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直流电子负载摘要：该系统是以制作一台实现恒压、恒流、恒阻模式的直流电子负载为目的。系统采用STM32F103为主控芯片，使用OP27作为驱动装置，并配合AD81115和TLV5616实现电压转换。工作时，采集的模拟信号经放大电路后送入转换电路生成数字信号，再送入单片机进行PID算法处理，不断调节，输出值经TLV5616 DA电路再转化为模拟信号，最后通过放大电路驱动MOSFET管，经液晶模块同步显示最后值。经过实际调试，此设计能够检测被测电源的电流值、电压值和电阻值，能够实现恒压、恒流、恒阻模式且满足误差要求。关键词：电子负载 恒压 恒流 恒阻 STM32 ADAbstract : In order to make a DC electronic load, the system can achieve the constant current, constant voltage and constant resistance model . The systems main control chip is the STM32F103, using the OP27 as driving device and the voltage are transformed through AD81115 and TLV5616. When it is working, the sampling voltage is transformed into the digital signal through the AD81115. The output signal is disposed and adjusted constantly by MCUs PID algorithm. The out-putting voltage is transformed into analog by the DA TLV5616. At the last, the MOSFET is drived by the amplifier circuit. The LCD module synchronously displays the voltage and current value. Through actual detection, this design can detect the measured power supply current value, voltage value and resistance and realize constant current, constant voltage and constant resistance model as well as can satisfy the error requirements. Key words: The Electronic load, Constant voltage, Constant current, Constant resistance, STM32 , AD 目录一、设计要求 1二、总体方案设计 1 2.1总体方案概述 12.2总体结构设计 1三、具体方案设计 23.1方案比较与论证 2 3.1.1电源选择方案 2 3.1.2MCU的选取 2 3.1.3显示电路方案设计 2 3.1.4模式转换方案 2 3.1.5输入方案 23.2理论分析与计算 2 3.2.1恒流原理及设计 3 3.2.2恒压原理及设计 3 3.2.3发挥部分的设计 43.3程序设计 43.3.1程序流程 43.3.2程序清单 4四、实验验证与测试结果 4五、总结 6六、参考文献 6七、附件 7附件一：恒流恒压电路 7附件二：总体原理图及PCB 8附件三：程序 11 一、设计要求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。2要求2.1基本要求（1）负载工作模式：恒压（CV）、恒流（CC）两种模式可选择（2）电压设置及调节范围：，相对误差小于5%，调节时间小于3S。（3）电流设置及调节范围：100mA-2.00A，相对误差小于5%，调节时间小于3S。2.2 发挥部分（1）增加恒阻模式（CR），测量精度5%；（2）扩大负载参数的设置及调节范围，以及精度；（3）具有自动过载保护报警设计。过载值可设。二、总体方案设计2.1总体方案概述本系统采用STM32F103作为主控芯片，包括控制电路、主电路、采样电路、显示电路等。恒流模式时不论输入电压如何变化（在一定范围内），流过该电子负载的电流恒定，且电流值可设定。恒压模式和恒阻模式原理一样。此设计主要设定预置电压来达到恒流、恒压效果，恒阻模式是在恒流模式下完成的。在程序中控制模式的切换，并由矩阵键盘输入实现。当工作在恒压模式时，采集电压经过电压跟随，缓冲电压变化再送入单片机PID处理。单片机处理电压值后再进过D/A模块和OP27芯片放大来驱动MOS管。当工作在恒流模式时，此处不再需要跟随器。采集到的电流值经放大后送入STM32处理，输出值再经过D/A模块来驱动MOS管。恒阻模式是在恒流模式下实现的。在恒流电路的基础上通过MCU检测到的输入电压来计算电流，达到恒阻功能的目的。过载保护由单片机程序实现。当电路中电流过大时，程序会把MOS管封锁，使电流为零，从而达到过载保护作用。2.2总体结构设计图1 总体结构图三、具体方案设计3.1方案比较与论证 3.1.1电源选择方案 方案一：开关电源。电压电流调整率低，对外干扰大，不适合模拟电路。 方案二：线性电源。纹波小，调整效率好，对外干扰小,精度高，调节范围广。适合用于模拟电路，各类放大器等。因此选择方案二。 3.1.2MCU的选取 方案一: 宏晶公司的STC89C52。STC89C52为8位单片机，价格低，程序易写，但I/O口少,内存小，且需接外部AD，运算速度低，功耗高。故舍弃。方案二: ST公司的STM32f103。STM32为32位单片机，频率高，速度快，功耗低，性价比高，内部自带12位AD，AD转换精度高，故选此方案。 3.1.3显示电路方案设计方案一: 数码管显示。程序控制相对简单易于实现，但数码管只能显示数字且程序复杂，应用不便。方案二: 液晶显示。液晶可以显示数字、字符和汉字，增加显示信息的可读性。显示信息量大，字迹美观，且容易控制。故选此方案。3.1.4模式转换方案 方案一：选用开关手动改变，手动可完成但是与软件不同步易造成误操做。 方案二：选取继电器直接用键盘控制模式转换。故选择方案二。 3.1.5输入方案 方案一：通过独立键盘输入数据，通过数据的加减来确定数据。这样按键数量减少，但是输入数据很慢且很麻烦。方案二：矩阵键盘输入，功能齐全且直接输入方便快捷。能够较方便的选择恒压、恒流、恒阻模式。故选择此方案。3.2理论分析与计算 系统总体原理图和PCB图见附件二。 3.2.1恒流原理及设计图2恒流电路为取样电路，VERF是给定信号，电路工作原理：当给定一个信号VERF时，如果上的电压小于VREF,也就是OP07的-IN小于+IN，OP07加大输出，使MOS加大导通使R3的电流加大。如果上的电压大于VREF,也就是OP07的-IN大于+IN，OP07减小输出，使MOS减小导通使的电流减小。这样不论输入电路的电压值如何改变，电流最终维持在恒定的给定值上，也就实现了恒流工作。本系统给定值是程序设定的。恒流原理图见附件一。本系统由按键实现模式的选择。当工作在恒流模式时，此处不再需要跟随器。采集到的电流值经放大后送入STM32处理，输出值再经过D/A模块来驱动MOS管。3.2.2恒压原理及设计图3恒压电路恒压原理：图中MOS管上的电压经与分压后送入运放+IN与给定值进行比较。当电位器在10%时，-IN为,那么MOS管上的电压应为。本系统给定值是程序预置的。恒压原理图见附件一。由按键来切换各种模式，当工作在恒压模式时，由于要采集电压送给单片机，所以应加一个电压跟随，缓冲电压变化。单片机PID处理，输出电压经过D/A模块和放大器来驱动MOS管。注意：附件中的恒压原理图及恒流原理图分开来给出的，是为了能够更好的理解本次设计的思路和各部分的功能。其后附件中又给出了整体的原理图（一个MOS驱动）及PCB图。3.2.3发挥部分的设计 在定电阻工作模式时，电子负载所流入的负载电流依据所设定负载电阻和输入电压的大小而定，此时负载电流与输入电压呈正比例，比值即是所设定的负载电阻，即负载电阻保持设定值不变。 恒阻模式是在恒流模式下实现的。在恒流电路的基础上通过MCU检测到的输入电压来计算电流，达到恒阻功能的目的。比如要恒定电阻为10欧时，MCU检测到输入电压为20V，那么会控制输出电流为2A。这样就实现恒阻模式。 过载保护是在程序中实现的。当电路中的电流过大时，程序会把MOS管封锁，使电流为零，从而实现过载保护。3.3程序设计 程序流程图如下图4。图4 程序图程序放在附件三中。四、实验验证与测试结果表一：恒流模式测试预置电流（mA）实测电流（A）相对误差1000.1033%5000.5122.4%10001.0333.3%15001.5241.6%20002.0733.65%分析：由表一中可以看出，当系统工作在恒流模式时，实测电流与预置电流相差很小，其相对误差小于5%，达到了任务要求。表二：恒压模式测试预置电压(mV)实测电压(V)相对误差20001.9761.2%50005.0250.5%1000010.323.2%1500014.791.4%2000020.251.25%分析：由表二中可以看出，当系统工作在恒压模式时，实测电压与预置电压相差很小，其相对误差5%，达到了任务要求。表三：恒阻模式测试预置电阻()实测电压(V)实测电流(A)实测电阻（）相对误差1010.47761.047610.0010.01%2010.63860.532719.9710.145%5010.75410.215549.9030.194%10010.79300.108799.2920.701%15010.79400.0723149.20.533%分析：由表三中可以看出，当系统工作在恒阻模式时，先测出实测电压与实测电流，可计算出实测电阻，与预置电阻相比，其相对误差小于1%，达到了任务要求。但是当预置电阻高于150时，其误差大于5%。仿真结果：当系统工作在恒流模式下的仿真结果，如下图5。图5 恒流模式仿真当系统工作在恒流模式时，若程序预定值为0.5A，由仿真图中可以看出，系统电流从0A变化到0.5A大约经过了0.7s，之后检测值稳定。在2.0s时改变了预定值为2A，则经过了大约0.2s后，电流从0.5A变化到了2A，之后系统稳定在2A。因此实现了电流恒定。当系统工作在恒压模式时的仿真结果，如下图6。图6恒压模式仿真 当系统工作在恒压模式时，若电压预定值为5V，经过0.1s后电压恒定在5V，在改变电压预定值为20V，经过后电压恒定在20V。达到了电压恒定效果。五、总结本次设计以STM32为控制核心的电子负载，可以实现恒流、恒压和恒阻模式。不论输入的电压值如何改变（在一定范围内），输出的电压、电流不变，当电压电流都不变时，其电阻也不变。通过单片机程控使各个参数都能直观的在液晶上显示，很好的完成了本次的任务即实现了恒流、恒压、恒阻模式。此电子负载能很好的替代传统的测试方法，更简单更可靠。但是本设计还存在很多不足，比如是功耗型。希望在以后的学习中能逐步改善。六、参考文献【1】单片微机原理及应用【M】.北京机械工业出版社.2005.【2】黄庆华，张永格.单片机开发技术和实训【M】. 【3】电子技术基础模拟部分（第四版）【M】.高等教育出版社.1996（2004重印）.【4】全国大学生电子设计竞赛训练教程【M】.电子工业出版社.2005-1.【5】数字电子技术基础【M】高等教育出版社.1998-12.【6】仪器仪表学报【J】第33卷第六期.2012七、附件附件一图一 恒流电路图二 恒压电路附件二总体原理图PCB图附件三 程序：/*模拟IIC： PB8-SCL PB9-SDA-*/*键盘： PC0-PC7-*/*液晶显示：PA8、PA11、PA12-CS、SID、SCLK-*/*USART1: PA9 PA10-*/*SPI: PA0、PA1、PA2-DIN、SC、FS-*/*时间： 2012-9-14-*/#include stm32f10x_lib.h#include maze.h/* 函数名称 ： main(void)* 函数功能 ： 主函数* 输 入： 无* 输 出： 无* 返 回： 无*/s8 key_get;char MODE=10;char MODE_store;exte