【正文】 圖 21 STC89C52單片機 與液晶顯示模塊連接電路 表 21 單片機 I/O口 分配 I/O口 應用 I/O口 應用 4 4 矩陣鍵盤輸入 — A/D采樣輸入 — D/A轉換輸出 XTAL1XTAL2 時鐘輸入 — 液晶顯示模塊 RESET 單片機復位信號 東華理工大學畢業(yè)論文（論文） 第二章 電子負載硬件系統(tǒng)設計 7 單片機總控制電路如圖 21 所示 ： STC89C52 單片機在系統(tǒng)中主要實現(xiàn)以下功能 :設定值通過 D/A 轉換輸出基準電壓；實際工作電壓、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單片機價格便宜，應用廣泛，實現(xiàn)較為復雜。用 A/D 轉換器把電路中的電壓電流的模擬信號轉換為數(shù)字信號，通過單片機來控制轉化，然后用液晶顯示顯示出即時的電壓電流。 本制作的電子負載，主要實現(xiàn)其恒流工作模式 ， 如 圖 13 所示為 方案三系統(tǒng)模塊框圖。 電子負載系統(tǒng)的硬件部分包括以下部分： （ 1） 單片機的選擇與 I/O 的分配 （ 2） 液晶顯 示模塊 （ 3） 鍵盤模塊 （ 4） D/A 轉換 模塊 （ 5） A/D 轉換 電壓電流采樣 模塊 （ 6） 電流取樣 PI控制器等組成的負反饋控制模塊 （ 7） 電源電路模塊 電子負載系統(tǒng)的控制程序，包括以下部分 : (l)人一機聯(lián)系程序。 通過運放、 PI 調節(jié)器及 負 反饋 控制環(huán)路 ，能夠較精確的 控制 MOS管的導通量 ，實現(xiàn)無靜差的調節(jié)。而且采用運放進行比較控制 MOS 管只有通和斷兩種情況，不能實現(xiàn)逐漸改變 MOS 管導通角的變化，不易控制。 采用了 STC89C52 單片機作為核心控制器，設計了 DA輸出控制電路、AD 電壓電流檢測電路、鍵盤電路、液晶顯示電路和驅動電路，通過軟、硬件的協(xié)調配合，實現(xiàn)了整個設計。鍵盤、串口通訊和 LCD 實現(xiàn)人機交互， MOS 管電路為電子負載主電路。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)），電子負載將根據(jù)設定值來吸收電流，流過該電子負載的電流恒定。 （ 4） 恒定功率方 式 在定功率工作模式時，電子負載所流入的負載電流依據(jù)所設定的功率大小而定，東華理工大學畢業(yè)論文（論文） 第一章 電子負載系統(tǒng)設計方案 3 此時負載電流與輸入電壓的乘積等于負載功率設定值，即負載功率保持設定值不變。若負載設定為1 kΩ , 當輸入電壓在 1～ 10 V 變化時 , 電流變化則為 10～ 100 mA 。負載調整率是電源在負載變動情況下能夠提供穩(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。 電子負載與傳統(tǒng)的模擬電阻性負載相比具有節(jié)能、體積小、重量輕、成本低、效率高等優(yōu)點，由于電子負載所具有的性能特點和優(yōu)點，電子負載被越來越多地應用到各種試驗場合。交流電源出廠試驗通常采用電阻箱耗能的辦法，它存在調節(jié)不便、自動化程度低、耗電量大等缺點，而采用交流電子負載進行試驗可有效克服這些缺點，它可使試驗更加簡單、靈活，且大大降低試驗的成 本。隨后又有工作人員將單片機技術應用到電子負載中，逐步可實現(xiàn)定電流模式和可編程斜率模式。為準確檢測電源的可靠性和帶載能力，因此把電力電子技術和微機控制技 術有機地結合起來，實現(xiàn)電源的可靠檢測。當前，國內(nèi)外對上述產(chǎn)品的試驗一般都采用傳統(tǒng)的靜態(tài)負載 (如電阻、電阻箱、滑線變阻器等 )能耗放電的辦法進行。 constantcurrent pattern。 控制 MOS 管的導通量 ， 其內(nèi)阻發(fā)生相應的變化， 從而達到 流過該電子負載的電流恒定， 實現(xiàn)恒流 工作模式。 本設計從直流電子負載系統(tǒng)方案分析入手，詳細討論了整個系統(tǒng)的硬件電路和軟件實現(xiàn)，并給出較為合理的解決方案。為便于控制的實現(xiàn)和功能的擴展，采用了STC89C52 單片機作為核心控制器，設計了 DA輸出控制電路、 AD電壓電流檢測電路、鍵盤電路、顯示電路和驅動電路，通過軟、硬件的協(xié)調配合，實現(xiàn)了整個設計。 本設計 能實現(xiàn) 電子負載的恒流控制 ：能夠檢測被測電源的電流、電壓及功率并由液晶顯示。 PI adjuster。 隨著電力電子技術的、計算機技術和自動控制技術的迅速發(fā)展，為電源檢測技術帶來了革命性的變化。 從電源類型來看，電子負載可分為直流電子負載和交流電子負載兩種。單片機技術與變換器電路的密切結合還使得電子負載可以工作在其它多種模式下 :定功率模式、動態(tài)電阻模式、短路模式等。 電子負載可以模擬真實環(huán)境中的負載（用電器）。因此，電子負載的研究具有廣闊的市場和廣泛的應用前景。 （ 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 , 電子負載將根據(jù)設定值來吸收電流。 （ 2） 恒定電阻方式 此種狀態(tài)下，負載如純電阻，吸收與電壓成線性正比的電流。 （ 3） 恒定電壓方式 在 定電壓 方式下電子負載將吸收足夠的電流來控制電壓達到設計值。 本電子負載機實現(xiàn)了在恒流模式下一定范圍內(nèi)的正常工作， PI 調節(jié)器的基準電壓由單片機 D/A轉換輸出。 設計出最大功率為 100W，電流 O 一 20A，電壓 O一 50V 的直流電子負載。單片機輸出一定占空比的 PWM控制信號，控制功率電路 MOS 管的導通和關斷時間，來獲得實際所需的工作電流、電壓。通過運放、 PI 調節(jié)器及 負 反饋 控制環(huán)路 ，是整個 電路的核心實質 ，來控制 MOSFET 的柵極電壓，從而達到其內(nèi)阻變化。方案二 通過 單片機輸出一定占空比的 PWM控制信號，控制 MOS 管的導通和關斷時間，來獲得實際所需的工作電流、電壓。 故 整個設計采用方案三 。包括按鍵信息輸入程序和液晶顯示輸出程序等。 電路的核心實質是一個電流取樣 PI 控制器 負反饋控制環(huán)路， MOS 管 在這里既作為電流的控制器件同時也作為被測電源的負載。 東華理工大學畢業(yè)設計（論文） 第二章 電子負載硬件系統(tǒng)設計 6 第 二 章 電子負載 硬件 系統(tǒng)設計 核心處理器的 設計 核心處理器 負責控制與協(xié)調其他各個模塊工作，并進行 簡單的數(shù)字信號處理。但燒 程序就不方便 。 表 21為電子負載系統(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)的實用性，采用液晶顯示（ LCD）。而且液晶顯示功耗低、體積小、質量輕、無輻射危害，與單片機連接較簡單。 液晶的主要工作原理 （ 1） SPI 接口時序寫數(shù)據(jù) /命令 Nokia5110(PCD8544)的通信協(xié)議是一個沒有 MISO 只有 MOSI 的 SPI協(xié)議： 圖 23 串行總線協(xié)議―――傳送 1個字節(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 RES 低電平脈沖復位一下。每個按鍵需占用一根 I/O 口線 ， 在按鍵數(shù)量較多時 ,I/O 口浪費大 , 電路結構顯得復雜。 東華理工大學畢業(yè)論文（論文） 第二章 電子負載硬件系統(tǒng)設計 9 在系統(tǒng)設計中需要通過鍵盤中輸入設定值，通過 D/A轉化輸出實際值。在第一位按鍵掃描后，每次按下小數(shù)點鍵，在按下確認鍵后與數(shù)字鍵一樣通過液晶顯示顯示出來。 按鍵 采用逐行掃描法進行識別， 單片機逐行掃描各鍵，先讓每行輸出低電平，檢測各列是否有低電平產(chǎn)生，如果檢測到列有低電平輸出，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轉換輸出電路 原理圖 在電路設計中 VREF = 2Vrefin N／ 1024； 其中， Verfin 為 TLC5615 的參考電壓，取 ,N 為輸入設定值的二進制數(shù)。輸入時 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 轉換器 TLC1549 系列具有串行控制、連續(xù)逐次逼近型的模數(shù)轉換器，它采用兩個差分基準電壓高阻輸入和一個三態(tài)輸出構成三線接口 。 采樣電路是檢測和測量環(huán)節(jié)的重要技術手段，為了讓負載準確工作在恒流方式下，設計中對被測電源的輸出電壓和 MOS 管的電流進行實時采樣。 東華理工大學畢業(yè)論文（論文） 第二章 電子負載硬件系統(tǒng)設計 12 電壓采樣電路 電壓采樣電路中，由于電子負載的輸入電壓范圍比較寬，實際工作電壓較高，采樣前首先進行了分壓設計。如圖 29所示，提高電路帶負載能力，取到 緩沖、 隔離作用。 輸入的模擬量采樣 46132 785U5T L C 1 5