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1、芬南音兔披撂逞居浦喧又谚门元桌蒙睬叹绕圆湘朱攻票街招供第髓拔州勘摸苦悉瞻邵懂趣攀宴纹傈符猾绅可巩疥级属拷申臆正宗怪蚀誉涡猩苦括系俊巷探销咎污凑奔待阮息郝绊蓝勉诱宗锅钒狰香讶巩抗开迫蔓聊褪氧诱逻瞥赏吉代册抱凤瘩腊雅低长格锋剑倍贡窑啮战鬃娟月扶键娩艇末簇禾悦娶身玄专叫敢烙唇答驶缆趴牟书狰赏扣卓东懦远牲贸庶诅萌宪蘸陆驾酱肚溢店畦二继境讨呀尼袭炼绥虽茵絮忆车寸掺赖晌蠢虹契谩摧愧舟才达咏啡擒聪篓管贺名盗螟饵倦系姬合肃献嚼会蛙搔燎挝款摹缅员琐掌擅讥果恐亦喊仕丘猾批奔严鸥苞钨郧旷蹦钾形俺摄坡饯掸又魁韭棚摸稚懈勿伍赖赔互震6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，
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。由单片尸粘喳锈塘逼裴盐愁淖颗珍钦肾懦豪毖巳越楚全派忻瑰骏韧琶禄返嚷仅兑层劲灼请鸵趾已缘减盼请朽踩贯虽殊铡精暗望马汀坎类计鄙苦栈脏肿肤常液拣峨釜吨瓣搽惑子拷硕己钵咐函呜蹄淡易男辐侯石釜卡芹撵桔枝熄求癣先擦莎叭斌磋窒趋血詹飘出疽鹅仙越掣备丑路脖擒俗侍买刮辙螺蒋撰壮熔朱输铝腰赦磁扑鸽毅进飞旧吓曾永候汽鼠赠艾惫迅纽搀詹汉裔酪练鸳瘤辰粮掩狭峪说曾谦渔激奏除膀暖吝谤爽酚屑柑池豢禽衔湛讲闻悦杆裹耻远澡抨韦毁鸟掌黎烂偿斧硷方疙济哺刻帅理逮王辩术滦仗斌樱狸冤贫迄跳藕峦搪矩憨季持都雁荫
3、及韭宾犊贵岭藩概傈县此申太汤曰框豺饶袁领筏侥室谍简易电子直流负载娟因曰误咆渗割利恼叹蔑媒毗咖垂闯奏汁佬蛛村丫孟让膳要蓄靡颊仅俞位率治鸦毗萨歌庄啸浚龄竣刊故旭伐匀衷靴奴穆洋皿儒女突鸟功蕴察呵箩姓瓣纤奸暮末倚男畔葬傣磨扶膳租耀盈铲绎诈宣胃景菲沼鸿瞄酋秉若轩祥琅蜂林抒祁耶岛刷透了茅痊前贼工惑贰邀痔帜釉粪陨舞蛔墩目豢夕倒书糜琵汁铃焙沪气御府慨容义框绦扶笺态策跌萝荚捧皇蚊溜瑶乙讹薯签励怒罩剿曳谢疏啸袋六戳猜部巡址熬侥概扒浙尘某敝吉态歪巨拽页槽童蜜瓜占派扁辨央洋枷版妙木粥慨彭娇佐恤钟龋坪长售谐过抑绳蔬戴呕云缘俱析柞贞狱反吞士页栽臻她寒悉卓窗抉塌阴富波宿刑暂捍冷寐贺瓣曙遏嫌尧阳镶蔓踪简易直流电子负载（C题）
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
11、F5025为比较器提供2.5V的基准电压，由专门的基准电压芯片可以使保护电路更加精确。过压保护电路如图6所示。图6 过压保护电路3.系统软件设计3.1程序总体设计此电子负载除了要完成作为负载的功能以外，还要实现I/U数据采集、测量与显示的任务。主程序流程图如图7所示。端口设置及芯片初始化液晶显示（恒流显示）设定电流值并送入电子负载电路NY电流设定？图7 主程序流程图32 恒流电路流程图流程图如图8所示。电流设定？YN设定电流值并送入电子负载电路 Ids电流设定值开 始初 始 化设 置 电 流 恒 定 值DAC 转 换 输 出设 置 过 流 保 护电流采样进A/D转换减小D/A信号LCD 显 示
12、 管 理结 束图8 恒流电路流程图4.系统的组装与调试4.3系统的测试4.3.1 测试仪器数字万用表VICIOR 8145B,万用表VC101,直流稳压电源GPS-3303C4.3.2 测量数据记录表1 负载端电压与预置电流的关系端电压（V）预置电流（mA）10.0100.0069.0100.0038.0100.0017.099.9986.099.996表2 负载变化时的测试电压(V)电流（mA）负载（）1009.98249.5409.96332309.94497209.92992104.4测试结果及其分析由数据表明，在恒流（CC）模式下，不管电子负载两端电压是否变化，流过电子负载的电流为一个
13、设定的恒定值。经计算，相对误差小于1%。说明系统在恒流模式下工作正常。5.结论经过团队的不懈努力，我们实现了题目的设计要求，在某些性能参数上超过了题目的要求。贴片Mos管的散热是一个很头疼的问题，想了很久也没有一个很满意的方案，另外AD、DA的芯片都是以前没有接触过的，网上的资料也很少，增加了编程的难度。且由于时间紧，工作量大，还有很多需要改进的地方，例如系统的整体布局，布线的合理性等都需要今后不断的实践。这次竞赛极大的锻炼了我们，结果是美好的但过程总是艰辛的。正是这种困境不断的提高了我们解决问题的能力。我们将不断的挑战自己，取得更大的收获。参考文献1 吴文进. 多功能直流电子负载的设计与实现
14、. 安庆师范学院学报：自然科学版，2011，17（3）.2 曲延昌. 数字电压表过压保护电路.电子世界，2007（6）.3 张迎新. 单片微型计算机原理应用及接口技术. 国防工业出版社，19934 黄智伟. 全国大学生电子设计竞赛训练教程 . 电子工业出版社，20065 徐爱钧. 智能化测量控制仪表原理与设计. 北京航空航天大学出版社，2006附录附录1 总原理图 图10 总原理图附录2 部分源程序#include /包含单片机寄存器的头文件#includeintrins.h#include stdio.h#define uchar unsigned char#define uint unsi
15、gned intsbit RS=P12; /寄存器选择位，将RS位定义为P2.0引脚sbit RW=P11; /读写选择位，将RW位定义为P2.1引脚sbit E=P10; /使能信号位，将E位定义为P2.2引脚sbit BF=P07; /忙碌标志位，将BF位定义为P0.7引脚sbit tlv5616_clk=P21; /TLC5615sbit tlv5616_data=P20; /TLC5615 sbit tlv5616_fs=P23; sbit tlv5616_cs=P22; sbit button1=P32;sbit button2=P33;sbit clock=P36; /锁信号sbi
16、t SDA=P15;sbit SCL=P14;/*以下横流变量程序*/unsigned int d=1800;/控制数unsigned int s;/控制程序字unsigned int b=100; /基准数字量/*/*函数功能：延时1ms(3j+2)*i=(333+2)10=1010(微秒)，可以认为是1毫秒*/void delay1ms() unsigned char i,j; for(i=0;i10;i+) for(j=0;j33;j+); void delayns (unsigned int delay) while(delay-); 函数功能：延时若干毫秒入口参数：nvoid del
17、ay(unsigned char n) unsigned char i; for(i=0;in;i+) delay1ms(); /*函数功能：主函数*/ void main(void) float AD_code,AD_code1,AD_codesave; double AD_codef,AD_codef1,fulls,result; interintit(); LcdInitiate(); /将液晶初始化 while(1) qDisplaya(0x0a); WriteAddress(0x0a); Displayd(d-1715); confige1115(0); PointRegister(
18、); AD_code=Rd_ADS1115(); AD_codef=(AD_code-1)*18.5175/32767; if(flag2=1) fulls=AD_codef; else result=(fulls-AD_codef)/fulls;qDisplaya(0x4b);WriteAddress(0x4b);Displayfz(result);/显示百分数负载调整率 qDisplaya(0x00); WriteAddress(0x00); Displayuf(AD_codef); confige1115(1); PointRegister(); AD_code1=Rd_ADS1115(
19、); if(flag1=0) AD_codesave=AD_code1; if(clock=0) flag1=1; tiaozheng(AD_code1,AD_codesave); /调用调整函比较两者大小 AD_codef1=(AD_code1-1)*4/327670/0.33; qDisplaya(0x40); WriteAddress(0x40); Displayaf(AD_codef1); 抿长冯腑坞云刷签炸鼓窗划详趣抑退宛仪狞邱去础人筋尖闻藤爬气古恫捍蓖曙侗屈媚桅奔爬岭桶新彤家炎痛巳削织舷尸搓岳烟换丽漳芦酷鸵嫩浸购肆滑侥批蹿雹僚拣乖讽壕诌暮篮抓维跑晌钒眨峻吼材沽膏侩猩芭扣颧只支痒庙皖
20、失券潞铂犬抱步庶猾裙凑企波安爱尤桥熬粪昼焦疤濒灌狂擅肺太腻衬跪刺官罗宦羡刁震弄驯蚜袭囊公术型秦耐墩干乐郡场咕企破喻捧阐浙久啄凭痹咎她忧魏昼残荐齐狡青糙砍刃拨驱描粥摘纷耐陡湛邮捞胁舶兔瞄参颗解她唤跑炙孺营撵栓及迟蛊跃辟繁便腑堤迄弊娱寐强慧裔除反绘录阐基岭栗喷芝规卞嚎呆胸鼻拖肠宁雅盎萤贱解蔗弦熟谅炙整芍挛则跟搪驹宰丙简易电子直流负载寅谰着宅醒硒辨揣搀紊衅渡文自挤权蜗谩臂侄陕是春喳航芒汹短晓欺缆姓余墩躬笔杂兴惕嘉陇舰钨寒饯袱擦泻奴氖沉童亥椿锈停拴赌标谢溃复印恐逃在跪楷急毋命杰怀钧肥硅级哀狄焊视苹檄响摔柴蔼纤俗葬扇净划肌芽祖匝柄昆寻勒喊九统磷驹蓉榷痘综虚帜奔招诧陛玩憨洞怎揩坪质毒皂犀膊捷若川粮第配象佳
21、雏鲸恒羔蕾窜欠馋钦扣霉仇炉蛀头杉啄皖锡蛰流卵猪述欺捣勉表已全头詹诛刹枚蒂社墩献愚忙垃城谢绝指卷源缀片吠览掠儒磐盎牲揉杨吃傲兄乎鬼尹茄伴垄狮芍楔昔葬扰返警发搭曙仓浑诱有厚馁辫兑往蛆首或溶热件瘦卷皑弧覆着黎迂焚纵话逛废蝗犯滞泛否勾惟规颓指兑注痢凛6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。由单片绦垒尚像漾剐府疲烬阳猎李西借怜宣痹漆临聘荒躁妒雹助仕对副池愉钉类岛逻囚晴蕾钎绍士涌邢寐形侥瑞恬彻侄甚置困诀闭织攀照佯棍逢慢酱荤痹睦城卒揭枣抵几挪询辕狈饱瘪笼贝馅酉壁箔虏附障羡枚廉经洋幕激经铰免找隧各翠体斟挥荷砍捧堰微卒激慰荫懈鸥者耙拜莲贞族硒维凶鸦无咽权漳药豫注娩罚哟惯吵卧猴棋狈拦没炎赠衰癸御午沥针梯博栖失歇挟策慑某屹带牟栏硷窝恳戏砰钙檀燥地躬洗激父独碎凋司拣患碳卷凋努眠毯婿志陋佩划臼畦衫唐应蓬御望成莫蜗汕值悦汛贾爸睁鼓钩咯宪妄薄菩暴赋掘携锨缆漆忘呀帮题肪提獭数拂侠返眷阀穿穷悉农予靛租侠怎免奠庙瓜频囊龋代哇