基于STC12單片機的直流電子負載設計

李澤平（江西科技師范大學,南昌 330013）

基于STC12單片機的直流電子負載設計

李澤平
（江西科技師范大學,南昌 330013）

摘 要：在電子技術應用領域,經常要對開關電源、線性電源、充電器等電子設備進行測試，如何對其輸出特性進行可靠、全面且比較簡單、快捷的測試，一直是儀表測試行業研究的問題。傳統的測試方法中一般都采用電阻、滑線變阻器、電阻箱等充當測試負載，但這些負載不能滿足我們對負載多方面的要求，如：恒定電流的負載；帶輸出接口的負載；隨意調節的負載、恒功率的負載、動態負載；多輸出端口的負載等。本設計針對這些問題設計一款新型直流電子負載，滿足了我們對負載的各種要求，解決了開發研制測試中的困難。本設計能實現恒流、恒壓和恒阻三種模式。采用 STC12C5A60S2單片機作為系統的控制芯片，可通過按鍵手動切換工作模式。工作于恒壓模式時，電子負載端電壓保持恒定，且可設定，本設計主要包括控制電路(MCU)、DA和AD轉換電路、主電路、采樣電路、12864顯示電路、模式轉換電路等，能夠對系統達到精確控制從而按照設定值精確輸出。

關鍵詞：電子負載;單片機;采樣;模式切換

1　系統方案設計

利用運算放大器輸出PWM波實現控制IRFP064的導通截止來完成恒壓、恒流和恒阻三種方式，并由STC12C5A60S2單片機來完成設定的電壓和電流，可通過按鍵開關來設定與步進增加減小，經過ADC0832模數轉換后由液晶12864B來完成顯示部分和DAC7512數模轉換輸出作為運算放大器的基準電壓作為設定的基準值，最后完成恒壓、恒流、恒阻三種方式。

2　各模塊電路設計

恒壓模塊（圖1）

直流電子負載工作在恒壓方式如圖2所示，其中，OP07和MOSFET-N組成一個反饋電路，當從DA數模轉換輸出一個給定的基準電壓給OP07的反向輸入端2腳時，運放OP07的輸出端控制Q2導通或截止， 從而使得輸出端維持在基準電壓值，當不論輸入電壓如何變化電子負載端電壓保持恒定，且等于基準電壓值，從而達到恒壓目的。

恒流模塊（圖2）

直流電子負載工作在恒流方式電路如圖3所示，電路采用負反饋工作模式，電路中將場效應管Q2輸出的電壓信號經過下面的運放U4放大10倍，再經過U3的方向輸入端與DA輸出接到的3端進行比較使輸出信號控制Q4管不斷導通和截止，從而達到恒定2腳輸入端，此電路通過恒定電壓的方式恒定電流使輸出電流在數值上等于所設定的DA輸出基準電壓值。當輸入電壓在不斷的變化時（在一定的范圍），流過該電子負載的電流恒定，且電流值可根據基準電壓的大小設定。

恒阻模塊（圖3）

直流電子負載工作在恒阻方式電路如圖4所示，電路采用負反饋工作方式，此電路綜合恒壓、恒流的工作方式，電路下面的運算放大器U3將輸出的電壓信號經放大后輸入到U2的反向輸入端經過比較后輸出控制MOSFET-N的導通截止，使輸出端的電壓和電流在數值上滿足一定的比例關系，當不論被測直流電源的電壓如何改變，輸出端的電壓和電流在數值比值上恒定，即滿足恒阻方式。

3　測試方案與測試結果

3.1 電路的測試方案

直接使用數字萬用表等各種測量儀表對各個參數進行測量，通過切換按鍵完成恒壓、恒流、恒阻等工作方式。當測試恒壓或恒流時，兩個調整按鍵分別可以設定粗調遞增、細調遞增。使其在設定值在不斷的改變，并通過萬用表測量各種電流電壓值。當切換到恒阻擋時，通過調節滑動變阻器來完成設定的電阻值，改變被測直流電壓數值大小，觀察被測值數值大小變化。

3.2 測試結果分析

當工作于恒壓方式時，初始先設定一個基準電壓值，被測電源電壓不斷的改變（在一定范圍內增加），萬用表測量出來的輸出電壓值幾乎等于起初設定的電壓值，不隨被測直流電壓值的改變，可以認為在系統允許誤差范圍內，恒壓方式中電壓恒定不變，同樣電流的測量也一樣，實際測量值等于起初設定的基準值，不隨被測直流電源的電壓變化而變化，達到恒流的狀態。工作于恒阻方式時，實際測量值與設定電阻只存在微小誤差，但誤差均小于發揮部分的所要求的2%。

4　結語

本電路完成了基本部分和發揮部分要求的制作。在基本設計的基于STC12C5A60S2單片機控制的電子負載。并通過液晶顯示實時的顯示所測的電壓與電流及恒阻值。

發揮部分中恒阻負載仍有缺陷，靈敏度不足，并且存在微小誤差，有待于電路的進一步改進，使其精確性和穩定性更好。

此電子負載能很好的替代傳統的測試方法中一般采用的電阻、滑線變阻器、電阻箱等，更簡單、更快捷、更可靠地對電源、變壓器、蓄電池等電子設備進行輸出特性的測試。通過本次比賽對于直流電子負載的制作，我們對其有了進一步的了解。從一開始的電路構思，到單片機程序的編輯，再到后面一個個單元電路的調試以及為完成所有要求指標的聯調過程，我們學到了許多在課堂上學不到的東西。

參考文獻：

[1]單片機原理與應用及c51程序設計[S].北京：清華大學出版社,2009(07).

[2]黃慶華,張永格.單片機開發技術和實訓[S].

[3]電子技術基礎模擬部分（第四版）[S].北京：高等教育出版社,1996.

作者簡介：李澤平，男，河南登封人，研究方向：嵌入式系統。