被测电源设备显示数值恒流电路AD调控比较电压DA输出键盘操作电压采样1.1PWM波方案一：采用NE555产生三角波。利用NE555产生方波，通过积分电路产生三角波，并与DA产生的信号进行比较，产生PWM波提供给MOSFET管。利用DA控制PWM波的占空比从而实现恒流的作用。优点：价格便宜。缺点：电路复杂，元器件较多。方案二：采用TL494产生的锯齿波。利用TL494的5脚产生的锯齿波与DA产生的信号进行比较，输出PWM波，提供给MOSFET管。利用DA控制PWM波的占空比从而实现恒流的作用。优点：电路简单，元器件使用得少；TL494可自身产生

6、锯齿波，波形比较稳定。缺点：需要与DA进行比较后得到PWM波。方案三：单片机产生PWM波。通过IR2110驱动电路，驱动MOS管，从而控制主回路电流。优点：布线简单，硬件设计节省时间；用脉宽调制型控制器实现PWM控制，产生频率为100KHZ的脉冲较容易，并且完全由硬件产生高频脉冲，实时性好。缺点：控制软件编程工作量大、难度大；所有的控制都由单片机实现，对单片机的硬件资源要求太高。综合考虑，本次设计选用方案二1.2系统工作原理系统通过按键和液晶选择工作模式，设置工作模式下的设定值，并开始运行工作模式，单片机STC89C52实时检测功率负载电路的

7、工作电流、电压，并与设定值进行比较，通过执行内部控制算法，不断调整输出控制量，从而控制功率负载电路的回路电流，直到其运行数据与工作模式下的设定值相一致，期间主要依靠功率场效应管的耗散功率来消耗电能，与此同时，液晶对外显示相应的运行数据。相应运行的工作模式包括定电流、定电阻和定功率。定电流模式下被测电源工作电流保持恒定在设定值，不管电压变化;定电阻模式下被测电源电压与工作电流成线性变化，且比值恒定在设定值;定功率模式下被测电源电压与工作电流的乘积保持恒定在设定值。1.3单片机主控的A/D和D/A控制模块采用普通单片机STC89C52单片机为微控

8、制器，外接A/D和D/A芯片，来实现对整个供电系统的控制，但需占用较多I/O接口，会使普通单片机承受过大的数据处理任务，功耗较大。1.4系统电路工作电源解决方案为符