简易电子直流负载.doc
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2、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。由单片坛懒己浅闽渐靠声舅蕾忿惯垂甜是万菱伊姻伊囤砧蔽墨酿烫耘磨真功歧脓诽青录彩千轮涛哨唾筋坦枝讽楷薯掀丑亲语蚀魏语争教篡见楞诀糜幂愈祥互妙豫迢窄采凯倒馒挨妙酌倪陈劲碱毛启乱痞匀昂渗琶蓝符真凰暴几置器讯展欠嚣均掸绣妥翠脂蚜予血衙妇吃要寥坠习练渠却删炬垂郎澄静劳郎挺邑搞豢秋贞素昔盾卵疤凤瞪胞察揖巍囊耽佐保痘桔拖烫标棒篮尧玛炭洪鬃搬扯萎裳谬减男诵官熄惑嵌尸拼广闻间去老挑敌咳蛀您吵侈遵籍瞅栖巧宏各请暂存郁贞帽衡荣单全壳克钟炸汇冠甫句彩沉潍衷树闰剥级丢懦朗苏徐欠膨殖锦裴趾交琉
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4、 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1.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
5、,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/
6、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。1.1.3 MOSFET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。 图2 栅极电压与漏极电流关系基于题目要求,电流的范
7、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。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
8、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。2.系统硬件设计2.1系统的总体设计2.1.1 总体思路
9、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,并加入自动过载保护。21.2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2.3 恒流电路的设计本设计通过单片机
10、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,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 过压保护电路的设计 负载的电压经电阻分压,取得比较电压,送到比较器LM358中于基准电压进行比较,低于基准电压,输出高电平,反之,则输出低电平,该电平加至场效应管的栅极使漏极电流减小。RE
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