直流电子负载讲述.docx

摘要系统设计了一种以具有高精度的直流电子负载。其主要由单片机控制模块、电子负载模块、频率切换模块、采样模块、显示模块和电源模块构成。它以TI公司16位单片机MSP430F149为控制核心，通过对DA的控制，达到对恒压值或者恒流值在一定范围内的控制。之后通过内含AD的采集模块将实际端电压、端电流值送回单片机控制模块，并通过显示模块加以显示，通过按键控制电压步进。频率切换模块能够在既定的频率和占空比下，顺利的接入和断开负载。关键词 MSP430单片机 12位AD/DA? 恒流恒压 运算放大器总体设计方案方案论证及比较方案一：基于手动调节的直流电子负载?基于手动调节的直流电子负载的原理图如下：图1-1本方案由于电路设计的问题，对电子负载恒流恒压的控制是依靠对电阻手动调节来实现的。而单片机对电阻的调节的实现相对较为复杂，因此这里并没有采用单片机为控制核心，只是将其应用于显示模块当中。该方案采用了诸多的精密器件（如精密金属膜电阻）以获得足够高的精度，但却采用了手动调节的方式，显然是得不偿失。而且高精度的器件的价格昂贵、数量稀少、不易采购。开环的控制方式不利于精度的调节和操作的简化。电路中恒流恒压部分相对独立，技术含量较低且元器件的利用率较低。同时，系统的扩展性较差也是其弊端。方案二：基于单片机的恒压恒流电路分离的电子负载基于单片机的恒压恒流电路分离的电子负载原理图如下：图1-2本方案采用了单片机控制整个系统，操作变得简单明了。但是电路中的恒压恒流部分仍然相对独立，技术含量较低。两部分电路分别受单片机的控制。电路的输出有两个。这为测量带来了不变。同时电路元件的利用率底下且电路本身规模庞大也是其弊端。方案三：基于单片机的数控直流电子负载?基于单片机的数控直流电子负载的原理图如下图所示。图1-3此方案控制核心采用MSP430单片机。操作时只需通过程序就能实现恒压恒流模式进行切换、恒压恒流值的调节、端口电压的采集及显示、恒压模式下电子负载的接入与断开等核心功能。较好的解决了方案一因手动操作所引出的一系列弊端。方案中所采用的元器件型号比较常见且价格适中，在元件运用方面远远优于上述方案。此方案采用12位A/D、D/A芯片，精度的理论值已经优于了题目要求。由于该方案的操作方法以及整体构架简易明了，利于电子开关的接入和控制，因此较好的实现了发挥部分关于频率方式的要求。电路中含有的运算放大器具有很大的电源电压抑制化，可以大大减小输出端的纹波电压。单片机对12864显示屏的精确控制使得显示界面人性化。A/D对实际电压电流的反馈有利于单片机智能的对输出值进行修正，这是方案一所不具备的。同时，本方案也将恒压电流与恒流电路有机的结合在了一起，电路简洁，控制简易。总而言之，智能化的可编程器件的充分使用使得整个系统可编程、可扩展，系统的灵活性大大增加。总体上远远优于上述两个方案。故选择方案三。系统总体框图图1-4单元电路设计整流滤波模块电路图如下图所示：图2-1整流滤波电路该电路输入为调压器输出交流电，最大为20V，经过整流滤波讲交流电转换为直流电电子负载模块电子负载模块分为恒压源和恒流源模块。电路图如下图所示：图2-2恒压（左）、恒流（右）模块恒流电路输入为5到20V，恒定电流范围为0.5—1A，单片机控制步进0.1V。恒压电路输入为5—20V,输出电压恒定，电流能力大于等于2A，单片机控制步进0.01A.继电器保护模块电路图如下图所示：图2-3继电器保护模块继电器实现的是过流保护功能，当电流超过2.5A时自动开启保护频率切换模块电路如下图所示：图2-4频率切换使频率实现1KHZ的频率切换单片机控制及显示模块单片机是数控电子负载的核心部件，它既协调整机工作，又是数据处理器。本系统采用MSP430F149单片机为核心，以16个按键键盘，12964液晶显示屏构成友好界面。单片机通过A/D,D/A等器件对模拟信号进行信号的采集、处理和输出，从而对输出电流值进行控制校正，达到较高精度,并且对电压、电流进行步进，并且精度较高。同时，单片机的接口全部进行扩展，使系统应用更加灵活。单片机软件设计软件设计????为了方便编写和调试，我们采用了模块化的编程方法，整个程序分为若干子程序：?（1）液晶显示子程序:显示当前模式（恒压或恒流），设定输出值及实际端电压电流；（2）键盘处理子程序：模式切换，输出值的设定及步进；（3）数据处理子程序：根据设定值换算出调整值，写入D/A的值，根据A/D采样的数据换算出实际端电压电流值；（4）将调整值送入D/A；?进行A/D采样；对设定电压进行步进及其显示。3.2 主程序的流程图??????主程序流程图如下：?系统测试测试仪器序号名称、型号、规格数量备注1调压器12直流稳压电源43双踪示波器14耦合变压器15高精度数字万用表1测试电路如