直流电子负载的设计制作.doc
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直流电子负载的设计制作 【摘要】本设计主要以高速、低功耗、超强抗干扰STC12C5A60S单片机为控制核心设 计直流电子负载。包括控制电路(MCU)、主电路、采样电路、显示电路等,能够检测被 测电路的电流值、电压值等各个参数,并能直观的在液晶上显示。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 。 【关键词】电子负载;单片机(MCU) 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 图1 基于手动调节单片机控制的直流电子负载原理图 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Ibe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 图2 恒压电路图 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 图3 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 图4 恒阻电路图 当滑动变阻器打到50%时电阻分压V+=1/2Vin=V- ,电流I=Vin/4,R=Vin/I=4欧,电源电压与电流成正比例变化。可以用单片机实现,R= VText/I,由恒流原理实现。(如需长时间测试,MOSS管最好接大散热片) 3.测试数据及结果分析 3.1 恒压测试数据 设定值 测量值1(A) 测量值2(A) 测量值3(A) 工作电压(V) 工作电压(V) 工作电压(V) 1 0.97 1.02 1.05 2 3 9 5 4.93 5 5.06 5.5 7 8 12 12.03 12,05 12.09 16 18 20 24 24 24 24 25 27 30 30 30.1 36 3.2 恒流流测试数据 设定值 测量值1(A) 测量值2(A) 测量值3(A)
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