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1、编号： 毕业设计说明书题 目： 直流电子负载的设计与制作 题目类型： 理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发2011年5月 10日桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 III 页 共 页摘 要随着电力电子技术的、计算机技术和自动控制技术的迅速发展，为电源检测技术带来了革命性的变化。由于铁道电气化供电、电气牵引、信号控制、无线通信、计算机指挥调度中心及家庭日常生活等应用领域都在大量应用各种各样的电源，因此人们对电子负载的需求越来越多，对其性能要求也越来越高。而传统的电源检测技术面临着极大的挑战。为准确检测电源的可靠性和带载能力，因此把电力电子技术和微机控制技术有机地结合起来
2、，实现电源的可靠检测。本系统主要以AT89S51单片机为控制核心。设计直流方式的电子负载，即在定电流工作模式时，电子负载所流入的负载电流依据所设定的电流值而保持恒定，与输入电压大小无关,即电流值可设定。包括控制电路(MCU)、键盘输入、D/A转换电路、电子负载主电路、A/D转化电路、液晶显示电路、串行通信电路等；能够检测被测电源的电压值,电压值能直观的在液晶模块和通过串行通信在电脑上显示，设定的电流值能够在液晶模块上显示。关键词：电子负载；单片机（MCU）；数模（D/A）；模数（D/A）；串行通信；液晶显示AbstractAs the rapid development of the powe
3、r electronics technology, computer technology and automatic control technology, it has brought revolutionary changes for the power detection technology. By the reason of the Railway electrification power supply, electric traction, wireless communication, computer dispatch Center and family daily lif
4、e have significant applications in a variety of power supply. So the applications of the electronic load have become more and more important in people daily life. And requirements of electronic load performance also become higher and higher.so that the traditional power test technology faces great c
5、hallenges. In order to accurate detection of power reliability and load capacity, for this reason people organically combine the power electronics and microcomputer control technology ,achieve reliable detection of the power supply.AT89S51 microcontroller is the mainly control core of this system. D
6、esign way of electronic loads of DC. When the mode is that the current is constant. Electronic load current value flows into the Electronic load according to set and maintain a constant. It has nothing to do with the input voltage value，Namely current can be set. Including Micro Control Unit (MCU),
7、keyboard input, digital to analog (D/A) conversion circuit, Electronic load main circuit, analog to digital (A/D) conversion circuit, liquid crystal display (LCD) circuit, Serial interface communication. The system can detect the voltage of the Battery. The voltage value can be intuitively displayed
8、 in LCD module and through serial communication on the computer. The current value can be displayed on the LCD module.Key Words: Electronic load, Micro Control Unit (MCU), Keyboard Input, Digital to Analog (D/A) ,Analog to Digital (A/D)，Serial Communication , Liquid Crystal Display目 录引言11课题分析和方案的选择1
9、1.1课题设计的要求与目标分析11.2直流电子负载的设计方案与论证21.3 方案的比较与选择42 硬件设计42.1总体方案设计42.1.1基于AT89S51单片机的控制系统42.1.2单片机中断电路62.1.3复位电路62.2基于DAC0832的数模转换模块72.3基于NE5532的集成运算放大器模块82.4 电子负载主电路92.4.1电子负载反馈电路92.4.2功率MOS管电路92.5数据采集系统设计112.6串口通信电路122.7液晶显示模块142.8稳压电源电路153 软件设计173.1软件设计分析173.2软件的设计核心173.3程序流程图184 系统调试194.1系统模块调试分析19
10、4.2数据记录204.3误差分析与计算215 结论23谢 辞25参考文献26附 录27附录一 系统原理图27附录二 系统PCB图28附录三 电路板29桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 32 页 共 29 页引言在电子技术应用领域,经常要对开关电源、线性电源、UPS 电源、变压器、整流器、电池、充电器等电子设备进行测试，如何对其输出特性进行可靠、全面且比较简单、快捷的测试，一直是仪表测试行业研究的问题。传统的测试方法中一般都采用电阻、滑线变阻器、电阻箱等充当测试负载，但这些负载不能满足我们对负载多方面的要求，如：恒定电流的负载；带输出接口的负载；随意调节的负载、恒功率的负载、动态负载
11、；多输出端口的负载等。现在有一种新型多功能的电子负载，可据实际应用中对负载特性的要求进行设置，满足了我们对负载的各种要求，解决了开发研制测试中的困难。电子负载即电子负荷。凡是能够消耗能量的器件,可以广泛地称为负载。电子负载能消耗电能，使之转化成热能或其它形式的能量。静态的电子负载可以是电阻性(如功率电阻、滑线变阻器等) 、电感性、电容性。但实际应用中，负载形式就较为复杂，如动态负载，消耗功率是时间函数，或电流、电压是动态的，也可能是恒定电流、恒定电阻、恒定电压，不同峰值系数(交流情况下)，不同功率因数或瞬时短路等。电子负载就是在实际应用中负载比较复杂的情况下而设计生产的测试设备。它能替代传统的
12、负载，如电阻箱、滑线变阻器、电阻线、电感、电容等。尤其对吸收恒定电流或以恒定电压吸收电流，或电压电流都要在设定范围突变等传统方法不能解决的领域里，更显示出优越性能。1 课题分析和方案的选择对一个设计课题，首先要进行的是对课题要求进行了解并分析，然后就是根据要求提出合理的方案，最后是方案的设计、分析以及确定。1.1课题设计的要求与目标分析本课题要求对直流电子负载的原理和方法进行研究，了解恒流、恒压、恒阻电子负载的原理，学习和掌握典型的直流电子负载电路的设计原理和方法。在此基础上，以MCS-51系列单片机为核心微控制器，利用和改进现有的直流电子负载电路，并配合相应的外围电子电路，设计和制作一个能长
13、期稳定工作、适合6V铅酸蓄电池放电使用的直流电子负载样机。课题的预期成果，是以单片机为控制核心，制作一个能长期稳定工作、适合6V铅酸蓄电池放电使用的直流电子负载，实现下列基本要求：1、直流电子负载电源输入电压为220V/50Hz。2、直流电子负载具有简单的显示和键盘输入功能，便于输入放电的电流值。3、放电电流范围为15A，设置步进值为0.1A。4、实时监测并显示蓄电池端电压，提供将实时数据上传到PC机的功能。根据设计系统所要完成的目标，在分析整个系统组成的基础上，确定设计以单片机作为系统的核心控制器件，实现键盘输入、显示、电子负载电流的设定、串口通信的功能。1.2直流电子负载的设计方案与论证直
14、流电子负载可以具备恒定电流、恒定电阻、恒定电压、动态负载及短路负载等工作方式。方案一：定电流模式（CC mode）在定电流工作模式时，电子负载所流入的负载电流依据所设定的电流值而保持恒定，与输入电压大小无关，即负载电流保持摄定值不变。图1.1是电子负载与被测电源的连接图和外特性图。在定电流模式中，在额定使用环境下，不论输入电压大小如何变化，电子负载将根据设定值来吸收电流。若被测电压在510V变化，设定电流为100mA，则当调节被测电压值时，负载上的电流值应维持在100mA不变，而此时负载值是可变的。定电流模式能用于测试电压源及AD/ DC电源的负载调整率。负载调整率是电源在负载变动情况下能够提
15、供稳定的输出电压的能力，是电源输出电压偏差率的百分比。图1.1 电子负载的恒定电流工作方式 图1.2电子负载恒定电流工作方式原理图如图1.2，这个图是一个最常用的恒流电路，这样的电路更容易获得稳定及精确的电流值，R3 为取样电阻,VREF 是给定信号，电路工作原理是：当给定一个信号时 VREF，如果 R3 上的电压小于 VREF，也就是 OP07 的-IN 小于+IN，OP07 加输出大，使 MOS 加大导通使 R3 的电流加大。如果 R3 上的电压大于 VREF 时，-IN 大于+IN，OP07 减小输出，也就降了 R3 上的电流，这样电路最终维持在恒定的给值上，也就实现了恒流工作。如给定 VREF 为 10mV，R3 为 0.01 欧时电路恒流为 1A，改变 VREF 可改变恒流值，VREF 可用电位调节输入或用 DAC芯片由 MCU 控制输入，采用电位器可手动调节输出电流。如采用 DAC 输入可
