【正文】 圖 21 STC89C52單片機(jī) 與液晶顯示模塊連接電路 表 21 單片機(jī) I/O口 分配 I/O口 應(yīng)用 I/O口 應(yīng)用 4 4 矩陣鍵盤輸入 — A/D采樣輸入 — D/A轉(zhuǎn)換輸出 XTAL1XTAL2 時(shí)鐘輸入 — 液晶顯示模塊 RESET 單片機(jī)復(fù)位信號(hào) 東華理工大學(xué)畢業(yè)論文（論文） 第二章 電子負(fù)載硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 單片機(jī)總控制電路如圖 21 所示 ： STC89C52 單片機(jī)在系統(tǒng)中主要實(shí)現(xiàn)以下功能 :設(shè)定值通過 D/A 轉(zhuǎn)換輸出基準(zhǔn)電壓；實(shí)際工作電壓、電流 A/D 采樣； LCD 顯示；鍵盤輸入等。 方案一： 采用 ATMEL 公司的 AT89C51,51單片機(jī)價(jià)格便宜，應(yīng)用廣泛，實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜。用 A/D 轉(zhuǎn)換器把電路中的電壓電流的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，通過單片機(jī)來控制轉(zhuǎn)化，然后用液晶顯示顯示出即時(shí)的電壓電流。 本制作的電子負(fù)載，主要實(shí)現(xiàn)其恒流工作模式 ， 如 圖 13 所示為 方案三系統(tǒng)模塊框圖。 電子負(fù)載系統(tǒng)的硬件部分包括以下部分： （ 1） 單片機(jī)的選擇與 I/O 的分配 （ 2） 液晶顯 示模塊 （ 3） 鍵盤模塊 （ 4） D/A 轉(zhuǎn)換 模塊 （ 5） A/D 轉(zhuǎn)換 電壓電流采樣 模塊 （ 6） 電流取樣 PI控制器等組成的負(fù)反饋控制模塊 （ 7） 電源電路模塊 電子負(fù)載系統(tǒng)的控制程序，包括以下部分 : (l)人一機(jī)聯(lián)系程序。 通過運(yùn)放、 PI 調(diào)節(jié)器及 負(fù) 反饋 控制環(huán)路 ，能夠較精確的 控制 MOS管的導(dǎo)通量 ，實(shí)現(xiàn)無靜差的調(diào)節(jié)。而且采用運(yùn)放進(jìn)行比較控制 MOS 管只有通和斷兩種情況，不能實(shí)現(xiàn)逐漸改變 MOS 管導(dǎo)通角的變化，不易控制。 采用了 STC89C52 單片機(jī)作為核心控制器，設(shè)計(jì)了 DA輸出控制電路、AD 電壓電流檢測(cè)電路、鍵盤電路、液晶顯示電路和驅(qū)動(dòng)電路，通過軟、硬件的協(xié)調(diào)配合，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)設(shè)計(jì)。鍵盤、串口通訊和 LCD 實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互， MOS 管電路為電子負(fù)載主電路。在額定使用環(huán)境下 ,恒流方式為 不論輸入電壓如何變化（在一定范圍內(nèi)），電子負(fù)載將根據(jù)設(shè)定值來吸收電流，流過該電子負(fù)載的電流恒定。 （ 4） 恒定功率方 式 在定功率工作模式時(shí)，電子負(fù)載所流入的負(fù)載電流依據(jù)所設(shè)定的功率大小而定，東華理工大學(xué)畢業(yè)論文（論文） 第一章 電子負(fù)載系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 3 此時(shí)負(fù)載電流與輸入電壓的乘積等于負(fù)載功率設(shè)定值，即負(fù)載功率保持設(shè)定值不變。若負(fù)載設(shè)定為1 kΩ , 當(dāng)輸入電壓在 1～ 10 V 變化時(shí) , 電流變化則為 10～ 100 mA 。負(fù)載調(diào)整率是電源在負(fù)載變動(dòng)情況下能夠提供穩(wěn)定的輸出電壓的能力 , 是電源輸出電壓偏差率的百分比。 它的基本工作方式有恒壓、恒流、恒阻、恒功率這幾種。 電子負(fù)載與傳統(tǒng)的模擬電阻性負(fù)載相比具有節(jié)能、體積小、重量輕、成本低、效率高等優(yōu)點(diǎn)，由于電子負(fù)載所具有的性能特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，電子負(fù)載被越來越多地應(yīng)用到各種試驗(yàn)場(chǎng)合。交流電源出廠試驗(yàn)通常采用電阻箱耗能的辦法，它存在調(diào)節(jié)不便、自動(dòng)化程度低、耗電量大等缺點(diǎn)，而采用交流電子負(fù)載進(jìn)行試驗(yàn)可有效克服這些缺點(diǎn)，它可使試驗(yàn)更加簡(jiǎn)單、靈活，且大大降低試驗(yàn)的成 本。隨后又有工作人員將單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用到電子負(fù)載中，逐步可實(shí)現(xiàn)定電流模式和可編程斜率模式。為準(zhǔn)確檢測(cè)電源的可靠性和帶載能力，因此把電力電子技術(shù)和微機(jī)控制技 術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)電源的可靠檢測(cè)。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外對(duì)上述產(chǎn)品的試驗(yàn)一般都采用傳統(tǒng)的靜態(tài)負(fù)載 (如電阻、電阻箱、滑線變阻器等 )能耗放電的辦法進(jìn)行。 constantcurrent pattern。 控制 MOS 管的導(dǎo)通量 ， 其內(nèi)阻發(fā)生相應(yīng)的變化， 從而達(dá)到 流過該電子負(fù)載的電流恒定， 實(shí)現(xiàn)恒流 工作模式。 本設(shè)計(jì)從直流電子負(fù)載系統(tǒng)方案分析入手，詳細(xì)討論了整個(gè)系統(tǒng)的硬件電路和軟件實(shí)現(xiàn)，并給出較為合理的解決方案。為便于控制的實(shí)現(xiàn)和功能的擴(kuò)展，采用了STC89C52 單片機(jī)作為核心控制器，設(shè)計(jì)了 DA輸出控制電路、 AD電壓電流檢測(cè)電路、鍵盤電路、顯示電路和驅(qū)動(dòng)電路，通過軟、硬件的協(xié)調(diào)配合，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)設(shè)計(jì)。 本設(shè)計(jì) 能實(shí)現(xiàn) 電子負(fù)載的恒流控制 ：能夠檢測(cè)被測(cè)電源的電流、電壓及功率并由液晶顯示。 PI adjuster。 隨著電力電子技術(shù)的、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，為電源檢測(cè)技術(shù)帶來了革命性的變化。 從電源類型來看，電子負(fù)載可分為直流電子負(fù)載和交流電子負(fù)載兩種。單片機(jī)技術(shù)與變換器電路的密切結(jié)合還使得電子負(fù)載可以工作在其它多種模式下 :定功率模式、動(dòng)態(tài)電阻模式、短路模式等。 電子負(fù)載可以模擬真實(shí)環(huán)境中的負(fù)載（用電器）。因此，電子負(fù)載的研究具有廣闊的市場(chǎng)和廣泛的應(yīng)用前景。 （ 1） 恒定電流方式 在定電流模式中 ,在額定使用環(huán)境下 , 不論輸入電壓大小如何變化 , 電子負(fù)載將根據(jù)設(shè)定值來吸收電流。 （ 2） 恒定電阻方式 此種狀態(tài)下，負(fù)載如純電阻，吸收與電壓成線性正比的電流。 （ 3） 恒定電壓方式 在 定電壓 方式下電子負(fù)載將吸收足夠的電流來控制電壓達(dá)到設(shè)計(jì)值。 本電子負(fù)載機(jī)實(shí)現(xiàn)了在恒流模式下一定范圍內(nèi)的正常工作， PI 調(diào)節(jié)器的基準(zhǔn)電壓由單片機(jī) D/A轉(zhuǎn)換輸出。 設(shè)計(jì)出最大功率為 100W，電流 O 一 20A，電壓 O一 50V 的直流電子負(fù)載。單片機(jī)輸出一定占空比的 PWM控制信號(hào)，控制功率電路 MOS 管的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，來獲得實(shí)際所需的工作電流、電壓。通過運(yùn)放、 PI 調(diào)節(jié)器及 負(fù) 反饋 控制環(huán)路 ，是整個(gè) 電路的核心實(shí)質(zhì) ，來控制 MOSFET 的柵極電壓，從而達(dá)到其內(nèi)阻變化。方案二 通過 單片機(jī)輸出一定占空比的 PWM控制信號(hào)，控制 MOS 管的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，來獲得實(shí)際所需的工作電流、電壓。 故 整個(gè)設(shè)計(jì)采用方案三 。包括按鍵信息輸入程序和液晶顯示輸出程序等。 電路的核心實(shí)質(zhì)是一個(gè)電流取樣 PI 控制器 負(fù)反饋控制環(huán)路， MOS 管 在這里既作為電流的控制器件同時(shí)也作為被測(cè)電源的負(fù)載。 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第二章 電子負(fù)載硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 第 二 章 電子負(fù)載 硬件 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 核心處理器的 設(shè)計(jì) 核心處理器 負(fù)責(zé)控制與協(xié)調(diào)其他各個(gè)模塊工作，并進(jìn)行 簡(jiǎn)單的數(shù)字信號(hào)處理。但燒 程序就不方便 。 表 21為電子負(fù)載系統(tǒng)中 STC89C52的 I/O 口分配連接情況。 方案二：考慮到本系統(tǒng)中顯示的內(nèi)容以及系統(tǒng)的實(shí)用性，采用液晶顯示（ LCD）。而且液晶顯示功耗低、體積小、質(zhì)量輕、無輻射危害，與單片機(jī)連接較簡(jiǎn)單。 液晶的主要工作原理 （ 1） SPI 接口時(shí)序?qū)憯?shù)據(jù) /命令 Nokia5110(PCD8544)的通信協(xié)議是一個(gè)沒有 MISO 只有 MOSI 的 SPI協(xié)議： 圖 23 串行總線協(xié)議―――傳送 1個(gè)字節(jié) （ 2） Nokia5110 的初始化 接通電源后，內(nèi)部寄存器和 RAM 的內(nèi)容是不確定的，這需要一個(gè) RES 低電平脈沖復(fù)位一下。每個(gè)按鍵需占用一根 I/O 口線 ， 在按鍵數(shù)量較多時(shí) ,I/O 口浪費(fèi)大 , 電路結(jié)構(gòu)顯得復(fù)雜。 東華理工大學(xué)畢業(yè)論文（論文） 第二章 電子負(fù)載硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要通過鍵盤中輸入設(shè)定值，通過 D/A轉(zhuǎn)化輸出實(shí)際值。在第一位按鍵掃描后，每次按下小數(shù)點(diǎn)鍵，在按下確認(rèn)鍵后與數(shù)字鍵一樣通過液晶顯示顯示出來。 按鍵 采用逐行掃描法進(jìn)行識(shí)別， 單片機(jī)逐行掃描各鍵，先讓每行輸出低電平，檢測(cè)各列是否有低電平產(chǎn)生，如果檢測(cè)到列有低電平輸出，說明有鍵按下，接著 讓每行分別依次輸出低電平，其余行行輸出高電平，在檢測(cè)每一列的低電平情況，兩次低電平的交叉處便是鍵按下的地方。 方案二： TLC5615 D/A采用的是串行數(shù)模轉(zhuǎn)換器。所以采用 1O 位DAC芯片，分辨率較高。 E A / V P P31X T A L 119X T A L 218R S T9P 3 . 7 ( R D )17P 3 . 6 ( W R )16P 3 . 2 ( I N T 0 )12P 3 . 3 ( I N T 1 )13P 3 . 4 ( T 0 )14P 3 . 5 ( T 1 )15P 1 . 0 ( T 2 )1P 1 . 1 ( T 2 E X )2P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78( A D 0 ) P 0 . 039( A D 1 ) P 0 . 138( A D 2 ) P 0 . 237( A D 3 ) P 0 . 336( A D 4 ) P 0 . 435( A D 5 ) P 0 . 534( A D 6 ) P 0 . 633( A D 7 ) P 0 . 732( A 8 ) P 2 . 021( A 9 ) P 2 . 122( A 1 0 ) P 2 . 223( A 1 1 ) P 2 . 324( A 1 2 ) P 2 . 425( A 1 3 ) P 2 . 526( A 1 4 ) P 2 . 627( A 1 5 ) P 2 . 728P S E N29A L E / P R O G30( T X D ) P 3 . 111( R X D ) P 3 . 010GND20V C C40U112Y1C33 0 PC43 0 PR S TP 2 . 5V C CP 0 . 3P 0 . 2P 0 . 1P 0 . 0P 0 . 4P 0 . 5P 0 . 6P 0 . 7GNDV C CP 1 . 0P 1 . 1P 1 . 2P 1 . 3+ 2 . 5 VP 1 . 4P 1 . 5P 1 . 6P 1 . 7P 3 . 2P 3 . 3P 3 . 4P 3 . 5P 3 . 6P 3 . 7P 2 . 0P 2 . 1P 2 . 2P 2 . 3P 2 . 446132 785U3T L C 5 6 1 5V R E FV C CGNDP 1 . 0P 1 . 1P 1 . 2P 1 . 3 圖 26 D/A轉(zhuǎn)換輸出電路 原理圖 在電路設(shè)計(jì)中 VREF = 2Vrefin N／ 1024； 其中， Verfin 為 TLC5615 的參考電壓，取 ,N 為輸入設(shè)定值的二進(jìn)制數(shù)。輸入時(shí) SCLK 的上升沿把串行輸入數(shù)據(jù) DIN 移入內(nèi)部的 16位移位寄存器， SCLK 的下降沿輸出串行數(shù)據(jù)DOUT，片選 CS 的上升沿把數(shù)據(jù)傳送至 DAC 寄存器。 方案二采用 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換器 TLC1549 系列具有串行控制、連續(xù)逐次逼近型的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它采用兩個(gè)差分基準(zhǔn)電壓高阻輸入和一個(gè)三態(tài)輸出構(gòu)成三線接口 。 采樣電路是檢測(cè)和測(cè)量環(huán)節(jié)的重要技術(shù)手段，為了讓負(fù)載準(zhǔn)確工作在恒流方式下，設(shè)計(jì)中對(duì)被測(cè)電源的輸出電壓和 MOS 管的電流進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣。 東華理工大學(xué)畢業(yè)論文（論文） 第二章 電子負(fù)載硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 電壓采樣電路 電壓采樣電路中，由于電子負(fù)載的輸入電壓范圍比較寬，實(shí)際工作電壓較高，采樣前首先進(jìn)行了分壓設(shè)計(jì)。如圖 29所示，提高電路帶負(fù)載能力，取到 緩沖、 隔離作用。 輸入的模擬量采樣 46132 785U5T L C 1 5