基于STC12C5A60S的直流電子負載的設(shè)計方案

1.方案設(shè)計與論證

1.1整體方案設(shè)計

基于手動調(diào)節(jié)單片機控制的直流電子負載。


圖1 基于手動調(diào)節(jié)單片機控制的直流電子負載原理圖

本方案通過兩個自鎖開關(guān)來控制電路的工作狀態(tài)，在恒壓、橫流、恒阻之間進行切換，通過stc12c5a60s單片機通過D/A芯片控制恒壓、恒流等的值，stc12c5a60s是高速、低功耗、超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)的8051，但速度快8-12倍，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換。采用大功率NMOS管IRF540，該管導通電阻足夠小，源漏抗擊穿能力足夠強。軟硬件結(jié)的方式，方便簡潔實現(xiàn)了不同模塊之間的轉(zhuǎn)換，很好的完成了恒壓、恒流等基本功能，并完成了恒阻等附加功能。

由單片機采集電壓、電流值，檢測電路過載控制繼電器工作，實現(xiàn)電路的過載保護并報警。

1.2模塊方案

1.2.1恒壓設(shè)計方案

方案一：用晶體管來實現(xiàn)電壓放大和比較，基極和發(fā)射極分別相當于比較器的負、正輸入端。基極本身會分得一部分電流，同時還會有個電流Ibe影響發(fā)射極的電壓。這樣的電路能夠?qū)崿F(xiàn)恒壓功能，但是誤差比較大，同時還有較大的功率損耗。

方案二：直接用運算放大器OP07芯片來實現(xiàn)電壓的放大和比較電路看起來簡單易懂。電路可以實現(xiàn)恒壓功能模塊，相對誤差較小。綜合考慮選擇方案二1.2.2恒流設(shè)計方案

方案一：用同一型號的三極管，利用三極管相對穩(wěn)定的Ube作為基準，這種恒流模式簡單易行，而且電流的數(shù)值可以自由控制，產(chǎn)品成本低，不同型號的管子，其Ube不是固定值，即使是相同型號也有一定的個體差異。同時不同的工作電流下，這種電壓也會有波動，不是精密的恒流需求。

方案二：用一個運放作為反饋，即選用OP07芯片來實現(xiàn)恒流功能模塊的放大和比較其電路有足夠的精度和可調(diào)性，原件普遍易于搭建和調(diào)試。

綜合考慮選擇方案二。

1.2.3顯示模塊

方案一：采用數(shù)碼管顯示。顯示可以用數(shù)碼管具有接線簡單、成本低廉、配置簡單靈活、編程容易對外界環(huán)境要求低、易于維護等特點。電壓和電流的顯示可以用數(shù)碼管，但數(shù)碼管只能顯示簡單的數(shù)字，占用資源較多，現(xiàn)實信息少，不易顯示大量信息。

方案二：采用帶字庫的2.4寸tft屏幕為顯示模塊。硬件連接方式簡單，而且顯示內(nèi)容豐富生動，可以設(shè)計友好的人機交互界面，易于人機交流。

考慮到系統(tǒng)的、顯示內(nèi)容以及系統(tǒng)的實用性，我們采用方案二。

2.電路設(shè)計

2.1恒壓電路


圖2 恒壓電路圖

TEXT和GND的為測試點。電路整體是個負反饋：當TEXT高于設(shè)定值時，運放輸出高電壓，Q1導通度增加，負載阻抗變小，和電源內(nèi)阻分壓，TEXT減小，直至V+=V-；當TEXT低于設(shè)定值時，運放輸出低電壓，Q1到通度減小，負載和電源內(nèi)阻分壓變大，TEXT增大，直至V+=V-.

2.2恒流電路圖


圖3 恒流電路圖

TEXT和GND為測試點，OP07中V+=V-.當V+>V-時，運放輸出高電壓，Q1導通度增加，電流增大，V-升高，達到V+=V-.當V+2.3恒阻電路圖


圖4 恒阻電路圖

當滑動變阻器打到5 0 %時電阻分壓V+=1/2Vin=V-，電流I=Vin/4，R=Vin/I=4歐，電源電壓與電流成正比例變化?？梢杂脝纹瑱C實現(xiàn)，R=VText/I，由恒流原理實現(xiàn)。（如需長時間測試，MOSS管最好接大散熱片）

3.軟件設(shè)計

軟件設(shè)計中，電壓電流采集數(shù)據(jù)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送入C8051F360單片機，與設(shè)定值進行比較，然后按要求進行控制，同時對電壓、電流和電阻參數(shù)進行顯示。主程序流程如圖5所示。


圖5系統(tǒng)程序流程圖

4.測試數(shù)據(jù)與結(jié)果分析

4.1恒壓測試數(shù)據(jù)



4.2恒流流測試數(shù)據(jù)


結(jié)果分析：由數(shù)據(jù)表明，實測電流的值都穩(wěn)定在設(shè)定值左右，經(jīng)計算，相對誤差小于3%.說明系統(tǒng)在恒流模式下工作正常實測電壓的值都穩(wěn)定在設(shè)定值左右，經(jīng)計算，相對誤差小于3%.說明系統(tǒng)在恒流模式下工作正常。