1、本科毕业论文（20 届）基于单片机的直流电子负载设计(硬件)所在学院 专业班级 自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 学士学位论文原创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师的指导下独立完成的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含法律意义上已属于他人的任何形式的研究成果,也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机
2、构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌航空大学科技学院可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。作者签名： 日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日基于单片机的直流电子负载设计（硬件）摘要：电子负载的原理是控制内功率 MOSFET或晶体管的导通量，靠功率管的耗散功率消耗电能的设备，它的基本工作方式有恒压、恒流、恒阻、恒功率这几种。本设计从直流电子负载系统方案分析入手，详细讨论了整个系统的硬件电路和软件实现，并给出较为合理的解决方案。论述了直流电子负载的设计思路和过程。为便于控制的实现和功能的扩展，
3、采用了 STC89C52单片机作为核心控制器，可实现以下功能：电子负载有恒压和恒流两种模式，可手动切换。恒压模式时，电子负载端电压保持恒定，且可设定，流入电子负载的电流随被测直流电源的电压变化而变化。恒流方式时不论输入电压如何变化（在一定范围内） ，流过该电子负载的电流恒定，且电流值可设定。A/D 模块接受电路电压和电流模拟信号，转化为数字信号，经液晶模块同步显示电压电流。设计了 D/A输出控制电路、A/D电压电流检测电路、键盘电路、显示电路和驱动电路，通过软、硬件的协调配合，实现了整个设计；能够检测被测电源的电流值，电压值；各个参数都能直观的在数码管上显示。关键词：电子负载,恒压,恒流,单片
4、机指导老师签名:Design based on MCU DC electronic load（Hardware）Abstract: The principle of electronic load is control of transistors inside power MOSFET or the guide flux of power tube, it is a consumption power equipment which depends on the dissipation power of tube, there are four basic working ways that
5、 persistence pressure, constant current, the constant resistance, constant power .This design start with the analysis of DC electric load system solutions, it discussed the realization of the whole system hardware circuit and software in detail, and give a reasonable solution. Discusses the design i
6、dea and process of DC electronic load. In order to realize the control and the expansion of function conveniently, we adopted the STC89C52 microcontroller as the core controller, Can achieve the following functions: Electronic load with constant voltage and constant current two modes, you can manual
7、ly switch . Constant voltage mode, the electronic load voltage is kept constant, which can be set, into the electronic load current with voltage variation of the measured DC power supply and change. No matter how the change in input voltageconstant current mode (in a certain range), constant current
8、 through the electronic load current, and the current value can be set. The A/D module receives the circuit voltage and current analog signal into digital signal, LCD module, the synchronous display of voltage and current. The D/A output control circuit, the A/D voltage and current detection circuit
9、, keyboard circuit, display circuit and drive circuit design, through the coordination of software and hardware, realizes the whole design， current can detect power value,voltage value; each parameter can be directly in the digital tube display.Keywords: electronic load , constant voltage mode ,cons
10、tant-current pattern , MCUSignature of Supervisor: 目 录1 引言2 总体方案论证与设计2.1 系统设计要求 .32.2 电子负载工作原理 .32.3 总体方案设计论证 .42.4 系统具体设计方案 .63 电子负载系统硬件设计3.1 核心处理器设计 .73.2 键盘输入模块设计 .83.3 显示模块的设计 .103.4 A/D 转换电流电压采样电路模块设计 .123.5 D/A 转换模块设计 .153.6 电流取样 PI 控制器等组成的负反馈控制模块 .163.7 电源电路的设计 .193.8 总体电路介绍 .214 总结参考文献 .24致谢
11、 .25附录 A.26附录 B.281基于单片机的直流电子负载设计（硬件）1 引言在我们的生活中有很多个领域中都需要用到负载测试，如蓄电池放电试验以及购买电池、充电电源试验、电源时等都需要负载测试。如今，国外国内对这些试验基本上都是利用传统方来进行的。在电路中，用来吸收电源供应器输出的电能量的装置叫做负载，它将电源供应器输出的电能量吸收后并转化为其他的形式的能量储存或者消耗掉。随着电力电子、计算机和自动控制等技术的飞快发展，带来了电源检测技术革命性的变化。由于在我们生活当中有很多应用领域都在大量应用各种的电源，正因为如此电子负载在我们的生活中也就是必不可少的，然而对负载的要求也随着越来越严谨了
12、。然而传统电源检测技术就面临着巨大的挑战。为了准确的检测电源的可靠性和带载能力等，因此工程师们就把微机控制技术和电力电子技术巧妙地结合起来，实现电源的可靠检测。电子负载可以分为两种：直流电子负载和交流电子负载。在这两种负载中直流电子负载在人们生活中被用的时间更长，分布也更加广泛。在实验室中，最初是利用电力电子器件特性，再通过分析其等值电路，用电力电子元器件构建电子电路用来实现模拟负载，其可以实现定电流、定电压等特性。随着社会的发展，人们对电子负载需求更加广泛，从而发展到把单片机技术和电子负载相结合，慢慢地就实现了定电压定电流模式和可编程模式。单片机技术和变换器电路巧妙地结合还使得电子负载可以工
13、作在其它多种模式下如定功率模式、动态电阻模式和短路模式等等。随着一些晶体管等主要开关器件的出现以及电力电子变换器拓扑的发展，因为变换器能够更好的将一种电能变换为另一种或者多种形式的电能，使得交流电子负载也得到了更好的实现。我们一般都把可以模拟真实环境下的负载叫做电子负载。它的功能有恒流、恒压等这些功能，基本上所有的电源厂家都会用到，也必须有。在本文中主要的介绍了基于单片机上的直流电子负载。现在的这些电子负载和以前传统的负载相比，直流电子负载具有开发成本小，工作效率更高，且更加的节能环保，并且体积比较小，重量较轻等等这些优点。随着社会的进步，人们对电子负载的需求也会越来越多，对电子负载的性能质量
14、等都会有更高要求，也因为电子负载具有传统负载达不到的优点，相信在以后的社会中它的应用范围会2更加的广泛，电子负载也会被更多的使用在越来越多的地方，会变得更加普遍。所以，对于研究单片机的直流电子负载是有很大的市场前景的，具有极具广阔的研究意义的。32 总体方案论证与设计 2.1 系统设计要求直流电子负载是用来测试直流稳压电源、蓄电池等电源的性能。在本设计中要求设计和制作一台电子负载，有恒流和和恒压两种模式，且可手动切换。恒流方式时不论输入电压如何变化（在一定范围内） ，流过该电子负载的电流恒定，且电流值可设定。工作于恒压模式时，电子负载端电压保持恒定，且可设定，流入电子负载的电流随被测直流电源的
15、电压变化而变化。外接 12V 稳压电路。要求：（1）负载工作模式：恒压（CV） 、恒流（CC)两种模式可选择。（2）电压设置及读出范围：1.00V20.0V，设置精度 0.1V。（3）电流设置及读出范围：100mA2.00A ，设置精度 10mA。能显示电子负载两端的电压和流过电子负载的电流，相对误差小于 5%。2.2 电子负载工作原理 电子负载的工作原理是控制内功率（MOSFET）或晶体管的导通量（占空比），靠功率管的耗散功率消耗电能的设备，它能够可以实现模拟负载短路,精确的调整负载电流,同时还可以准确地检测出负载电压,模拟负载是感性阻性和容性,容性负载电流的上升时间。电子负载的基本工作方式
16、有恒压、恒流、恒阻这几种。（1）恒定电流方式在恒定电流方式中,不管输入的电压怎么变化大小, 电子负载也是以其设定的额定值来吸收电流的。如果设定的电流为 150mA，被测的电压是在 2V15V 之间变化的话，当你调节被测电压的值时， 此时负载值是可以变的，但是负载上的电流值也应改是维持在 150mA 不变。恒定电流方式可以用在测试电压源的负载调整率。负载调整率是电源可以在负载变化的情况下还可以稳定的输出电压的一种能力。是电源输出电压偏差率的百分比。（2）恒定电阻方式在恒定电阻这种方式中，吸收与电压形成线性正比的电流，负载就如电阻一般。但是这种方式只适用在电流源启动，测试电压源和限流特性。 在恒定
17、电阻方式中,当输入电压在 2115V 变化时 , 若负载设定为 0.5k, 4电流变化则为 20200mA。电子负载将吸收与输入电压成线性的负载电流。（3）恒定电压方式定电压模式能被使用于测试电源的限流特性。在恒定电压方式下电子负载将吸收足够的电流来控制电压使其达到设计的值。另外, 负载也可以模拟电池的端电压, 所以也可以使用在测试电池充电器中。在本直流电子负载设计中 PI 调节器的基准电压由单片机 D/A 转换输出。实现了在恒流恒压模式在下一定范围内的正常工作，用 A/D 转换器与单片机连接把电路中电压电流的模拟信号转换为数字信号，然后用液晶显示方式显示出即时的电压电流。2.3 总体方案设计
18、论证根据系统要求，得出以下三种方案：方案一：如图 2.1 所示，利用传统的电子负载设计方式，通过比较器 P2 的比较结果后反馈控制 MOSFET 的栅极电压从而达到控制作用。图 2.1 传统的电子负载设计方案二：如图 2.2 所示，是用了单片机作为核心处理器，设计了电压电流检测电路、A/D 转换模块、显示模块、键盘输入模块和 PWM 控制模块。MOS 管电路为电子负载主电路，键盘、LCD 和串口通讯实现人机交互。获得实际所需的工作电流和电压利用单片机输出一定占空比的 PWM 控制信号，控制功率电路 MOS 管的导通和关断的时间。电路中通过 A/D 采集到单片机，与预置值相比较，检测电路为电压和
19、电流负反馈回路，作为单片机进一步调节 PWM 占空比的依据。5图 2.2 方案二系统模块框图 方案三：如图 2.3 所示的为该方案的电子负载设计系统模块框图。采用了STC89C52 单片机作为核心处理器，设计了电流电压采样模块、A/D 转换模块、键盘输入模块、LCD 液晶显示模块、D/A 转换模块和 PI 调节等，通过软硬件想回协调配合，实现整个设计。再又通过 PI 调节器、负反馈控制环路和运放这些电路核心，控制 MOSFET 的栅极电压，达到的目的是使其内阻变化。MOS 管在这里既是电流的控制器件同时也是被测电源的负载，通过 PI 调节器控制 MOS 管的导通量，从而实现该电子负载的电流恒定。S T C 8 9 C 5 2单片机L C D 显示键 盘D / A 转化 P I 调节器 M O S 管被测电源电流检测A / D 转化电压检测A / D 转化V e r fRRU fR图 2.3 方案三系统模块框图
