2012浙江省电子设计竞赛设计报告.docx

2012年浙江省大学生电子设计竞赛 简易直流电子负载设计报告摘要：基于电路设计的要求，电子负载主要由AD采样，PWM脉冲，恒流电路，电压电流检测，控制系统，显示等部分组成。功率负载模块主要由功率场效应管组成，电压电流检测模块用于检测功率负载电路实时运行的电流、电压数据。本系统采用TL494和MOS管作为系统恒流源核心，使用ADS1115 A/D转换器和INA282电压放大器作为电流采样核心，使用STC12C5A60S2增强型高速低耗的51单片机作为控制核心制作成在恒流工作模式下的电子负载。本系统能在10V-20V的检测电源电压下进行100mA-1000mA的分辨率为10mA精度为1%的恒流设定。 Simple DC electronic loadAbstract: Based on the requirements of the circuit design, electronic load is mainly composed of AD sampling, PWM pulse, constant current circuit, voltage and current detecting, control systems, display and other components. Power load module mainly consists of the power field effect tube, voltage and current detecting module for detecting the power load circuit real-time operation of the current, the voltage data. This system uses TL494 and MOS tube as a system of constant current source core, using the ADS1115 A/D converter and INA282 voltage amplifier as a current sampling core, the use of STC12C5A60S2 enhanced high speed low-power 51 single-chip microcomputer as the control core is made into a constant current mode of electronic load. The system can be detected in the 10V-20V power supply voltage 100mA-1000mA 10mA resolution accuracy for 1% constant current setting.1系统方案论证与比较系统总体框图设计：单片机控制 电流采样被测电源设备显示数值恒流电路 AD 调控 比较电压DA输出键盘操作 电压采样1.1 PWM波方案一：采用NE555产生三角波。利用NE555产生方波，通过积分电路产生三角波，并与DA产生的信号进行比较，产生PWM波提供给MOSFET管。利用DA控制PWM波的占空比从而实现恒流的作用。优点：价格便宜。 缺点：电路复杂，元器件较多。方案二：采用TL494产生的锯齿波。利用TL494的5脚产生的锯齿波与DA产生的信号进行比较，输出PWM波，提供给MOSFET管。利用DA控制PWM波的占空比从而实现恒流的作用。优点：电路简单，元器件使用得少；TL494可自身产生锯齿波，波形比较稳定。缺点：需要与DA进行比较后得到PWM波。方案三：单片机产生PWM波。通过IR2110驱动电路，驱动MOS管，从而控制主回路电流。优点：布线简单，硬件设计节省时间；用脉宽调制型控制器实现PWM控制，产生频率为100KHZ的脉冲较容易，并且完全由硬件产生高频脉冲，实时性好。缺点：控制软件编程工作量大、难度大；所有的控制都由单片机实现，对单片机的硬件资源要求太高。综合考虑，本次设计选用方案二1.2 系统工作原理系统通过按键和液晶选择工作模式，设置工作模式下的设定值，并开始运行工作模式，单片机STC89C52 实时检测功率负载电路的工作电流、电压，并与设定值进行比较，通过执行内部控制算法，不断调整输出控制量，从而控制功率负载电路的回路电流，直到其运行数据与工作模式下的设定值相一致，期间主要依靠功率场效应管的耗散功率来消耗电能，与此同时，液晶对外显示相应的运行数据。相应运行的工作模式包括定电流、定电阻和定功率。定电流模式下被测电源工作电流保持恒定在设定值，不管电压变化; 定电阻模式下被测电源电压与工作电流成线性变化，且比值恒定在设定值; 定功率模式下被测电源电压与工作电流的乘积保持恒定在设定值。1.3 单片机主控的A/D和D/A控制模块采用普通单片机STC89C52单片机为微控制器，外接A/D和D/A芯片，来实现对整个供电系统的控制，但需占用较多I/O接口，会使普通单片机承受过大的数据处理任务，功耗较大。1.4 系统电路工作电源解决方案为符合本次设计的要求，特别为单片机以及相关元器件的工作需要而制作了系统电路工作电源模块。TL494和LM393由电源单独供15V电压，LM2576稳压模块提供5V电压供单片机使用。2单元电路设计 2.1 总体设计由TL494产生锯齿波，用LM393与DA输出脉冲进行比较，产生PWM波送给MOS管。通过单片机控制DA的脉冲来调节占空比，从而改变电流值。单片机主要实现以下几个方面的功能：（1）输入分压的采集及数据处理；（2）系统工作状态的控制与显示；（3）按键扫描；2.2 软件设计对各主要功能块的软件设计如下：（1）输入电压的采集及数据处理。【采用单片机内部10位A/D采集输入电压，单片机工作一次连续采集10次，对10次测量值进行去尖峰求平均滤波处理。】处理方法（2）系统工作状态的控制及显示。根据测得的电压值，处理后发给LM393进行控制 2.3软件设计流程图图11 程序流程框图3系统调试系统调试分为硬件调试、软件调试及软硬联调3.1 硬件调试硬件根据理论值进行元器件的选择、绘制电路图、焊接电路、调试。由于精度和干扰的影响，往往得到的结果和理论分析值又有一定的偏差，所以硬件调试难度很大。3.2 软件调试本系统的软件程序完全由C51编写，C语言效率高，但同时也存在一些缺点，比如严格定时比较困难。在调试过程中采取的是自上至下的调试方法，单独调试好每一个模块，然后在联结成一个完整的系统调试。3.3 软硬联调由于本系统的软硬件联系不是很紧密，一般是软件D/A输出后就能直接和硬件相联进行工作，因此在软硬件通调的情况下，系统的软硬件联调的难度不大。4指标测试4.1 测试结果4. 2测试结果分析见表14.3作品使用方法在误差范围内基本完成竞赛设计