《简易电子直流负》word版

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1、简易直流电子负载（C题）摘要：本系统设计的是恒流（CC）工作模式的简易直流电子负载，是以单片机STC89C52为主控芯片，包括控制器、独立按键、显示电路、MOSFET功率电路、恒流电路、电压电流检测电路和保护电路。由单片机输出给定的电流值，并经过运算处理控制D/A输出，控制MOSEFT漏极电流，从而使直流电子负载的电流处于设定值。设计着重阐述了系统框架、工作原理、软硬件设计，并给出了系统测试表。测试结果表明，该系统具有稳定性强、调节速度快的特点，很好的满足了提出的性能指标。关键词：电子负载；恒流；功率电路；信号处理121

2、.系统方案论证1.1各种方案比较与选择1.1.1主控器模块的设计方案与选择方案一：采用纯硬件控制电路，虽然避免了软件的设置，但电路难度增加，且成本也高，也不利于实时调整电路。方案二：采用单片机STC89C52。STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。且指令代码完全兼容传统8051。综合考虑选择方案二以宏晶单片机STC89C52为核心，组

3、成单片最小系统。1.1.2显示模块的设计方案与选择方案一：采用数码管显示。数码管成本较低，对环境要求低，编程也容易。但所显示的信息量有限，一般信息量越大，占的I/O口也越多。方案二：采用1602液晶显示。采用液晶显示，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强。功耗也低，显示的信息量也多。根据题目要求，需要显示电压、电流等多种信息，数码管已不能满足要求故选择方案二，本系统采用的点阵式LCD型号为1602。1.1.3MOSFET功率电路的设计方案与选择方案一：采用IRF540场效应管。IRF540属于高电压，大电流的N通道增强型场

4、效应功率晶体管，栅极电压与漏极电流关系如图2所示。图1栅极电压与漏极电流关系方案二：采用TI的CSD17505Q5A。N通道MOSFET管。栅极电压与漏极电流关系如图3所示。12图2栅极电压与漏极电流关系基于题目要求，电流的范围为100MA-1000MA，在此范围内，CSD17505Q5A栅极电压与关系的线性度要比IRF540好的多，故选择方案二。1.1.4信号处理电路的设计方案与选择（1）A/D转换电路方案一：采用ADC0804。ADC0804属于连续渐进式的A/D转换器，模拟输入电压的范围0~+5v，分辨率只有8位。

5、方案二：采用TI的ADS1115IDGSR。ADS1115IDGSR是具有内部基准的超小型、低功耗、16位模数转换器。封装尺寸要小70%，14倍的采样速率支持严苛的测量要求。根据设计要求，电压的测量精度要达到0.02%，分辨力为1mv，通常10位A/D芯片无法满足题目的要求，而16位模数转换器满足题目的技术要求，并且ADS1115IDGSR是比赛提供的材料，而且ADS1115IDGSR是比赛提供的材料，故选择方案二。（2）D/A转换电路方案一：采用DAC0809。DAC0809是并行8位数/模转换器，占用端口多，转换频率

6、低于1M。方案二：采用TI的TLC5616。TLC5616是串行12位数/模转换器，占用端口少，转换频率高。两者相比TLC5616的速度快，由于题目要求的分辨力分别为1mv和1mA，通常8位的D/A芯片无法满足题目的要求，而12位数模转换器满足题目的技术要求，并且TLC5616又为比赛提供的材料，故选择方案二。122.系统硬件设计2.1系统的总体设计2.1.1总体思路利用单片机及其外围电路，包括独立按键、液晶显示等。按键设定负载参数并显示，搭建电压/电流检测、电压/电流比较以及功率控制电路，模块化实现恒流，并加入自动过载

7、保护。2．1.2直流电子负载结构框图独立按键输入STC89C521602显示DA转换TLC5616AD转换ADS1115IDGSRCSD17505功率控制过压保护被测电源设备图3直流电子负载结构框图2.2主控电路的设计主控电路主要由STC89C52单片机系统，DA、AD转换电路等构成。它可实现负载电流的设定，电流的动态稳定以及负载电压过压保护等功能。主控电路原理图如图5所示。图4主控电路原理图122.3恒流电路的设计本设计通过单片机程控输出数字信号，经过D/A转换器转换成模拟量，再经过射极跟随器隔离，输出至场效应管的栅极

8、，控制场效应管漏极电流，漏极电流的大小通过键盘设定。当电路由于某种原因导致上升，电阻上的电压上升，通过A/D转换芯片，实时把电流值转化为数字量，再经单片机分析处理，减小输出量，再经过D/A转换器转换成模拟量通过数据形式的反馈环节，使电流更加稳定，电子负载主电路如图5所示。MCUD/AA/D图5电子负载主电路2.4过压