基于單片機(jī)的電子負(fù)載系統(tǒng)設(shè)計(jì)

楊建 四川大學(xué)錦江學(xué)院電氣與電子信息工程學(xué)院

此次設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件部分由以下幾個(gè)模塊構(gòu)成：核心控制模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊、采樣放大電路模塊、顯示模塊、按鍵模塊、電源電路模塊。本設(shè)計(jì)是通過軟硬件的配合實(shí)現(xiàn)其功能的.

1 電子負(fù)載系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

本系統(tǒng)選擇以STC89C52單片機(jī)作為本設(shè)計(jì)的核心控件，由核心控制模塊、鍵盤模塊、顯示模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、采樣電路構(gòu)成。運(yùn)放、負(fù)反饋控制是整個(gè)電路的核心實(shí)質(zhì)，來控制MOSFET的柵極電壓，以達(dá)到其內(nèi)阻變化。MOS管在本設(shè)計(jì)中既作為電流的控制器件，同時(shí)也被作為被測電源的負(fù)載。通過對(duì)MOS管的導(dǎo)通量的調(diào)節(jié)來達(dá)到改變其內(nèi)阻的作用實(shí)現(xiàn)恒流、恒壓工作方式。此系統(tǒng)有軟件部分和硬件部分共同作用，能夠準(zhǔn)確的進(jìn)行調(diào)節(jié)與控制。

2 硬件方案設(shè)計(jì)

2.1 核心控制模塊

核心控制器件的選擇在本設(shè)計(jì)中是非常重要的。它控制著其他所有部分并分配著其他部分的工作。它的效率會(huì)影響這個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的運(yùn)行，本設(shè)計(jì)之所以選擇單片機(jī)作為核心控件是因?yàn)槠涓咝Э刂频哪芰Α?/p>

STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，擁有的8K系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器，這讓STC89C52具有了更高的靈活性和有效性。STC89C52使用了MCS-51的內(nèi)核并對(duì)其功能進(jìn)行了一些改進(jìn)。

2.2 D/A轉(zhuǎn)換模塊

TLC5615是一款含有串行接口的D/A轉(zhuǎn)換器，屬于電壓輸出型器件?；鶞?zhǔn)電壓值是最大輸出電壓的1/2，性能較好。10位的串行輸入只依靠3根串行總線來完成，硬件設(shè)計(jì)上方式簡便，外圍器件也少，對(duì)軟件編程來說也是很方便的。

本設(shè)計(jì)要求測出電壓、電流值，故對(duì)數(shù)據(jù)的精度要求會(huì)比較高。再綜合以上的敘述分析，我們選擇使用TLC5615這款芯片，它的接口較為單一，10位的DAC分辨率也高些。運(yùn)用此芯片還可以簡化電路、使成本降低.

2.3 采樣放大電路和A/D轉(zhuǎn)換

采樣電路包括電壓采樣電路和電流采樣電路。采集到的實(shí)際工作電壓和電流，反饋到單片機(jī)，再通過液晶顯示器顯示出來，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循環(huán)的調(diào)節(jié)。我們這里的采樣模塊主要是由兩個(gè)LM324組成的反相放大器，這一部分前面與D/A相連，后面與A/D模塊相接。

對(duì)于A/D模塊選擇采用外置A/D轉(zhuǎn)換器TLC1549。TLC1549是一個(gè)10位開關(guān)電容器，它的內(nèi)部具有自動(dòng)采樣保持的功能、可按比例量程校準(zhǔn)轉(zhuǎn)換范圍的功能、抗噪聲干擾的功能等，它還具有誤差小、精度高、速度快、可靠性好等特點(diǎn)，接口簡單，使用價(jià)值高。故常被使用在一些轉(zhuǎn)換電路當(dāng)中。

2.4 顯示

選用LCD1602液晶顯示器。液晶顯示比較與數(shù)碼管的顯示，它的畫質(zhì)就是很明顯的高些，它的可視面積也會(huì)大些，還不會(huì)有電磁的輻射。LCD1602它是一款工業(yè)字符型液晶顯示器件。它是專門用于字母、數(shù)字和符號(hào)的顯示模塊。它能在同一時(shí)間顯示32個(gè)字符，其對(duì)比度是可調(diào)的，內(nèi)部還有復(fù)位電路。

2.5 按鍵模塊

在系統(tǒng)中我們的設(shè)定值可以根據(jù)軟件的方式實(shí)現(xiàn)，但是對(duì)于增減數(shù)值則需要有一些手動(dòng)控制，這里就要用到按鍵模塊。所以我們?cè)O(shè)置了增加鍵、減少鍵、清除鍵和確認(rèn)鍵這四個(gè)鍵，這樣就已經(jīng)能夠達(dá)到使用要求，按鍵的數(shù)量共有四個(gè)，所以不需用到矩陣鍵盤，使用矩陣鍵盤可能會(huì)使一些鍵沒有實(shí)用性造成浪費(fèi)。我們?cè)谶@里設(shè)計(jì)獨(dú)立按鍵直接連接芯片進(jìn)行按鍵的輸入控制，在操作上也是比較簡單的。

2.6 軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)的軟件部分主要實(shí)現(xiàn)的功能是A/D轉(zhuǎn)換、電流的預(yù)置、液晶顯示、電流電壓的檢測等。軟件設(shè)計(jì)選擇的是C語言程序進(jìn)行編寫。過程如下：系統(tǒng)開啟后，首先進(jìn)行系統(tǒng)的初始化，然后進(jìn)行按鍵掃描的處理來讀取單片機(jī)輸入的預(yù)設(shè)值，接著等待的數(shù)據(jù)讀入后就進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，將讀入的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)，再接下來采樣數(shù)據(jù)與讀入轉(zhuǎn)化后的預(yù)設(shè)值盡心比較，然后采樣的實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，經(jīng)放大器放大后在液晶顯示屏上通過顯示程序?qū)⑵滹@示。接下來檢測采樣值與預(yù)設(shè)值是否相等，若相等則結(jié)束流程，若不等則返回繼續(xù)讀取單片機(jī)輸入的預(yù)設(shè)值。

3 總結(jié)

本設(shè)計(jì)在理論上采用單片機(jī)控制，調(diào)節(jié)和控制負(fù)載是很容易實(shí)現(xiàn)，并且能達(dá)到很高的調(diào)節(jié)精度和穩(wěn)定性。同時(shí)還可以通過靈活多樣的調(diào)節(jié)和控制，除模擬實(shí)際的負(fù)載情況以外，還能模擬一些特殊的負(fù)載波形曲線，測試電源設(shè)備的動(dòng)態(tài)和瞬態(tài)特性。而且在恒流模式下正常工作，對(duì)負(fù)載的調(diào)節(jié)、加載去載都是可以方便控制的，檢測到的有用信息如：被測電源電流和被測電源電壓以，這些參數(shù)在液晶上都是可以很直接并且很清晰地顯示出來的。

[1]張毅剛.彭喜元.單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù).電子工業(yè)出版社，2009

[2丁銳霞.新型電子負(fù)載的研究.北方工業(yè)大學(xué),2008,16