【正文】 the coordination of the software and hardware, the design can be realized. The microcontroller output will be PWM waveforms with different duty cycle. According to control the on and off time of the MOS transistors, the current of FET can be regulated. The electronic load monitoring system base on AVR microcontroller monitor the input voltage and current by the electronic load in real time. Realized single host puter monitor a mass of next bit plane, greatly reducing the redundancies and tend to improve the working conditions. So it can get some guiding significance for the actual production. Key Words: Electronic load。傳統(tǒng)的靜態(tài)負(fù)載模擬不了復(fù)雜的負(fù)載形式。因此，電子負(fù)載模擬裝置在實驗室及電源等生產(chǎn)過程中有很大的應(yīng)用空間，其市場前景非常廣闊。再結(jié)合逆變技術(shù)，將試驗?zāi)芰咳繜o污染的回饋給電網(wǎng)，就能在完成對電源正常試驗的同時有效地解決電能浪費(fèi)問題。 一直以來，國內(nèi)外學(xué)者都在不斷研究可以替代實際負(fù)載的電子模擬負(fù)載，即電子負(fù)載。 (2)采用場效應(yīng)管的電子負(fù)載 場效應(yīng)晶體管 (MOSFET)工作在不飽和區(qū)時，根據(jù)漏極與源極之間的伏安特性可以將其看作受柵極和源極間電壓控制的可變電阻。 (4)電能反饋型電子負(fù)載 電能反饋型電子負(fù)載利用電力電子變換技術(shù)將被試電源的輸出能量大部分無污染地反饋回電網(wǎng)，節(jié)約了大部分的能源 。 (1) 設(shè)計任務(wù) 完成電子負(fù)載監(jiān)控系統(tǒng)原理圖繪制，設(shè)計 相關(guān)軟件； 下位機(jī)軟件： 根據(jù)上位機(jī)軟件的命令實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)老化電流，并記錄相關(guān)告警記錄； 根據(jù)輸入電壓的大小自動調(diào)試內(nèi)部控制電路； 上位機(jī)軟件： 自動采集下位機(jī)輸入電壓、電流及設(shè)置負(fù)載電流值； (2)設(shè)計要求 下位機(jī)設(shè)計： 通過接收上位機(jī)軟件的命令指令自動調(diào)試負(fù)載電流 ； 根據(jù)輸入電壓的大小自動調(diào)節(jié)內(nèi)部控制電路； 實時監(jiān)測輸入電壓、電流，發(fā)現(xiàn)異常立即記錄相關(guān) 數(shù)據(jù)，并上報給后系統(tǒng) ； 恢復(fù)默認(rèn)通訊地址 ； 上位機(jī)設(shè)計： 自動采集下位機(jī)輸入電壓、電流及設(shè)置負(fù)載電流值； 設(shè)置負(fù)載電流值； 設(shè)置通訊地址 ； 設(shè)置下位機(jī)采樣基準(zhǔn)電壓 ； 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 第二章 電子負(fù)載系統(tǒng)分析 電子負(fù)載系統(tǒng)方案 電子負(fù)載系統(tǒng)采用 “ AVR 單片機(jī) +串口通訊 +鍵盤操作 +PWM 移相控制 +AD 轉(zhuǎn)換”結(jié)合的技術(shù)方案 ；集控制、檢測、變換 等功能于一體的設(shè)計方法。 軟件設(shè)計 電子負(fù)載的控制程序，包括以下部分： (1) 人機(jī)聯(lián)系通信程序。在硬件和軟件分別通過調(diào)試正常之后，進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，進(jìn)一步完善和修改控制程序，記錄和測試各項性能指標(biāo)，直到系統(tǒng) 正常運(yùn)行。使得工業(yè)控制機(jī)能夠?qū)崟r 信息進(jìn)行采集、處理、做出響應(yīng)，保證系統(tǒng)的暢通。 空閑模式時 CPU 停止工作，而 SRAM、T/C、 USART、 兩線串行接口、 SPI 端口以及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作；掉電模 式時晶體振蕩器停止振蕩， 所有功能除了中斷和硬件復(fù)位之外都停止工作，寄存器的內(nèi)容則一直保持；省電模式時異步定時器繼續(xù)運(yùn)行，以允許用戶維持時間基準(zhǔn)，器件的其他部分則處于睡眠狀態(tài) ； ADC 噪聲抑制模式時 CPU 和所有的 I/O 模塊停止運(yùn)行 ， 而異步定時器和ADC 繼續(xù)工作，以減少 ADC 轉(zhuǎn)換時的開關(guān)噪聲 ； Standby 模式時振蕩器工作而其他部分睡眠 ， 使得器件只消耗極少的電流，同時具有快速啟動能力。為了可靠，再加上一只 的電容以消除干擾雜波，如圖 中所示的 C3。許多 人 在設(shè)計完單片機(jī)系統(tǒng)，并在實驗室調(diào)試成功后，在現(xiàn)場卻出現(xiàn)了 “ 死機(jī) ” 、 “ 程序走飛 ” 等現(xiàn)象，這主要是單片機(jī)的復(fù)位電路設(shè)計不可靠引起的。當(dāng)輸入這個引腳的電壓低于 時， PFO 輸出低電平。在掉電期間，一旦電源電壓 VCC 降到復(fù)位門限以下，只要 VCC 不 比 還低，就能使 RESET 維持電壓不高于 的低電平。 使用 MAX706 構(gòu)成的單片機(jī)復(fù)位電路如圖 所示： PD3/PCINT19/OC2B/INT1PD4/PCINT20/XCK/T0GNDVCCGNDVCCPB6/PCINT6/XTAL1/TOSC1PB7/PCINT7/XTAL2/TOSC2PD5/PCINT21/OC0B/T1PD6/PCINT22/OC0A/AIN0PD7/PCINT23/AIN1PB0/PCINT0/CLKO/ICP1PB1/PCINT1/OC1APB2/PCINT2/SS/OC1BPB3/PCINT3/OC2A/MOSIPB4/PCINT4/MISO PB5/SCK/PCINT5AVCCAD6AREFGNDADC7PC0/ADC0/PCINT8PC1/ADC1/PCINT9PC2/ADC2/PCINT10PC3/ADC3/PCINT11PC4/ADC4/SDA/PCINT12PC5/ADC5/SCL/PCINT13PC6/RESET/PCINT14PD0/RXD/PCINT15PD1/TXD/PCINT16PD2/INT0/PCINT17U1ATmega88 TQFPMRVCCGNDPFIPFOWDIRESETWDOU2MAX706 ESA5VGNDWDIWDI 圖 MAX706 構(gòu)成的單片機(jī)復(fù)位電路 在圖 中， MAX706 的掉電檢測功能并沒有使用，所以將 PFI 和 PFO 引腳懸空。 ATmega88 支持高壓 /并行編程和串行編程，由于高壓并行編程需要連接較多的引腳和使用 12V 的電壓，因此一般情況下都是使用 ATmega88 的串行編程，即 ISP 編程。如圖 所示： 圖 直流穩(wěn)壓電源基本組成框圖 電源變壓器的作用是將電網(wǎng) 220V 的交流電壓變成整流電路所需的電壓 U1。其中 78 后面的數(shù)字代表穩(wěn)壓器輸出的正電壓數(shù)值（一般有 0 0 0 0 1 1 1 24V 共 9 種輸出電壓 ） ，各 廠家在 78 系列前面冠以不同的英文字母代號。圖 中， C1 為濾波電容，脈動直流有很大的諧波，因此使用電容濾除這些諧波。 A/D 與一個 8通道的模擬多路復(fù)用器連接，能對來自 端口 A 的 8 路單端輸入電壓進(jìn)行采樣，單端電壓輸入以 0V 為基準(zhǔn)， A/D 由單片機(jī)的 AVCC引腳單獨(dú)提供電源。 Vout 和Vin 關(guān)系為： Vout R2=Vin R1+R2 ???????????? （ ） 電流采樣電路中，首先借助采樣電阻將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號 。 這些開關(guān)電路在整個 VDD－ VSS 和 VDD－ VEE 電源范圍內(nèi)具有極低的靜 態(tài)功耗，與控制信號的邏輯狀態(tài)無關(guān)。本設(shè)計選擇PCA9535 對單片機(jī) I/O 口進(jìn)行擴(kuò)展。電子負(fù)載設(shè)計為 4 路輸入，需要根據(jù) 4 路輸入電壓分別輸出 4 路控制信號，分別為 VAC1～ VAC4， VAD1～ VAD4， KCM1～KCM4。 I/O 引腳電平回復(fù)到與原來輸入寄存器值匹配或者操作者讀取完輸入寄存器之后， PCA9535 中斷信號會清除 ； 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 ? 低待機(jī)電流； ? 內(nèi)部上電復(fù)位。 I/O 擴(kuò)展 單片機(jī)的 I/O 口始終是有限的 ， 若 所需要的 I/O 口較多時，單片機(jī)的 I/O 就不能夠滿足所需要求。 其芯片引腳配置如圖 所示： 12345678161514131211109VDD01234567INHVEEVSSABCCOM OUT/IN 圖 CD4051 引腳配置 CD4051 是單 8 通道數(shù)字控制模擬開關(guān)，有 3個二進(jìn)制控制輸入端 A、 B、 C 和 INH 輸CHANNELS IN/OUT CHANNELS IN/OUT CHANNELS IN/OUT 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 入，具有低導(dǎo)通阻抗和很低的截止漏電流。 圖 為電壓 采樣電路原理圖 。 電壓及電流數(shù)據(jù)采集 A/D 是檢測和測量環(huán)節(jié)的重要技術(shù)手段，為了讓負(fù)載準(zhǔn)確工作在不同方式下，設(shè)計 中對 被測電源的輸出電壓 輸出 電流進(jìn)行實時采樣。下位機(jī)中的工作電壓是通過市電經(jīng)過變壓器后轉(zhuǎn)為頻率為 50HZ 的 15V 的交流電，經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓后輸出分別為 12V 和 5V 的直流電壓，如圖 ，圖 ，圖 所示： D1T1F1NL+220V ～DC 圖 交流整流電路 Vin +12VGNDVR17812C11200uF104C2+12V+ 圖 直流 12V 電路 Vin +5VGNDVR27805C347uFC547uF104C4104C6+12V +5V 圖 直流 5V電路 在圖 中，輸入為 220V 的交流電，輸出為經(jīng)過整流之后的脈動直流。 三端固定式穩(wěn)壓器 國內(nèi)外各廠家生產(chǎn)的三端（電壓輸入端，電壓輸出端，公共接地端）固定式正壓穩(wěn)壓器均命名為 78 系列，三端固定式負(fù)壓穩(wěn)壓器均命名為 79 系列。它給各個模塊提供“動力”，才能保證每個分塊的正常工作。在軟件設(shè)計好后，要將軟件燒錄到單片機(jī)的 Flash 中。一旦電源電壓 VCC 降至復(fù)位門限以下， WDO 端也將變低并保持低電平。在超過此門限后，內(nèi)部定時器大約再維持 200mS 后釋放 RESET，使其返回高電平。將常用的功能集成到一片 8 引腳封裝的小芯片內(nèi)，與采用分立元件或單一功能芯片組合的電路相比，大大減小了系統(tǒng)電路的復(fù)雜性和數(shù)量，顯著提高了系統(tǒng)的可靠性和精確度。 AVR 單片機(jī) 在出廠時已經(jīng)編程熔絲位使用內(nèi)部 RC振蕩器，并且進(jìn)行了 8 分頻，如果要使用外部時鐘，需要重新編程熔絲位。 單片機(jī) ATmega88 系統(tǒng)的基本電路如下： PD3/PCINT19/OC2B/INT1PD4/PCINT20/XCK/T0GNDVCCGNDVCCPB6/PCINT6/XTAL1/TOSC1PB7/PCINT7/XTAL2/TOSC2PD5/PCINT21/OC0B/T1PD6/PCINT22/OC0A/AIN0PD7/PCINT23/AIN1PB0/PCINT0/CLKO/ICP1PB1/PCINT1/OC1APB2/PCINT2/SS/OC1BPB3/PCINT3/OC2A/MOSIPB4/PCINT4/MISO PB5/SCK/PCINT5AVCCAD6AREFGNDADC7PC0/ADC0/PCINT8PC1/ADC1/PCINT9PC2/ADC2/PCINT10PC3/ADC3/PCINT11PC4/ADC4/SDA/PCINT12PC5/ADC5/SCL/PCINT13PC6/RESET/PCINT14PD0/RXD/PCINT15PD1/TXD/PCINT16PD2/INT0/PCINT17U1ATmega88 TQFPY120pFC120pFC2GND10KR0D11N4148S1ResetC3GND5V 圖 ATmega88 單片機(jī)系統(tǒng)的基本電路 圖 中，單片機(jī) ATmega88 為 薄塑封四角扁平封裝 (TQFP)。這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率，并且具有比普通的CISC 微控制器最高至 10 倍的數(shù)據(jù)吞吐率 。 圖 電子負(fù)載組織框圖 電子負(fù)載1 電子負(fù)載2 電子負(fù)載N1 電子負(fù)載 老化架 的輸入來自并聯(lián)的直流測試電源 1 至電源 Nm的輸出。 如圖 所示： 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 工業(yè)控制機(jī)部分主要完成的工作包括：控制每個 電子 負(fù)載模塊的啟動與停止，每個電源模塊的狀態(tài)監(jiān)測，每個 電子 負(fù)載模塊的電流值設(shè)定，整個系統(tǒng)的各部分狀態(tài)監(jiān)測，每個電子負(fù)載地址設(shè)置等。首先，在斷電的情況下測試線路的正確性，排除一些明顯的硬件故障。 驅(qū)動 電流檢測 被測電源 A/D 電壓檢測 A/D ATmega88 單片機(jī) 串口通信 鍵盤 運(yùn)行指示 隔離 上位機(jī) 485 MOS 管電路 PWM 控制 電子負(fù)載 湖南科技