【正文】 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(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。 電壓和電流的顯示可以用數(shù)碼管，但數(shù)碼管 顯示的信息量有限 ，只能顯示簡單的數(shù)字，其電路復(fù)雜，占用 的系統(tǒng) I/O資源較多，顯示信息少，不宜顯示大量信息。采用矩陣式鍵盤結(jié)構(gòu)可以最大限度地使用單片機(jī)的引腳資源， 矩陣式鍵盤適用于按鍵數(shù)量較多的場合 , 由行線和列線組成 , 按鍵位于行列的交叉點(diǎn)上， 節(jié)省 I/O 口， 因此 其 應(yīng)用十分廣泛。 本設(shè)計(jì)需要測出電壓值、電流值，對設(shè)定值的精確度要求更高。 兩者相比， TLC1549 系列器件性能優(yōu)良、 速度快、 功耗低、精度高、可靠性好、接口簡便，實(shí)用價(jià)值高 ,同時(shí)與 10 位的 TLC5615 DA 輸出基準(zhǔn)電壓 精度相同，不會導(dǎo)致電路精度降低， 故選擇方案二。 （ 2）輸入模擬量 采樣 在第 3個(gè) I／ O CLOCK 下降沿，輸入模擬量開始采樣，采樣持續(xù) 7 個(gè) I／ O CLOCK周期，采樣值在第 10個(gè) I／ O CLOCK 下降沿鎖存。 通過 PI 調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)，增大 MOS 管 的導(dǎo)通 角， 增大 MOS 管的導(dǎo)通量，使 MOS 管的內(nèi)阻減小，流過電阻 R17 的電流增大 ， 則 電壓降 Uf 慢慢增大 并 等于 設(shè)定值，從而實(shí)現(xiàn)電子負(fù)載的恒流工作模式，這是一個(gè) PI調(diào)節(jié)器 調(diào)節(jié)過程。通常隨著 Kp 值的加大，閉環(huán)系統(tǒng)的超調(diào)量加大，系統(tǒng)響應(yīng)速度加快，但是當(dāng) Kp增加到一定程度，系統(tǒng)會變得不穩(wěn)定。 綜合電子負(fù)載的特性， 故 選擇方案二場效應(yīng)管式電子模擬負(fù)載。 UGS(th)2UGS(th)UGSIDOiDO U G S= 2 U G S ( t h ) 可 變 電阻 區(qū)I D Oi D預(yù) 夾 斷 軌 跡O夾 斷 區(qū)恒 流 區(qū)U DU G S= U G S ( t h )U G S 2 圖 215 N溝道增強(qiáng)型 MOS管的轉(zhuǎn)移 特性曲線 圖 216 N溝道增強(qiáng)型 MOS管 的輸出特性 Q2I R F P 4 6 0dgs 圖 217 N溝道增強(qiáng)型 MOS管 電子負(fù)載的恒流控制 ， 它 的功率控制電路主要包括場效應(yīng)管（ MOSFET)、 電流取東華理工大學(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) 19 樣 PI 控制器、運(yùn)放等組成 負(fù)反饋控制環(huán)路 。 618T L 4 3 1負(fù)極參考端正極 618T L 4 31R 2 22502 . 5 V0 . 33 uFC 1 4In p u t 圖 218 TL431符號 圖 219 TL431輸出 TL431 是一個(gè)有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)電壓源。具有過熱保護(hù) 。所以同樣功率的管子， MOS 型的開關(guān)速度要比雙極型管子快得多。 方案二：場效應(yīng)管式電子模擬負(fù)載：場效應(yīng)晶體管 (MOSFET)工作在不飽和區(qū)時(shí)，漏極與源極之間的伏安特性可以看作是一個(gè)受柵一源電壓控制的可變電阻。故 PI 調(diào)節(jié)器 應(yīng)用 在電子負(fù)載的設(shè)計(jì)中， 實(shí)現(xiàn)對 MOS 導(dǎo)通角的有效控制， 具有積分作用的調(diào)節(jié)器，只要被調(diào)量 即電子負(fù)載電路中的實(shí)測值 與設(shè)定值之間有偏差，其輸出就會不停的變化。 采樣 電阻 R17 電流－電壓轉(zhuǎn)換元件 (I/V converter)，落在 R17 上的電壓降通過 PI 調(diào)節(jié)器 與基準(zhǔn) 電壓 （ VERF）比較，控制 MOS 管 的導(dǎo)通 量變化 與截止，從而達(dá)到保持電流恒定的目的。 這種 電阻 適用于高功率及高電流的電源供應(yīng)器，電路板的電路偵測，具有穩(wěn)定性佳，低溫度系數(shù)，散熱性好的特性 。但其占用端口多，轉(zhuǎn)換頻率低于 1M。 D/A 轉(zhuǎn)換器由 8位輸入鎖存器、 8位 DAC 寄存器、 8 位 D/A 轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成。 鍵盤模塊 方案一：非矩陣式鍵盤結(jié)構(gòu)比較簡單，使用方便，適合于較少開關(guān)量的輸入場合。 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 39( A D 1) P 38( A D 2) P 37( A D 3) P 36( A D 4) P 35( A D 5) P 34( A D 6) P 33( A D 7) P 32( A 8) P 2. 021( A 9) P 2. 122( A 10 ) P 2 .223( A 11 ) P 2 .324( A 12 ) P 2 .425( A 13 ) P 2 .526( A 14 ) P 2 .627( A 15 ) P 2 .728P S E N29A L E / P R O G30( T X D ) P 11( R X D ) P 10G N D20V C C40U1S 1712Y1R910KR 1 01K C110 u FC330PC430PV C CRSTR S TP 2 .5V C CP 0 .3P 0 .2P 0 .1P 0 .0P 0 .4P 0 .5P 0 .6P 0 .7G N DV C CP 1 .0P 1 .1P 1 .2P 1 .3P 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 .412345678J P 2V C CV C CG N D液晶 顯示插座 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 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。 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。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。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。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。 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。 PI adjuster。 電子負(fù)載可以模擬真實(shí)環(huán)境中的負(fù)載（用電器）。 （ 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。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。 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)也作為被測電源的負(fù)載。 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）。 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。所以采用 1O 位DAC芯片，分辨率較高。 采樣電路是檢測和測量環(huán)節(jié)的重要技術(shù)手段，為了讓負(fù)載準(zhǔn)確工作在恒流方式下，設(shè)計(jì)中對被測電源的輸出電壓和 MOS 管的電流進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣。 （ 3）數(shù)字量得傳輸 當(dāng)片選 CS 由低電平變?yōu)楦邥r(shí)， I／ O CLOCK 禁止且 A／ D 轉(zhuǎn)換結(jié)果的三態(tài)串行輸出 DATA OUT 處于高阻狀態(tài)；當(dāng)串行接口將 CS拉至有效時(shí)，即 CS 由高變?yōu)榈蜁r(shí)， CS復(fù)位內(nèi)部時(shí)鐘，控制并使能 DATA OUT 和 I／ O CLOCK，允許 I／ O CLOCK 工作并使 DATA 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) 14 OUT 脫離高阻狀態(tài)。 PI 調(diào)節(jié)器 對于電子負(fù)載的設(shè)計(jì)需要較高的精確度，同時(shí)控制 MOS 管的導(dǎo)通量的變換也需要一個(gè) 不停的變化 調(diào)節(jié)過程，而不是傳統(tǒng)的 采 用運(yùn)放比較器組成的反饋電路來實(shí)現(xiàn)。 2．積分環(huán)節(jié)主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。 功率耗散 MOS 管的選型 方案一：采用 MTY25N60E MOS 管，它常用于電力領(lǐng)域的應(yīng)用。這是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心，也是電子負(fù)載的核心部分。它的輸出電壓用兩個(gè)電阻就可以任意地設(shè)置到從 Vref（ ）到 36V 范圍內(nèi)的任何值。帶散熱片時(shí)，輸出電流可達(dá) 1A。 （ 2）由于 MOS 管是電壓控制器件，它不像雙極型晶體管那樣，在基區(qū)有可能積存大量少數(shù)載流子，從而影響高速開關(guān)。其次，晶體管還存在溫度系數(shù)為負(fù)的問題，所以在使用過程中還需要考慮溫度補(bǔ)償?shù)膯栴}。作為控制器，比例積分調(diào)節(jié)器兼顧了快速響應(yīng)和消除靜差兩方面的要求。 MOS 管 在這里既作為電流的控制器件同時(shí)也作為被測電源的負(fù)載。 采樣 電阻 R17 電流－電壓轉(zhuǎn)換元件 (I/V 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) 13 converter)，落在 R17上的電壓降通過 PI 調(diào)節(jié)器 與基準(zhǔn) 電壓 （ VERF）比較，控制 MOS管 的導(dǎo)通 量變化 與截止，從而達(dá)到保持電流恒定的目的。其作用可根據(jù)地址譯碼信號來選擇 8 路模擬輸入而共用一個(gè) A/D轉(zhuǎn)換器。這個(gè) DA芯片以其接口簡單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點(diǎn)，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。 （ 4） 顯示漢字 顯示漢字可以采用兩種點(diǎn)陣方式，一種是 12*12 點(diǎn)陣，一種是 16*16 點(diǎn)陣