基于stm32的程控直流电子负载

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1、.基于STM32的程控直流电子负载作者：刘俊杰来源：《电子技术与软件工程》2018年第05期        摘要设计了基于Cortex-M3内核的STM32F103芯片为控制核心的硬件系统，采用硬件PI调节器构成串联负反馈闭环控制结构，提高电流控制精度。软件直流采样部分采用防脉冲干扰的中位值平均滤波算法对采样数据进行处理，减小随机误差对电子负载性能的影响，最终实现恒流和恒阻两种工作模式。并且，采用LCD显示屏进行模式的切换和参数的设定，实现了较好的人机交互。详细研究了PI调节器的设计和中位值平均滤波算法对负载参数精度提高的影响，设计了一种低成本，较高精度，人机交互较

2、好的程控电子负载。        【关键词】电子负载PI调节器滤波算法STM32        1引言        在各种电子产品设计中需要用到负载测试，如蓄电池放电试验，购买电池、电源时等都需要负载测试。当前，国内外对上述产品的试验一般都采用传统的静态负载（电阻箱、滑线变阻器等）能耗放电的办法进行。        纵观直流电源的发展史，从复杂、笨重的线性电源到高效便捷的开关电源，从简单的模拟电源到复杂的数控电源，电源逐渐覆盖了我们日常生活的各个领域，因而人们对电子负载的需要越来越多，对其功能的要求也越来越高。而传统的电源检测技术在测试电源性能时，往往需要接入不同

3、性质、阻值的负载，传统的测试方法存在很大的局限性，如大功率可变电阻体积较大，分离电阻元件阻值不连续。为准确检测电源的可靠性和带载能力，因此本文把电力电子技术和微机控制技术有机地结合起来，实现电源的可靠检测。在传统直流电源的基础上，利用微处理器、A/D、D/A转换器，结合软件编程，对电子负载进行程序控制。同时，应用控制理论设计一套高效的控制算法，来提高电子负载的控制精度，数据直观的显示在LCD触摸屏上，实现较好的人机交互，并能实现恒流、恒阻等模式的切换。        本程控直流电子负载采用硬件、软件双调节系统与传统的模拟电阻性负载相比较具有成本低、性能好等长处，由于

4、程控电子负载相较于模拟电阻性负载具有更多的优点，电子负载被越来越多地应用到各种实验场所，有着广阔的市场和广泛的应用前景。        2程控直流电子负载的原理及整体方案        目前的恒流电路大都是在基本恒流电路的基础之上进行改进，逐渐发展成形。目前应用比较广泛的有线性调节和开关式调节两种电流调节方式，分别对这两种调节方式的特点进行总结，得到表1。..        吸取现阶段程控直流电子负载设计的优点。如图1所示，本程控直流电子负载方案构成为，STM32F103单片机通过内部集成的D/A，A/D模块来调节给定电压值，再经过V/I转换电路改变输出电流值，外围

5、可以适当的增加运放电路来比例调节基准电压的大小。增加了保护电路，采用运算放大器构成的窗口比较器，采样电压位于窗口值以内时，保护电路不动作，一旦采样电压值越界，保护电路及时切断电源，并反馈给单片机，单片机控制声光报警装置提醒用户。并且LCD显示屏替换了传统的显示器，可以显示电压、电流、英文标注并且负载参数显示精度可以达到三位数。        3程控电子负载的硬件设计        程控电子负载的硬件设计是整个电子负载设计的基础。硬件设计主要包括单片机最小系统的设计和外围电路的设计，考虑如何实现功能的同时还必须兼顾元器件之间的相互影响的问题。本章从单片机系统的设计、电

6、压电流转换模块的设计、PI调节器模块的设计这几个方面进行硬件设计开发。        3.1单片机系统设计        单片机系统主要是由单片机最小系统及LCD显示器、外部按键、声光报警电路这些外围电路一起构成的数字电路控制模块。        显示器件采用LCD液晶屏，显示模块的内部包含有一个液晶控制芯片ILI9341，显示时，各种模块共同作用把GRAM存储单元中的数据转化成液晶面板的控制信号，使像素点呈现特定的颜色，各个像素点组合起来则成为一幅完整的图像来实现液晶显示。本设计用STM32F103的FSMC接口实现控制LCD的8080时序，较好的实现人机交互。采

7、用矩阵键盘作为外部按键，蜂鸣器与LED实现声光报警，完成整个单片机系统的设计。        3.2电压电流转换电路的设计        V/I转换电路是整个程控电子负载的核心电路，V/I转换电路是一种将输入电压转换为电流的电路，电子负载外接电源供电时，流过电子负载的电流值不会随着外部电压的改变而改变，而是仅取决于控制电压的大小。        如图2所示，外部电源V1为电子负载提供电压，R1为电流检测电阻。运算放大器U5与R8、C1组成PI调节器，Q1构成场效应管电路。电子负载内部电路上R1上的电压值，送入U6运放构成的前置放大器，进行电压放大后送入由U5运放