简易直流电子负载(C).docVIP

2012江苏省电子设计竞赛 参赛学校：苏州大学文正学院 参赛队员姓名：王卫鑫 王干 申进 参赛队编号：512053 竞赛选题：C题简易直流电子负载 简易直流电子负载（C题） 摘要 本文介绍简易直流电子负载的结构、原理和设计过程等。整个电子负载由LCD显示电路、参考电压电路、D/A电路、A/D电路、直流恒定电流负载电路和输出电路等电路组成。该电子负载的原理是通过单片机MSP430控制，使电子负载工作于CC模式。在CC模式下，通过MSP430单片机、DAC、运放等元件所组成反馈环路的控制功率MOSFET的导通量（量占空比大小），以使在CC模式下，输出电流恒定、电压可变。MSP430单片机，通过A/D电路进行电压电流检测，通过D/A电路进行CC模式下电流恒定值地检测，最后由键盘控制，LCD显示所得值。 关键词：电子负载；MSP430单片机；数模（D/A）；模数（A/D）；CC模式；反 馈环路； 目录 摘要 Abstract 目录 绪论 方案选择 系统框图 显示模块选择 直流恒流设计 D/A模块选择 A/D模块选择 单片机系统 单元模块设计 系统电源 显示模块 直流恒流设计 D/A模块 单片机系统与A/D、键盘 程序模块 系统调试 4.1 测试方案 4.2 电流的测量 4.3 电压的测量 4.4 负载调整率的测量 4.5 测试结果分析 设计总结 参考文献 附录 绪论 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，使之转换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、滑线电阻）、电感性、电容性。但在实际应用中，负载形式就较为复杂，如动态负载，消耗功率是时间函数，或电流、电压是动态，也可以是恒定电流、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。尤其是吸收恒定电流或恒定电压吸收电流，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，更能显示出优越性能。 电子负载是一种起程控电能吸收吸收装置作用的仪器。其主要应用是对直流电源进行测试。不过，它也可用于其它场合，如制造或研发期间的电池测试、固态半导体大功率元件测试、直流电动机测试、直流发电机测试和固态电动机控制的测试。通常，电子负载具有允许输出电压和输出电流迅速改变的高输出阻抗。由于电子负载要吸收能量，故常常称之为“电流吸收器”。典型情况下，电子负载有固定电流（CC），固定电压（CV），固定电阻（CR）模式，可分别用于不同的电源参数的测量。电子负载在作为一个可变或恒定电阻时，还可以作为直流电压、直流电流的测量，而且有保护功能。这既有利于提高测量速度也方便测量。因此，电子负载的正确使用和测试是很重要的。 方案选择 系统框图 2.显示模块选择 方案一：采用8位LED配以74LS164显示。控制简单，调试方便，且串行显示占用I/O口少；但只能显示一般数码，不能显示字母和汉字，故不采用。 方案二：采用LCD1602液晶显示屏。虽然占用I/O口多，编程相对复杂点，但功能强大，可以显示数字、字母和符号，可设计清晰的简单，提供全面的信息，功耗低，界面友好，控制灵活，使系统智能化、人性化。 3.直流恒流设计 方案一：采用LM7805或者LM317组成恒流电路。原理简单，但如果要 输出大功率的电压，则电路将会变得复杂，难于调试，且无法达到所需的精 度，故不采用。 方案二：采用晶体三极管组成恒流电路，除了存在方案一的缺陷，晶体 三极管的导通内阻大，难以实现自动调节电子负载的电流。 方案三：采用MOS场效应管和LM358运放组成恒流电路，由于方案以填 补了方案一和方案二的缺点，电路简单明了，容易调试，且达到题目要求精 度，因此本次设计采用此方案。 D/A模块选择 方案一：采用8位DAC0832 DA转换器，DAC0832由8位输入寄存器、8 位DAC寄存器和8位D/A转换电路组成。输入寄存器和DAC寄存器作为双缓 冲，因为在CPU数据线直接接到DAC0832的输入端时，数据在输入端保持的 时间仅仅是在CPU执行输出指令的瞬间内，输入寄存器可用于保存此瞬间出 现的数据。但由于DAC0832是并行输入，占用的I/O口多，且8位DA输入 无法满足设计所需的精度。此外，DAC0832是电流型的D/A，需要外接运放， 且只有一个通道，从而使电路复杂，难以调试，精度不高，考虑到以上缺点， 故没有采用。 方案二：采用12位DAC MAX19 693,该芯片是串行输出，且能够满足设 计的精度要求，但由于该芯片成本高，控制复杂，故而没有使用。 方案