基于单片机的电子负载系统设计

杨建 四川大学锦江学院电气与电子信息工程学院

此次设计系统硬件部分由以下几个模块构成：核心控制模块、A/D转换模块、D/A转换模块、采样放大电路模块、显示模块、按键模块、电源电路模块。本设计是通过软硬件的配合实现其功能的.

1 电子负载系统设计方案

本系统选择以STC89C52单片机作为本设计的核心控件，由核心控制模块、键盘模块、显示模块、D/A转换模块、A/D转换模块、采样电路构成。运放、负反馈控制是整个电路的核心实质，来控制MOSFET的栅极电压，以达到其内阻变化。MOS管在本设计中既作为电流的控制器件，同时也被作为被测电源的负载。通过对MOS管的导通量的调节来达到改变其内阻的作用实现恒流、恒压工作方式。此系统有软件部分和硬件部分共同作用，能够准确的进行调节与控制。

2 硬件方案设计

2.1 核心控制模块

核心控制器件的选择在本设计中是非常重要的。它控制着其他所有部分并分配着其他部分的工作。它的效率会影响这个设计系统的运行，本设计之所以选择单片机作为核心控件是因为其高效控制的能力。

STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，拥有的8K系统可编程Flash存储器，这让STC89C52具有了更高的灵活性和有效性。STC89C52使用了MCS-51的内核并对其功能进行了一些改进。

2.2 D/A转换模块

TLC5615是一款含有串行接口的D/A转换器，属于电压输出型器件。基准电压值是最大输出电压的1/2，性能较好。10位的串行输入只依靠3根串行总线来完成，硬件设计上方式简便，外围器件也少，对软件编程来说也是很方便的。

本设计要求测出电压、电流值，故对数据的精度要求会比较高。再综合以上的叙述分析，我们选择使用TLC5615这款芯片，它的接口较为单一，10位的DAC分辨率也高些。运用此芯片还可以简化电路、使成本降低.

2.3 采样放大电路和A/D转换

采样电路包括电压采样电路和电流采样电路。采集到的实际工作电压和电流，反馈到单片机，再通过液晶显示器显示出来，实现自动循环的调节。我们这里的采样模块主要是由两个LM324组成的反相放大器，这一部分前面与D/A相连，后面与A/D模块相接。

对于A/D模块选择采用外置A/D转换器TLC1549。TLC1549是一个10位开关电容器，它的内部具有自动采样保持的功能、可按比例量程校准转换范围的功能、抗噪声干扰的功能等，它还具有误差小、精度高、速度快、可靠性好等特点，接口简单，使用价值高。故常被使用在一些转换电路当中。

2.4 显示

选用LCD1602液晶显示器。液晶显示比较与数码管的显示，它的画质就是很明显的高些，它的可视面积也会大些，还不会有电磁的辐射。LCD1602它是一款工业字符型液晶显示器件。它是专门用于字母、数字和符号的显示模块。它能在同一时间显示32个字符，其对比度是可调的，内部还有复位电路。

2.5 按键模块

在系统中我们的设定值可以根据软件的方式实现，但是对于增减数值则需要有一些手动控制，这里就要用到按键模块。所以我们设置了增加键、减少键、清除键和确认键这四个键，这样就已经能够达到使用要求，按键的数量共有四个，所以不需用到矩阵键盘，使用矩阵键盘可能会使一些键没有实用性造成浪费。我们在这里设计独立按键直接连接芯片进行按键的输入控制，在操作上也是比较简单的。

2.6 软件系统实现

系统的软件部分主要实现的功能是A/D转换、电流的预置、液晶显示、电流电压的检测等。软件设计选择的是C语言程序进行编写。过程如下：系统开启后，首先进行系统的初始化，然后进行按键扫描的处理来读取单片机输入的预设值，接着等待的数据读入后就进行D/A转换，将读入的数字信号转化为模拟信号，再接下来采样数据与读入转化后的预设值尽心比较，然后采样的实际数据进行A/D转换，经放大器放大后在液晶显示屏上通过显示程序将其显示。接下来检测采样值与预设值是否相等，若相等则结束流程，若不等则返回继续读取单片机输入的预设值。

3 总结

本设计在理论上采用单片机控制，调节和控制负载是很容易实现，并且能达到很高的调节精度和稳定性。同时还可以通过灵活多样的调节和控制，除模拟实际的负载情况以外，还能模拟一些特殊的负载波形曲线，测试电源设备的动态和瞬态特性。而且在恒流模式下正常工作，对负载的调节、加载去载都是可以方便控制的，检测到的有用信息如：被测电源电流和被测电源电压以，这些参数在液晶上都是可以很直接并且很清晰地显示出来的。

[1]张毅刚.彭喜元.单片机原理与应用技术.电子工业出版社，2009

[2丁锐霞.新型电子负载的研究.北方工业大学,2008,16