可编程直流电子负载硬件电路设计(附件)
当前电子科技技术发展迅速，电源的检测技术也在其中得到了非常好的发展。本设计主要研究内容是可编程直流电子负载的硬件设计。设计中的核心控制芯片采用STC89C52单片机，设计的主要模块有A/D通道电压电流检测电路、D/A通道输出设定值、键盘模块电路、LCD显示与驱动电路，通过硬软联调实现本设计内容。 本设计能实现的功能有电子负载的恒流模式、恒压模式、恒阻模式以及电路的整体保护。关键词 直流电子负载，恒流，恒压，恒阻，单片机，模数，数模
目 录
1 引言 1
1.1 设计背景以及设计内容 1
1.2 设计任务与要求 1
2 直流电子负载的设计方案 2
2.1 基本原理 2
2.1 三种工作模式的原理 2
3 设计方案的选择与论证 4
3.1 总体设计方案的选择 4
3.2 系统具体设计方案 5
4 直流电子负载的硬件设计 6
4.1 功率负载电子器件的选择 6
4.2 核心工作芯片的选择 6
4.3 电源电路的设计 8
4.4 A／D转换器的选取 9
4.5 信号放大电路的选取 10
4.6 显示模块的选取 10
4.7 键盘模块的设计 12
4.8 采样电路的设计 12
4.9 D/A模块选择与设计 15
4.10 恒流模式的设计 16
4.11 恒压模式的设计 17
5 可编程直流电子负载主程序流程图 20
5.1 主流程图的设计 20
6 硬件系统的调试 21
6.1 显示模块的调试 21
6.2 测试数据分析 21
结 论 26
致 谢 27
参 考 文 献 28
附 录 A 29
附 录 B 30
附 录 C 31
1 引言
1.1 设计背景以及设计内容
当前电子科技技术发展迅速，电源的检测技术也在其中得到了非常好的发展。电源在人类生活中应用范 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
围越发广泛，因此电子负载的市场前景也得到了拓宽，电子负载的性能成为了被需求的第一要素。而微机控制技术灵巧的特性正好为提高电子负载的性能提供了很好的通道，将微机控制技术与电子技术巧妙的结合起来，并且运用到电子负载的设计中，将为稳定可靠地为检验电源设备的质量提供切实可靠的保障。
电子负载的原理是通过控制系统内部的功率MOS场效应晶体管的导通量的变化，通过运用功率MOS场效应晶体管耗散功率的特性来精确调节负载电流，精确测量负载电压。由于采用了功率半导体器件替代电阻等作为电能消耗的载体，使得负载的调节和控制易于实现，能达到很高的调节精度和稳定性[1]。同时可以模拟负载短路、电感、电容和电阻。电子负载可以根据供电类型的区分而分为直流电子负载和交流电子负载两种。直流电子负载是能吸收直流电能，并将吸收的直流电能耗散、储存或回馈电网的一种电子电路装置[2]。研发历史较交流电子负载久，应用广泛，利用各种电子器件的特点，分析等效电路，构建模拟负载、功能恒定电压、固定电阻等特性。通过单片机技术在电子负载中的应用，可以实现恒压、定阻、恒流、恒功率、可编程斜率模式等等多种模式。交流电子负载也可以模拟真实环境中运作的用电器，可以调节负载的大小以及过流，短路，动态等等。
本文主要研究的可编程直流电子负载，是将单片机控制技术运用到直流电子负载之中开发出的电子负载。可以实现恒压，恒流，定电阻和相应的过热、过流和过压保护功能。
1.2 设计任务与要求
1.2.1 设计任务
通过学习设计一款可编程直流电子负载，拥有多种功能和保护手段。
1.2.2 设计要求
理解可编程直流电子负载的原理，设计出一款能够实现多种工作模式的可编程直流电子负载，能够检测被测电源的电压、电流以及功率等内容，并且具备相应的显示模块以供显示相应数据。所设计的可编程直流电子负载应按照以下要求完成：
（1）具有完善的保护功能，在过压或过流时可以硬件保护系统；
（2） 设计电流可调电路，最大电流3安培；
（3） 设计端口电压可调电路，最大电压24V；
（4） 设计通信电路，软件可通过232或485接口负载设置；
（5） 整机精度优于5%的精度。
2 直流电子负载的设计方案
2.1 基本原理
通过控制内功率MOS场效应晶体管的晶体管电导(或占空比)来模拟在实际环境中运行的各种负载，功耗取决于功率晶体管的小三倍功率。由于采用电力半导体电力电子器件代替普通电阻作为电能消耗的载体，使得电子负载的调节和控制变得容易实现，而直流电子负载可以准确地检测负载侧的电压值。负载电流可精确调节。
2.1 三种工作模式的原理
（1）恒定电流模式
I/mA
设定电流值
电压源
（a） （b）
图21
在额定的工作环境中，启用恒定电流模式（CC MODE），不管操作者如何改变设定的电压值，直流电子负载都将根据设定的值吸收电流以达到恒流状态。
目 录
1 引言 1
1.1 设计背景以及设计内容 1
1.2 设计任务与要求 1
2 直流电子负载的设计方案 2
2.1 基本原理 2
2.1 三种工作模式的原理 2
3 设计方案的选择与论证 4
3.1 总体设计方案的选择 4
3.2 系统具体设计方案 5
4 直流电子负载的硬件设计 6
4.1 功率负载电子器件的选择 6
4.2 核心工作芯片的选择 6
4.3 电源电路的设计 8
4.4 A／D转换器的选取 9
4.5 信号放大电路的选取 10
4.6 显示模块的选取 10
4.7 键盘模块的设计 12
4.8 采样电路的设计 12
4.9 D/A模块选择与设计 15
4.10 恒流模式的设计 16
4.11 恒压模式的设计 17
5 可编程直流电子负载主程序流程图 20
5.1 主流程图的设计 20
6 硬件系统的调试 21
6.1 显示模块的调试 21
6.2 测试数据分析 21
结 论 26
致 谢 27
参 考 文 献 28
附 录 A 29
附 录 B 30
附 录 C 31
1 引言
1.1 设计背景以及设计内容
当前电子科技技术发展迅速，电源的检测技术也在其中得到了非常好的发展。电源在人类生活中应用范 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
围越发广泛，因此电子负载的市场前景也得到了拓宽，电子负载的性能成为了被需求的第一要素。而微机控制技术灵巧的特性正好为提高电子负载的性能提供了很好的通道，将微机控制技术与电子技术巧妙的结合起来，并且运用到电子负载的设计中，将为稳定可靠地为检验电源设备的质量提供切实可靠的保障。
电子负载的原理是通过控制系统内部的功率MOS场效应晶体管的导通量的变化，通过运用功率MOS场效应晶体管耗散功率的特性来精确调节负载电流，精确测量负载电压。由于采用了功率半导体器件替代电阻等作为电能消耗的载体，使得负载的调节和控制易于实现，能达到很高的调节精度和稳定性[1]。同时可以模拟负载短路、电感、电容和电阻。电子负载可以根据供电类型的区分而分为直流电子负载和交流电子负载两种。直流电子负载是能吸收直流电能，并将吸收的直流电能耗散、储存或回馈电网的一种电子电路装置[2]。研发历史较交流电子负载久，应用广泛，利用各种电子器件的特点，分析等效电路，构建模拟负载、功能恒定电压、固定电阻等特性。通过单片机技术在电子负载中的应用，可以实现恒压、定阻、恒流、恒功率、可编程斜率模式等等多种模式。交流电子负载也可以模拟真实环境中运作的用电器，可以调节负载的大小以及过流，短路，动态等等。
本文主要研究的可编程直流电子负载，是将单片机控制技术运用到直流电子负载之中开发出的电子负载。可以实现恒压，恒流，定电阻和相应的过热、过流和过压保护功能。
1.2 设计任务与要求
1.2.1 设计任务
通过学习设计一款可编程直流电子负载，拥有多种功能和保护手段。
1.2.2 设计要求
理解可编程直流电子负载的原理，设计出一款能够实现多种工作模式的可编程直流电子负载，能够检测被测电源的电压、电流以及功率等内容，并且具备相应的显示模块以供显示相应数据。所设计的可编程直流电子负载应按照以下要求完成：
（1）具有完善的保护功能，在过压或过流时可以硬件保护系统；
（2） 设计电流可调电路，最大电流3安培；
（3） 设计端口电压可调电路，最大电压24V；
（4） 设计通信电路，软件可通过232或485接口负载设置；
（5） 整机精度优于5%的精度。
2 直流电子负载的设计方案
2.1 基本原理
通过控制内功率MOS场效应晶体管的晶体管电导(或占空比)来模拟在实际环境中运行的各种负载，功耗取决于功率晶体管的小三倍功率。由于采用电力半导体电力电子器件代替普通电阻作为电能消耗的载体，使得电子负载的调节和控制变得容易实现，而直流电子负载可以准确地检测负载侧的电压值。负载电流可精确调节。
2.1 三种工作模式的原理
（1）恒定电流模式
I/mA
设定电流值
电压源
（a） （b）
图21
在额定的工作环境中，启用恒定电流模式（CC MODE），不管操作者如何改变设定的电压值，直流电子负载都将根据设定的值吸收电流以达到恒流状态。
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