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1、存档编号 赣 南 师 范 学 院 学 士 学 位 论 文 直流电子负载恒流源 的设计 教学学院 届 别 专 业 学 号 姓 名 指导教师 完成日期 赣南师范学院 2014 届本科生毕业论文（设计） 作者声明 本毕业论文（设计）是在导师的指导下由本人独立撰写完 成的，没有剽窃、抄袭、造假等违反道德、学术规范和其他侵权 行为。对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。因本毕业论文（设计）引起的法律结 果完全由本人承担。 毕业论文（设计）成果归赣南师范学院所有。 特此声明。 作者专业： 作者学号： 作者签名： 201 年年 月月 日日（手填时间） 赣南师范学院 20
2、14 届本科生毕业论文（设计） 直流电子负载恒流源的设计 DC electronic load current source 201201 年年 月月 日日 赣南师范学院 2014 届本科生毕业论文（设计） I 摘摘 要要 本设计最终实现直流电子负载恒流源的设计：在规定的使用环境中，无论输 入电压在允许范围内如何变化，其输出都将按设定值保持电流恒定。输出电流的 大小可以通过按键进行设定，设定值及与电路相关的物理量通过液晶 LCD 显示。 电子负载恒流源的基本原理是通过自动控制功率管的导通角和导通时间，依 赖于功率管的耗散功率变化从而实现电路输出的电流恒定。单片机通过 D/A 转换 后给出相应的
3、电流作为基准电流，控制环路依赖这个基准电流和实际电流对功率 管的导通角和导通时间进行控制，从而产生功率管的内阻变化最终实现输出电流 的恒定。整个系统主要包括电源模块、设定数据输入模块、单片机处理模块、 D/A 输出模块、反馈控制电路模块、A/D 数据采集模块、显示模块，通过软硬件 的协同配合来实现。 关键词关键词：恒流源；恒流模式；PI 调节器；D/A 转换；A/D 转换 Abstract This design ultimately driven by the constant current source of DC voltage: used in a predetermined env
4、ironment, regardless of how the input voltage is within the allowable variation range, the output will have a constant holding current setpoint. Magnitude of the output current can be set by pressing a button, the settings and the physical quantity related to the circuit via the LCD display. Cross-f
5、low regulator is the source of the basic principles of conduction angle and on-time by automatically controlling the power tube, power tube dissipation depends on the changes in order to achieve constant current power circuit output. Microcontroller through the D / A converter is given as a referenc
6、e current corresponding current control loop depend on the reference current and the actual current conduction angle and on- time control of the power tube, resulting in changes in resistance and ultimately power tube the output current constant. The entire system including power modules, setting da
7、ta input module, single-chip processing module, D / A output module, the 赣南师范学院 2014 届本科生毕业论文（设计） I feedback control circuit module, A / D data acquisition module, display module, through synergy of hardware and software to achieve. Key words: Cross-flow source; constant current mode; PI regulator;
8、D / A converter; A / D conversion 赣南师范学院 2014 届本科生毕业论文（设计） 目目 录录 引 论1 1.设计任务分析及方案论证2 1.1 系统设计任务与要求 2 1.2 设计任务与要求分析 2 1.3 总体设计方案及论证 2 2.硬件设计4 2.1 单片机最小系统 4 2.2 输入模块 5 2.3 显示模块 5 2.4 D/A 输出模块.6 2.5 A/D 采样模块.7 2.6 PI 控制器和硬件电路图 9 2.7 电源电路的设计 .11 3.软件设计.12 3.1 按键输入子程序 .12 3.2 液晶显示子程序 .13 3.3 D/A 转换控制子程序1
9、3 3.4 A/D 数据采集子程序13 4.系统调试.14 4.1 硬件调试 .14 4.2 软件调试 .14 4.3 综合调试 .15 5.结论.16 致 谢.17 参考文献.18 附录一 电路原理图 19 附录二 设计源程序 20 赣南师范学院 2014 届本科生毕业论文（设计） - 1 - 引引 论论 电源是我们在学习、生活、工作和研究各个领域都要用到的重要工具之一，常 见的电源一般有交流电压源和直流电压源，另一方面恒流源也是我们经常需要用到 的电源。 由于我们经常可以获得的电源一般为电压源，为满足日常生活和实验研究中对 的需求，根据电子负载原理制作一个恒流源。它能将直流电压源转换为，操
10、作简单 输出稳定。 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，实现电源的可靠检测。 电子负载可以模拟真实环境中的负载（用电器） 。它有恒流、恒阻、恒压和恒功 率功能，以及短路，过流，动态等等，应该说所有的电源厂家都会有用，而且也必 须有。电子
11、负载分为直流电子负载和交流电子负载，由于电子负载的应用方面问题， 直流电子负载应用比较广泛，本文主要介绍其中恒流源的设计。 赣南师范学院 2014 届本科生毕业论文（设计） - 2 - 1. 设计任务分析及方案论证设计任务分析及方案论证 1.1 系统设计任务与要求系统设计任务与要求 （1）无论输入电压如何变化（在一定的范围内） ，流过该恒流源的电流恒定， 且电流值可设定于 100mA - 2A，设置精度 10mA； 能将输入电压值、设定电流值及恒流源实际输出电流值通过 LCD 液晶屏或 LED 数码管显示出来。 1.2 设计任务与要求设计任务与要求分析分析 本设计要实现的功能是：不管输入的电压
12、如何变化，输出的电流恒定在设定值 保持不变，其中设定电流值可在 100mA 到 2A 内手动调节，并且将设定值、输入电 压值、输出电流值显示出来。 根据功能设定，可以将系统大致分为成三个功能模块：输入模块、显示模块、 控制模块。其中控制模块最为复杂，也是本设计的核心所在。 1.3 总体设计方案及论证总体设计方案及论证 按照系统的设计功能所要求，得出以下两种选择方案： 方案一：系统原理如图 1-1 所示，采用传统的电子负载设计方式，通过简单的 比较器电路作为反馈来控制 MOSFET 的栅极电压，控制导通从而达到其内阻变化的 目的。 图 1-1 方案一系统设计 赣南师范学院 2014 届本科生毕业
13、论文（设计） - 3 - 方案二：系统原理如图 1-2 所示，采用 STC89C52 单片机作为核心组件控制， 使用键盘输入设定电流值，D/A 转换产生电压值作为参考电压控制 PI 调节器形成核 心控制环路，对 MOS 管的导通角进行控制，从而达到整个电路输出的电流在输入 电压改变情况下保持恒定的效果。通过 A/D 转换采集电路的输入电压和输出电流后 将其数据直观的显示在液晶屏上。 图 1-2 方案二系统模块框图 经比较上述两种方案可知，传统的设计方案主要靠硬件实现，不便于操作和调 节，调节反馈电路过于简单，只能实现功率管的导通和截止两种极限状态，不能够 稳定精确的实时调节功率管导通角。方案二
14、中采用键盘输入设定电流值，并采用 PI 调节器做为反馈电路对功率管进行有效控制，可以实时控制其导通量，实现无静差 的调节。 通过上述分析和比较，采用方案二完成本设计。 赣南师范学院 2014 届本科生毕业论文（设计） - 4 - 2. 硬件设计硬件设计 单片机是整个系统的控制中枢，它指挥外围器件协调工作，从而完成特定的功 能，硬件实现上采用模块化设计，每一模块只实现一个特定功能，最后再将各个模 块搭接在一起，这种设计方法可以降低系统设计的复杂性，本系统主要硬件设计包 括单片机最小系统电路、传感器电路、显示电路、按键电路、光声报警电路与输出 驱动电路。 2.1 单片机最小系统单片机最小系统 核心
15、处理器负责控制与协调其他各个模块工作，并进行简单的数字信号处理。 STC89C52 单片机综合了微型处理器的基本功能。按照实际需要，同时也考虑到设 计成本与整个系统的精巧性，所以在本系统中就选用价格较低、工作稳定的 STC89C52 单片机作为整个系统的控制器。 图 2-1 STC89C52 单片机引脚图 如图 2-1 为单片机芯片引脚图，单片机最小系统就是指一个单片机能开始独立 工作所需的最基本的外部电路连接，包括时钟振荡电路、复位电路。 （1） 时钟振荡电路 单片机晶振的作用是为系统提供及本周的时钟信号，通常整个系统共用一个晶 振，以便于各部分保持同步。晶振通常与锁相环电路配合使用，以提供
16、系统所需的 时钟频率。单片机 STC89C52 的晶振电路采用无源晶振，微调电容取 22f，如图 2- 2 所示。 赣南师范学院 2014 届本科生毕业论文（设计） - 5 - XTAL1 XTAL2 X1 CRYSTAL C2 30pF C3 30pF 图 2-2 晶振电路 （2）复位电路 复位是单片机的初始化操作，只需给 STC89C52 的复位引脚 RST 加上大于 2 个 机器周期（即 24 个时钟震荡周期）的高电平就可使 STC89C52 复位。复位电路通常 采用上电自动复位和按钮复位两种方式。上电复位是通过外部复位电路给电容 C3 充电加至 RST 引脚一个短的高电平信号，而后信号随着 VCC 对电容 C3 的充电过程 而逐渐回落，即 RST 引脚上的高电平持续时间取决于电容 C 的充电时间。因此为保 证系统能可靠地复位，RST 引脚上的高电平必须维持足够长的时间，按键手动复位 有电平和脉冲两种形式，本次设计采
