直流电子负载设计与制作论文.doc

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1、直流电子负载的设计与制作摘要：本直流电子负载采用C8051F360作为系统的主制芯片，可以实现恒流、恒压和恒阻三种模式。三种模式可手动切换。三种模式下，电流、电压、电阻的给定是通过键盘进行设定。硬件电路有单片机电路；键盘、显示、A/D、D/A（PWM）,电压检测电路，电流检测电路，MOS管及驱动电路组成。恒流（恒压）模式下，单片机通过检测电子负载电流（电压）值与给定电流（电压值）比较，由PID算法进行PWM控制，达到恒流（恒压）的目的；恒阻模式下，根据R=U/I计算电子负载阻值与给定电阻值进行比较，由PID算法进行PWM控制，进而实

2、现恒阻控制。通过安装调试；本直流电子负载电压在1~20V、电流在100mA~2A、电阻在1~200Ώ范围内，跟踪误差≤3%，调节时间≤3秒。关键字：C8051F360；电子负载；恒流模式；恒压模式；恒阻模式第一部分方案论证与设计1.1整体方案设计经过仔细研究分析，我们设计系统的结构框图如下：图1-1系统总体框图1.2模块方案比较1.2.1主控单元模块方案一：采用ATMEL公司的AT89C51。51单片机结构简单，操作方便，应用广泛，价格便宜。但是速度慢，程序复杂，硬件误差过大，难于满足指标要求。方案二：采用C8051F360单片机控

3、制。C8051F360单片机速度快且带片上调试功能，且具有片内A/D转换功能。强大的处理能力，丰富的片上外围模块，系统工作稳定，开发环境方便高效。综上所述两种方案相比较，C8051F360单片机可靠性更高，故选择方案二。1.2.2A/D转换电路方案一：采用TLC7135芯片。其优点是用简单电路就能获得高分辨率，但缺点是由于转换精度依赖于积分时间，因此转换速率极低。方案二：采用C8051F360片内自带的10位AD转换器。该AD转换器转换速度快且精度高，同时也简化了外部硬件电路。两者相比C8051F360内部自带的AD精度更高、操作方

4、面，故选择方案二。1.2.3显示模块方案一：采用数码管显示。数码管具有接线简单，成本低廉，配置简单灵活，编程容易，对外界环境要求较低，易于维护等特点。电压和电流的显示可以用数码管，并且本直流电子负载设计并不需要显示太多的内容，数码管就可以完成要求。方案二：采用液晶显示（LCD）。液晶显示具有功耗低、体积小、质量轻、无辐射危害的特点。但是液晶价格昂贵且屏幕容易出现瑕疵。对于此系统只是简单地显示电压电流值无需其他文字说明，从要求和成本考虑我们选择方案一。两种方案比较可知应选择方案一。1.2.4键盘模块：方案一：采用矩阵式键盘。将键盘排列

5、成矩阵形式，需要通过软件对按键进行判断和定义，且接口电路由单片机系统直接访问和控制，键盘的扫描、去抖动、判断和编码等操作都需要单片机完成，这样会使得单片机的工作量非常大，使单片机的效率降低。方案二：采用专用的按键扫描控制芯片74HC165。能够独立的完成对键盘中按键的扫描与管理，并且通过简单接口与微控制器进行连接。使用按键扫描控制芯片来完成微控制器的键盘管理，可以大大的提高微控制器的工作效率。经比较选择方案二，在本直流电子负载中，采用74HC165键盘扫描控制集成芯片。1.2.5恒流模块方案一：电阻采样反馈法，在功率MOS管的源极串

6、接采样电阻，将电流转换成电压，反馈至高增益误差放大器的反相端。在同相端输入固定电压，当反相端的电压等于同相端的电压时，功率MOS管的电流就恒定，即电流与同相端电压成正比例关系。方案二：电流直接采样法，通过电流传感器及运放电路检测流入电子负载的电流，与设定电流相比较，看电流是否达到系统设定的电流值，通过PID算法控制DA输出电压，进而控制功率MOS管的导通量来控制电流。方案一与方案二相比，由于采样电阻的功率太小，使电子负载可流入的电流受到很大的限制，远远无法满足题目的要求，方案二的缺点是系统响应速度较慢，但可以通过较大的电流。综合考虑

7、，我们选择方案二。1.2.6恒压模块方案一：三极管放大比较法，此方案中三极管的基极和发射极分别相当于比较器的负、正输入端。这样的电路可以实现恒压功能，但是误差比较大，同时还有较大的功率损耗。方案二；通过调节PWM占空比来比较调节指定电压与负载电压。这种电路结构简单，误差较小。比较两种方案知应选择方案二。1.2.7恒阻模块方案一：硬件实现法，将功率MOS管的端电压V采样至误差放大器的同相端，将功率MOS管的电流I采样转换成电压至误差放大器的反相端，根据欧姆定律:R=V/I，实现恒阻。方案二：软硬件相结合的方法。对恒压恒流两种模式进行同

8、时调节，通过PWM调节控制来实现恒阻。由于方案一误差较大，所以选择方案二。第二部分电路设计2.1单片机电路设计主控电路C8051F360组成的单片机最小系统构成。主控电路原理图见附件。图2-1主控电路图2.2硬件检测驱动电路硬件检测驱