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直流电子负载设计报告 摘要：电子负载是一种通过控制内功率MOSFET或晶体管的导通量，靠功率管的耗散功率消耗电能从而准确检测出负载电压，精确调整负载电流的设备。本设计以STC12C5A单片机为主控芯片，配合D/A转换、电压比较器、场效应功率管、液晶显示器等器件构成，并通过相应的软件代码配以适当的手动调节来实现三种模式的转换控制；在定电流模式下，不管输入电压是否改变，电子负载消耗一个恒定的电流。在定电压模式下，电子负载将消耗足够的电流来使输入电压维持在设定的电压上。在定电阻模式下，电子负载被等效为一个恒定的电阻，电子负载会随着输入电压的改变来线性改变电流。 关键词：电子负载；单片机；D/A转换；CC模式；CV模式；CR模式 目录： 一、系统设计要求及题目分析 3 1.1 任务 3 1.2 要求 3 1.2.1基本要求 3 1.2.2发挥部分 3 1.3 题目分析 3 二、系统方案论证与选择 3 2.1 系统的基本方案 4 2.1.1 单片机部分的选取 4 2.1.2 电源模块的论证与选择 4 2.1.3 DA转换模块的选取 5 2.1.4 显示部分的选取 5 2.1.5 功率控制方案的选取 5 2.2 系统的最终方案 5 三、系统的硬件设计与实现 6 3.1 系统硬件的基本组成部分 6 3.2主要单元电路的设计 7 3.2.1 电源供电电路 7 3.2.2 数模转换电路 8 3.2.3 恒流模式电路 10 3.2.4 恒压模式电路 11 3.2.5 恒阻模式电路 12 四、系统软件设计 13 4.1 程序流程图 13 五、系统性能测试 14 5.1三种模式性能测试 14 5.1.1 恒流模式性能测试 14 5.1.2 恒压模式性能测试 16 六、总结 19 七、参考文献： 19 八、附录： 20 8.1 电路原理图 20 8.2 部分程序代码 21 8.3主要元器件清单：（表格形式） 39 一、系统设计要求及题目分析 1.1 任务 电子负载用于测试直流稳压电源、蓄电池等电源的性能。设计并制作一台电子负载，有恒流和恒压两种方式，可手动切换。恒流方式时要求不论输入电压如何变化（在一定的范围内），流过该电子负载的电流恒定，且电流值可设定。工作于恒压方式时，电子负载端电压保持恒定，且可设定，流入电子负载的电流随被测直流电源的电压变化而变化。 1.2 要求 1.2.1 基本要求 a. 负载工作模式：恒压（CV）、恒流（CC）两种模式可选择 b. 电压设置及读出范围：1.00V-20.0V c. 电流设置及读出范围：100mA-3.00A d. 显示分辨率及误差：至少具有三位数，相对误差小于5% 1.2.2. 发挥部分 a. 增加恒阻模式（CR）模式 b. 扩大负载参数的设置及读出范围 c. 具有自动过载保护设计 1.3 题目分析 通常情况下，在电路中负载是指用来吸收电源供应器输出的电能量的装置，它将电源供应器输出的电能量吸收并转化为其他形式的能量存储或消耗掉。负载的种类繁多，根据其在电路中的特性可分为阻性负载、容性负载、感性负载和混合性负载。在实验室，我们通常采用电阻、电容、电感等或它们的串并联组合，作为负载模拟真实的负载情况，进行电源设备的性能实验。本设计中，我们要做的是一个电子负载，它是利用电子元件吸收电能并将其消耗的一种负载。电子元件一般分为结构型场效应管、功率场效应管、绝缘栅型场效应管等功率半导体器件，在这里我们采用了绝缘栅型N沟道增强型场效应管，它易于控制且比较稳定，同时可以与电压模块、电流模块构成反馈，使系统相对稳定。 二、系统方案论证与选择 根据题目要求，本设计的系统可以划分为如下六个主要部分：电源部分、单片机控制部分、D/A转换部分、反馈调节部分、输出显示部分、输入调节设定部分。 2.1 系统的基本方案 在本设计中，为了尽可能提高实验成品各方面的性能指标，于是对每一个小模块都分别进行了几种不同的设计方案论证，并选取最优方案。 2.1.1 单片机部分的选取 方案一：选用PIC、或AVR等作为控制核心；这些单片机资源丰富，可以实现复杂的逻辑功能，功能强大，完全可以实现对本系统的控制。但对于本题目而言，其优势资源无法得以体现，且成本稍高。 方案二：采用片STC公司的STC12C5A60系列单片机，该系列单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且由于其功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点，使其在各个领域应用广泛。 本设计中，最终选择方案二，采用STC12C5A60系列单片机。 2.1.2 电源模块的论证与选择 系统需要多个电源，单片机STC12C5A60、数模转换器TLC5615、电压基准源REF5020等均需要5V的电压为之供电；散热器、电压比较器LM39