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1、基于单片机的电子负载毕业论文(含原理图+程序) 摘 要电子负载的原理是控制内功率MOSFET或晶体管的导通量，靠功率管的耗散功率消耗电能的设备，它的根本工作方式有恒压、恒流、恒阻、恒功率这几种。本设计从直流电子负载系统方案分析入手，详细讨论了整个系统的硬件电路和软件实现，并给出较为合理的解决方案。为便于控制的实现和功能的扩展，采用了STC89C52 单片机作为核心控制器，设计了DA输出控制电路、AD电压电流检测电路、键盘电路、显示电路和驱动电路，通过软、硬件的协调配合，实现了整个设计。通过运放、PI调节器及负反应控制环路来控制MOSFET的栅极电压，从而到达其内阻变化。这个控制环路是整个电路的
2、核心实质，MOS管在这里既作为电流的控制器件同时也作为被测电源的负载。控制MOS管的导通量，其内阻发生相应的变化，从而到达流过该电子负载的电流恒定，实现恒流工作模式。本设计能实现电子负载的恒流控制：能够检测被测电源的电流、电压及功率并由液晶显示。在额定使用环境下,恒流方式时不管输入电压如何变化在一定范围内，电子负载将根据设定值来吸收电流，流过该电子负载的电流恒定。关键词：电子负载； 恒流模式； PI调节器； AD转换； DA转换ABSTRACTThe principle of electronic load is control of transistors inside power MOSF
3、ET or the guide flux of power tube, it is a consumption power equipment which depends on the dissipation power of tube, there are four basic working ways that persistence pressure, constant current, the constant resistance, constant power .This design start with the analysis of DC electric load syst
4、em solutions, it discussed the realization of the whole system hardware circuit and software in detail, and give a reasonable solution. In order to realize the control and the expansion of function conveniently, we adopted the STC89C52 microcontroller as the core controller, and designed the DA outp
5、ut control circuit, AD voltage current detection circuit, keyboard circuit, display circuit and drive circuit, through the coordination between hardware and software, finally, we realized the whole design. PI adjuster and negative feedback control loop of the circuit which control the grid voltage o
6、f MOSFET, so as to change its resistance. The core essences are the op-amp, MOS tube here both as a control device and as a power load tested. Controlling the guide flux of the MOS tube, the resistance of the MOS tube will change accordingly, thus the current which flows the electronic load current
7、will constant, At last, we realized constant current work pattern.This design can realize the Constant-current control of the electronic load: it can measured the current, voltage and power of Measured power and the LCD display. If it use situations in rated, no matter how the input voltage change i
8、n the constant-current mode (within a certain range), the electronic load will be based on setting to absorb the current, the current which flows the electronic load will constant.Key words: electronic load; constant-current pattern; PI adjuster; AD transform; DA conversion目 录绪 论1第一章 电子负载系统设计方案21.1
9、电子负载工作原理21.2 系统设计要求3系统总体设计方案论证3系统具体设计方案5第二章 电子负载硬件系统设计62.1 核心处理器的设计62.2 显示模块的设计72.3 键盘模块82.4 D/A转换模块的选择102.5 采样电路模块112.5.1 电压采样电路122.5.2 电流采样电路122.5.3 输入的模拟量采样132.6 电流取样PI控制器等组成的负反应控制模块142.7 PI调节器152.8 功率电路模块172.8.1 电子模拟负载方式的选择172.8.2 功率耗散MOS管的选型172.9 电源电路的设计19第三章 电子负载软件系统设计213.1 电压电流A/D采样程序设计223.2
10、液晶显示子程序223.3 D/A转化程序233.4 键盘识别处理程序设计24第四章 系统调试254.1 硬件调试25软件调试264.3 软硬件综合调试26第五章 结论27致 谢28参考文献29附录一 整体电路原理图30附录二 电子负载设计程序31绪 论在人们生活的多个领域都要用到负载测试，如充电电源试验、蓄电池放电试验以及购置电池、电源时等都需要负载测试。当前，国内外对上述产品的试验一般都采用传统的静态负载(如电阻、电阻箱、滑线变阻器等)能耗放电的方法进行。随着电力电子技术的、计算机技术和自动控制技术的迅速开展，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
11、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。从电源类型来看，电子负载可分为直流电子负载和交流电子负载两种。直流电子负载比起交流电子负载，应用的历史较长，范围更广。最初在实验室，利用电力电子器件的特性，通过分析等值电路，用电力电子元件搭建电子电路来模拟负载，可以实现定电阻、定电压等特性。随后又有工作人员将单片机技术应用到电子负载中，逐步可实现定电流模式和可编程斜率模式。单
12、片机技术与变换器电路的密切结合还使得电子负载可以工作在其它多种模式下:定功率模式、动态电阻模式、短路模式等。随着功率场效应晶体管 (MOSFET)，绝缘栅双极型晶体管(IGBT)和场效应晶闸管(McT)等主要开关器件的出现以及电力电子变换器拓扑的开展，由于变换器能更好的将一种电能变为另一种或多种形式的电能，交流电子负载也得到了实现。交流电子负载是可以模拟传统真实阻抗负载的电力电子装置，它能模拟一个固定或变化的负载，甚至将试验的电能反应回电网，其设计初衷是交流电源出厂试验。交流电源出厂试验通常采用电阻箱耗能的方法，它存在调节不便、自动化程度低、耗电量大等缺点，而采用交流电子负载进行试验可有效克服
13、这些缺点，它可使试验更加简单、灵活，且大大降低试验的本钱。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拟广泛，本文主要介绍直流电子负载。电子负载与传统的模拟电阻性负载相比具有节能、体积小、重量轻、本钱低、效率高等优点，由于电子负载所具有的性能特点和优点，电子负载被越来越多地应用到各种试验场合。因此，电子负载的研究具有广阔的市场和广泛的应用前景。第一章 电子负载系统设计方案1.1 电子负载工作原理电子负载用于测试
14、直流稳压电源、蓄电池等电源的性能。电子负载的原理是控制内功率MOSFET或晶体管的导通量占空比，靠功率管的耗散功率消耗电能的设备，它能够准确检测出负载电压,精确调整负载电流,同时可以实现模拟负载短路,模拟负载是感性阻性和容性,容性负载电流上升时间。它的根本工作方式有恒压、恒流、恒阻、恒功率这几种。1恒定电流方式在定电流模式中,在额定使用环境下, 不管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。假设被测电压在510V变化，设定电流为100mA，那么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
15、。负载调整率是电源在负载变动情况下能够提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。2恒定电阻方式此种状态下，负载如纯电阻，吸收与电压成线性正比的电流。此方式适用于测试电压源，电流源的启动与限流特性。在定电阻模式中, 电子负载将吸收与输入电压成线性的负载电流。假设负载设定为1 k, 当输入电压在110 V 变化时, 电流变化那么为10100 mA 。3恒定电压方式在定电压方式下电子负载将吸收足够的电流来控制电压到达设计值。定电压模式能被使用于测试电源的限流特性。另外, 负载可以模拟电池的端电压, 故也可以使用于测试电池充电器。4恒定功率方式在定功率工作模式时，电子负载所流入的负载电流依据所设定的功率大小而定，此时负载电流与输入电压的乘积等于负载功率设定值，即负载功率保持设定值不变。本电子负载机实现了在恒流模式下一定范围内的正常工作，PI调节器的基准电压由单片机D/A转换输出。用A/D转换器与单片机连接把电路中电压电流的模拟信号转换为数字信号，然后用液晶显示方式显示出即时的电压电流。1.2 系统设计要求根据电子负载的原理，设计出实现恒流模式下的电子负载：能够检测被测电压型电源的电流、电压及功率并由液晶显示。在额定使
