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1、摘要摘 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，实现电源的可靠检测。本系统主要以89C51单片机为控制核心；设计恒流方式的电子负载，即无论电压如何变化，流过该电子负载的电流恒定，且电流值可设定。包括控制电路(MCU)、驱动隔离电路(PWM波)、主电路
2、、采样电路、显示电路等；能够检测被测电源的电流值、电压值；各个参数都能直观的在数码管上显示。关键词：电子负载；单片机（MCU）；数模（D/A）；PWM。AbstractAbstractWith the power electronics technology, computer technology and the rapid development of automatic control technology for power detection technology brings revolutionary change. As the railway electrification
3、power supply, electric traction, signal control, wireless communication, computer and family life control center applications such as a large number of applications in a variety of power supply, so people need more and more electronic load on performance requirements are also increasing. The traditi
4、onal power detection is facing a great challenge. For the accurate detection of power supply reliability and load capacity, so the power electronics technology and computer control technology combined organically to achieve reliable detection of power supply. System mainly 89c51 microcontroller to c
5、ontrol the core; design constant current mode of electronic load, that is, no matter how the change in voltage, current through the electronic load current constant, and the current value can be set. Including the control circuit (MCU), drive isolation circuit (PWM wave), the main circuit, sampling
6、circuit, display circuit, communication circuit, the keyboard scanning circuit. Key Words: E-LOAD, SingleChip(MCU), Analog to Digital Convertor,Digital to Analog Convertor，PWM。目录目 录 摘要IAbstractII1电子负载的原理及概述11.1电子负载的意义11.2电子负载的工作方式11.2.1恒定电流方式11.2.2恒定电阻方式21.2.3恒定电压方式21.3在本设计中要做的主要任务32 系统硬件设计42.1电子负载设
7、计模块方框图42.2单片机学习应用的六大重要部分42.3 AT89C51单片机的应用62.3.1 AT89C51单片机性能特点62.3.2 AT89C51各引脚图及各管脚功能72.4电源82.4.1芯片介绍82.4.2原理图92.5 A/D转换器接口ADC080992.6系统显示模块112.7电压、电流采样112.7.1电压采样112.7.2电流采样132.7.3 MOSFET场效管的应用142.7.4 集成运放的应用152.8 系统保护电路的设计172.8.1过流保护172.8.2过压、短路保护183 系统软件设计193.1汇编程序设计概述193.2 Keil开发软件介绍193.3 ADC0
8、809模数转换子程序设计203.4显示子程序213.5电子负载程序设计流程图224 系统的可靠性设计244.1硬件系统的可靠性设计244.1.1硬件系统可靠性设计所注意事项244.2 软件系统的可靠性设计254.2.1指令冗余254.2.2拦截技术254.2.3软件“看门狗”技术26结论28致谢29参考文献30附录1：电子负载程序设计31附录2：原理图49河北工程大学毕业设计说明书1 电子负载的原理及概述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
9、。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；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。1.1 电子负载的意义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
10、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，更能显示出优越性能。1.2 电子负载的工作方式直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。1.2.1恒定电流方式图11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
11、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11 电子负载的恒定电流工作方式1.2.2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。图1-2为恒阻方式连接图和外特性图, 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。若负载设定为1
12、k, 当输入电压在110 V 变化时, 电流变化则为10100 mA (图1-2) 。图12 电子负载的恒定电阻工作方式1.2.3恒定电压方式 图13为电子负载与被测电源连接图和外特性图。在此方式下电子负载将吸收足够的电流来控制电压达到设计值。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。图13 电子负载的恒定电压工作方式1.3在本设计中要做的主要任务 设计电压采样硬件电路HCPL7840芯片是HP公司出品的双直插8脚封装的集成隔离放大器，它有优越的性能，像CMRR、失调电压、非线性度、工作温度范围和工作电压等都有严格的指标。低失调电
13、压和低失调温度系数允许自动校准技术的精确运用。5%的增益容忍度和0.1%的线性度，为精确的负反馈和控制进一步提供性能需求。较宽的温度范围允许HCPL7840被运用于各种恶劣的工作环境。它能够传输模拟信号的线性光耦，对主电路和控制电路进行隔离，这样可避免电源噪声或电磁干扰的影响，避免电流功率电路对控制电路的损害。 设计电流采样硬件电路电流采样中，借助采样电阻首先将电流信号转换为电压信号，装换为电压信号后，再用HCPL788J隔离，它是带短路和过载检测功能的隔离运放芯片，电流过载后能在5us从内部向单片机发送中断信号，及时保护MOSFET。其输入范围为：-250mv250mv；对应输出为0；电子负
14、载电流输入范围是；选用.采样电阻 设计功率驱动电路。HCPL-4504系列传送延迟小，电流转换率高。HCPL-4504系列同时保证了传送延迟差异的最小化（tPLH-tPHL）。这些特性使得HCPL-4504系列系列成为IPM逆变器死区时间和其他配电问题的出色解决方案。HCPL-4504的电流转换率传送延迟和共模抑制被规定为同时符合便于应用的TTL和IPM。2 系统硬件设计2.1 电子负载设计模块方框图显 示按键输入单片机A/D转换PWM控制电流检测电压检测功率控制图21 电子负载设计模块方框图2.2单片机学习应用的六大重要部分2.4电源2.4.1 芯片介绍HCPL 7805 系列为 3 端正稳
15、压电路,TO-220 封装，能提供多种固定的输出电压，应用范围广。内含过流、过热和过载保护电路。带散热片时，输出电流可达 1A。虽然是固定稳压电路，但使用外接元件，可获得不同的电压和电流。主要特点：输出电流可达 1A;输出电压有：5V;过热保护;短路保护;输出晶体管 SOA保护。图 2-3 HCPL78052.4.2 原理图图 2-4 电源原理图2.5 A/D转换器接口ADC0809性能特点ADC0809是一种8路模拟输入的8位逐次逼近式A/D转换器，为CMOS型单芯片器件。其内部除8位A/D转换电路外，还有一个8路模拟开关，其作用可根据地址译码信号来选择8路模拟输入而共用一个A/D转换器。转换结果通过三态输出锁存器输出，因此可以直接与系统数据总线相连。封装及管脚功能介绍ADC0809芯片为28引脚，双列直插式
