基于單片機的電子負載系統設計

楊建 四川大學錦江學院電氣與電子信息工程學院

此次設計系統硬件部分由以下幾個模塊構成：核心控制模塊、A/D轉換模塊、D/A轉換模塊、采樣放大電路模塊、顯示模塊、按鍵模塊、電源電路模塊。本設計是通過軟硬件的配合實現其功能的.

1 電子負載系統設計方案

本系統選擇以STC89C52單片機作為本設計的核心控件，由核心控制模塊、鍵盤模塊、顯示模塊、D/A轉換模塊、A/D轉換模塊、采樣電路構成。運放、負反饋控制是整個電路的核心實質，來控制MOSFET的柵極電壓，以達到其內阻變化。MOS管在本設計中既作為電流的控制器件，同時也被作為被測電源的負載。通過對MOS管的導通量的調節來達到改變其內阻的作用實現恒流、恒壓工作方式。此系統有軟件部分和硬件部分共同作用，能夠準確的進行調節與控制。

2 硬件方案設計

2.1 核心控制模塊

核心控制器件的選擇在本設計中是非常重要的。它控制著其他所有部分并分配著其他部分的工作。它的效率會影響這個設計系統的運行，本設計之所以選擇單片機作為核心控件是因為其高效控制的能力。

STC89C52是STC公司生產的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，擁有的8K系統可編程Flash存儲器，這讓STC89C52具有了更高的靈活性和有效性。STC89C52使用了MCS-51的內核并對其功能進行了一些改進。

2.2 D/A轉換模塊

TLC5615是一款含有串行接口的D/A轉換器，屬于電壓輸出型器件。基準電壓值是最大輸出電壓的1/2，性能較好。10位的串行輸入只依靠3根串行總線來完成，硬件設計上方式簡便，外圍器件也少，對軟件編程來說也是很方便的。

本設計要求測出電壓、電流值，故對數據的精度要求會比較高。再綜合以上的敘述分析，我們選擇使用TLC5615這款芯片，它的接口較為單一，10位的DAC分辨率也高些。運用此芯片還可以簡化電路、使成本降低.

2.3 采樣放大電路和A/D轉換

采樣電路包括電壓采樣電路和電流采樣電路。采集到的實際工作電壓和電流，反饋到單片機，再通過液晶顯示器顯示出來，實現自動循環的調節。我們這里的采樣模塊主要是由兩個LM324組成的反相放大器，這一部分前面與D/A相連，后面與A/D模塊相接。

對于A/D模塊選擇采用外置A/D轉換器TLC1549。TLC1549是一個10位開關電容器，它的內部具有自動采樣保持的功能、可按比例量程校準轉換范圍的功能、抗噪聲干擾的功能等，它還具有誤差小、精度高、速度快、可靠性好等特點，接口簡單，使用價值高。故常被使用在一些轉換電路當中。

2.4 顯示

選用LCD1602液晶顯示器。液晶顯示比較與數碼管的顯示，它的畫質就是很明顯的高些，它的可視面積也會大些，還不會有電磁的輻射。LCD1602它是一款工業字符型液晶顯示器件。它是專門用于字母、數字和符號的顯示模塊。它能在同一時間顯示32個字符，其對比度是可調的，內部還有復位電路。

2.5 按鍵模塊

在系統中我們的設定值可以根據軟件的方式實現，但是對于增減數值則需要有一些手動控制，這里就要用到按鍵模塊。所以我們設置了增加鍵、減少鍵、清除鍵和確認鍵這四個鍵，這樣就已經能夠達到使用要求，按鍵的數量共有四個，所以不需用到矩陣鍵盤，使用矩陣鍵盤可能會使一些鍵沒有實用性造成浪費。我們在這里設計獨立按鍵直接連接芯片進行按鍵的輸入控制，在操作上也是比較簡單的。

2.6 軟件系統實現

系統的軟件部分主要實現的功能是A/D轉換、電流的預置、液晶顯示、電流電壓的檢測等。軟件設計選擇的是C語言程序進行編寫。過程如下：系統開啟后，首先進行系統的初始化，然后進行按鍵掃描的處理來讀取單片機輸入的預設值，接著等待的數據讀入后就進行D/A轉換，將讀入的數字信號轉化為模擬信號，再接下來采樣數據與讀入轉化后的預設值盡心比較，然后采樣的實際數據進行A/D轉換，經放大器放大后在液晶顯示屏上通過顯示程序將其顯示。接下來檢測采樣值與預設值是否相等，若相等則結束流程，若不等則返回繼續讀取單片機輸入的預設值。

3 總結

本設計在理論上采用單片機控制，調節和控制負載是很容易實現，并且能達到很高的調節精度和穩定性。同時還可以通過靈活多樣的調節和控制，除模擬實際的負載情況以外，還能模擬一些特殊的負載波形曲線，測試電源設備的動態和瞬態特性。而且在恒流模式下正常工作，對負載的調節、加載去載都是可以方便控制的，檢測到的有用信息如：被測電源電流和被測電源電壓以，這些參數在液晶上都是可以很直接并且很清晰地顯示出來的。

[1]張毅剛.彭喜元.單片機原理與應用技術.電子工業出版社，2009

[2丁銳霞.新型電子負載的研究.北方工業大學,2008,16