基于STC12C5A60S的直流电子负载的设计方案.doc

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1、基于STC12C5A60S的直流电子负载的设计方案本系统由自锁开关控制电路的工作状态,通过手动调节开关切换在恒压、恒流、恒阻电路之间的工作状态,由LED灯指示相应的工作状态。系统的稳压范围为1V-30V,稳流范围为100mA-3.5A,误差0-5%在题目要求范围内,达到题目要求并扩展了恒压、恒流的范围。由单片机控制,通过按键达到对恒压值或恒流值在一定范围内的控制,设置了过载保护,通过亮灯显示过载。1.方案设计与论证1.1 整体方案设计基于手动调节单片机控制的直流电子负载。本方案通过两个自锁开关来控制电路的工作状态,在恒压、横流、恒阻之间进行切换,通过stc12c5a60s单片机通过D/A芯片控

2、制恒压、恒流等的值,stc12c5a60s是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机,指令代码完全兼容传统的8051,但速度快8-12倍,8路高速10位A/D转换。采用大功率NMOS管IRF540,该管导通电阻足够小,源漏抗击穿能力足够强。软硬件结的方式,方便简洁实现了不同模块之间的转换,很好的完成了恒压、恒流等基本功能,并完成了恒阻等附加功能。由单片机采集电压、电流值,检测电路过载控制继电器工作,实现电路的过载保护并报警。1.2 模块方案1.2.1 恒压设计方案方案一:用晶体管来实现电压放大和比较,基极和发射极分别相当于比较器的负、正输入端。基极本身会分得一部分电流,同时还会有个电流I

3、be影响发射极的电压。这样的电路能够实现恒压功能,但是误差比较大,同时还有较大的功率损耗。方案二:直接用运算放大器OP07芯片来实现电压的放大和比较电路看起来简单易懂。电路可以实现恒压功能模块,相对误差较小。综合考虑选择方案二1.2.2 恒流设计方案方案一:用同一型号的三极管,利用三极管相对稳定的Ube作为基准,这种恒流模式简单易行,而且电流的数值可以自由控制,产品成本低,不同型号的管子,其Ube不是固定值,即使是相同型号也有一定的个体差异。同时不同的工作电流下,这种电压也会有波动,不是精密的恒流需求。方案二:用一个运放作为反馈,即选用OP07芯片来实现恒流功能模块的放大和比较其电路有足够的精

4、度和可调性,原件普遍易于搭建和调试。综合考虑选择方案二。1.2.3 显示模块方案一:采用数码管显示。显示可以用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低、易于维护等特点。电压和电流的显示可以用数码管,但数码管只能显示简单的数字,占用资源较多,现实信息少,不易显示大量信息。方案二:采用带字库的2.4寸tft屏幕为显示模块。硬件连接方式简单,而且显示内容丰富生动,可以设计友好的人机交互界面,易于人机交流。考虑到系统的、显示内容以及系统的实用性,我们采用方案二。2.电路设计2.1 恒压电路TEXT和GND的为测试点。电路整体是个负反馈:当TEXT高于设定值时,运放输出高电压,Q1导通度增加,负载阻抗变小,和电源内阻分压,TEXT减小,直至V+=V-;当TEXT低于设定值时,运放输出低电压,Q1到通度减小,负载和电源内阻分压变大,TEXT增大,直至V+=V-。2.2 恒流电路图TEXT和GND为测试点,OP07中V+=V-。当V+V-时,运放输出高电压,Q1导通度增加,电流增大,V-升高,达到V+=V-。当V+V-时,运放输出低电压,Q1到通度减小,负载和电源内阻分压变大,电流降低,直至V+=V-。所稳定的电流=V-除以阻值。2.3 恒阻电路图

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