【正文】 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(shí)，單片機(jī)的 I/O 就不能夠滿足所需要求。電子負(fù)載設(shè)計(jì)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(hào)，分別為 VAC1～ VAC4， VAD1～ VAD4， KCM1～KCM4。 這些開(kāi)關(guān)電路在整個(gè) 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(hào)的邏輯狀態(tài)無(wú)關(guān)。 A/D 與一個(gè) 8通道的模擬多路復(fù)用器連接，能對(duì)來(lái)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。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(hào)。 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。在掉電期間，一旦電源電壓 VCC 降到復(fù)位門(mén)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。許多 人 在設(shè)計(jì)完單片機(jī)系統(tǒng)，并在實(shí)驗(yàn)室調(diào)試成功后，在現(xiàn)場(chǎng)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(jì)不可靠引起的?？臻e模式時(shí) 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(shí)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(shí)異步定時(shí)器繼續(xù)運(yùn)行，以允許用戶維持時(shí)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(shí) CPU 和所有的 I/O 模塊停止運(yùn)行 ， 而異步定時(shí)器和ADC 繼續(xù)工作，以減少 ADC 轉(zhuǎn)換時(shí)的開(kāi)關(guān)噪聲 ； Standby 模式時(shí)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(shí)具有快速啟動(dòng)能力。使得工業(yè)控制機(jī)能夠?qū)?shí)時(shí) 信息進(jìn)行采集、處理、做出響應(yīng)，保證系統(tǒng)的暢通。 軟件設(shè)計(jì) 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。 (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(wú)污染地反饋回電網(wǎng)，節(jié)約了大部分的能源 。 一直以來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者都在不斷研究可以替代實(shí)際負(fù)載的電子模擬負(fù)載，即電子負(fù)載。因此，電子負(fù)載模擬裝置在實(shí)驗(yàn)室及電源等生產(chǎn)過(guò)程中有很大的應(yīng)用空間，其市場(chǎng)前景非常廣闊。 關(guān)鍵詞： 電子負(fù)載； ATmega88； PWM；監(jiān)控 系統(tǒng) ABSTRACT Electronic load can save less energy and is smaller in size and more efficient than resistance load. Therefore, electronic load is generally used to power, munication, automobile, accumulator and so on. Electronic load is being increasingly the hotspot. The electronic load includes of digital controller, detection and driver circuit and munication circuit. Digital controls the on and off time of the MOS transistors witch expend energy of the power supply. It is realized that the parameter of the power be controlled steadily. The system mainly was posed by two parts. One is the data acquisition and related actions for the next bit plane. The other is remote monitoring of the host puter. The next bit plane scheme of direct current electronic load is analyzed, especially the hardware and software realization is discussed particularly in the paper, and a reasonable solution scheme is presented. For the sake of the control and functional expansion, ATmega88, AVR microcontroller produced by ATMEL Corporation, is used as the core controller of whole control circuit. Control circuit includes of detection circuit, munication circuit and driver circuit. Through 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。 基 于 AVR 單片機(jī)的電子負(fù)載監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輸入電子負(fù)載的老化電壓、老化電流，實(shí)現(xiàn)單個(gè)上位機(jī)監(jiān)控大量下位機(jī)的功能，極大的減少了人員冗余，改善了工作人員的勞動(dòng)條件， 對(duì)實(shí)際 生產(chǎn) 具有指導(dǎo) 意義。由于在這過(guò)程中能量消耗很少，所以省去了龐大的散 熱設(shè)備，節(jié)約了安裝空間，并且對(duì)于能源問(wèn)題日益嚴(yán)峻的今天，研究模擬電子負(fù)載具有很大的經(jīng)濟(jì)意義，是科學(xué)發(fā)展觀在科技學(xué)術(shù)問(wèn)題上的指導(dǎo)和應(yīng)用。但是由于實(shí)際負(fù)載的形式較為復(fù)雜，通常都是動(dòng) 態(tài)的，即負(fù)載隨時(shí)間、頻率在不斷地變化，因此靜態(tài)負(fù)載很難完全模擬實(shí)際負(fù)載。與 MOSFET相比，它的負(fù)載電流大。考慮到價(jià)格、工作速度、開(kāi)發(fā)成本和可靠性等因素，合理地分配了硬件和軟件資源，對(duì)于某些既可用 硬件實(shí)現(xiàn)，又可用軟件實(shí)現(xiàn)的功能，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，充分考慮了硬件和軟件的特點(diǎn)，高效地分配其資源，協(xié)調(diào)其功能。 信息傳輸與控制部分主要完成工業(yè)控制機(jī)與各個(gè) 電子 負(fù)載模塊之間的控制信息與參數(shù) 變量信息 的 交換。 ATmega88 有如下特點(diǎn) ： 8K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程 Flash（ 具有在編程過(guò)程中還可以讀的 能力，即 RWW)， 512 字節(jié) EEPROM， 1K 字節(jié) SRAM ， 23 個(gè)通用 I/O 口線， 32 個(gè)通用工作寄存器，三個(gè)具有比較模式的靈活的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 (T/C),片內(nèi) /外中斷，可編程串行 USART， 面向字節(jié)的兩線串行接口 (TWI)，一個(gè) SPI 串行端口，一個(gè) 6 路 10 位ADC(TQFP 與 MLF 封裝的器件具有 8 路 10 位 ADC)，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門(mén)狗定時(shí)器，以及五種可以通過(guò)軟件選擇的省電模式。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 單片機(jī)復(fù)位電路設(shè)計(jì)的好壞，直接影響到整個(gè)系統(tǒng)工作的可靠性。無(wú)論何時(shí)只要電源電壓降到復(fù)位門(mén)限一下， RESET 引腳就會(huì)變低。為了燒錄程序方便及考慮到以后升級(jí)的需要，需要預(yù)留程序下載湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 接口。該系列穩(wěn)壓器有過(guò)流、過(guò)熱和調(diào)整管安全工作區(qū)保護(hù)，以防過(guò)載而損壞。 A/D 轉(zhuǎn)換器 選用 ATmega88 自帶的具有10位 高 精度的逐次逼近型 A/D。 幅值為 ～ 20V 的數(shù)字信號(hào)可控制峰－峰值至 20V 的模擬信號(hào)。系統(tǒng)上電時(shí)，初始化引腳及內(nèi)部寄存器為初始狀態(tài)； ? 16個(gè) I/O 引腳，初始化為輸入； ? 支持 0～ 400KHZ 的時(shí)鐘脈沖； PCA9535 引腳說(shuō)明如表 所示： 表 PCA9535 引腳說(shuō)明 符號(hào) 功能 INT 中斷輸出（開(kāi)漏輸出），低電平有效 A A A0 配置地址輸入端 I/～ I/ I/O 端口 0 VSS 電源地 I/～ I/ I/O 端口 1 SCL I2C 串行時(shí)鐘線 SDA I2C 串行數(shù)據(jù)線 VDD 供電端 在本設(shè)計(jì)中，利用 PCA9535 擴(kuò)展 I/O 口輸出控制信號(hào) 。 為了解決這些問(wèn)題，可以對(duì)單片機(jī)的 I/O 口進(jìn)行擴(kuò)展。 182KR110KR210KR3VinVout 圖 電壓采樣電路原理圖 在圖 中， Vin 為 待 檢測(cè)的電壓， Vout 為對(duì) Vin 分壓后得到的輸出值。其中 F1 為保險(xiǎn)管， T1 為 220V15V 的工頻變壓器實(shí)現(xiàn)降壓， D1 為用整流二極管構(gòu)成的全橋 ， 將交流電整流成脈動(dòng)直流電。 直流穩(wěn)壓電源的基本原理 直流電源電路一般由電源變壓器，整流濾波電路及穩(wěn)壓電路所組成。只要 VCC 升至門(mén)限電壓以上， WDO 就會(huì)立即變高。 MAX706 的引腳配置如圖 所示： 1234 5678MRVCCGNDPFI PFOWDIRESETWDO 圖 MAX706 引腳配置 其引腳功能分別如下： ? MR：手動(dòng)復(fù)位輸入端，當(dāng)其接上一個(gè)小于 的電平時(shí)就能夠觸發(fā)一個(gè)復(fù)位脈沖； ? VCC：電源引腳，輸入電壓范圍為 ～ ； ? GND：接地引腳； ? PFI：掉電監(jiān)測(cè)輸入引腳。由于 ATmega88 在內(nèi)部已經(jīng)內(nèi)置了上電復(fù)位設(shè)計(jì)，并且在熔絲位設(shè)計(jì)里可以控制復(fù)位的額外時(shí)間，因此ATmega88 外部的復(fù)位電路在上電時(shí)可以設(shè)計(jì)的非常簡(jiǎn)單，直接接一只 10K 的電阻到 VCC即可，如圖 中所示的 R0。 電子負(fù)載 模塊 輸220V 50HZ DC AC 被測(cè)電源 2 電子負(fù)載 2 DC AC DC AC 被測(cè)電源 3 電子負(fù)載 3 DC AC DC AC 被測(cè)電源 1 1 電子負(fù)載 1 DC AC DC AC 被測(cè)電源 N 電子負(fù)載 N DC AC 人機(jī)界面 工業(yè)控制機(jī) 然后，聯(lián)機(jī)仿真調(diào)試，即除單片機(jī)外，插上所有元器件，和仿真器相連進(jìn)行調(diào)試，依次對(duì)各個(gè)部件進(jìn)行讀、寫(xiě)操作，檢查結(jié)果的正確性。本設(shè)計(jì)包括電子負(fù)載監(jiān)控系統(tǒng)原理圖的設(shè)計(jì)，下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)，上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)三部分內(nèi)容。其次，晶體管還 存在溫度系數(shù)為負(fù)的問(wèn)題，所以在使用過(guò)程中需要考慮溫度補(bǔ)償?shù)膯?wèn)題。進(jìn)一步而言，如果采用有效的電流控制技術(shù)，能夠在大范圍內(nèi)控制放電電流，就能模擬各種負(fù)載，包括一些動(dòng)態(tài)變化的負(fù)載、諧波負(fù)載和非線性負(fù)載，使得一個(gè)電子負(fù)載就能滿足任何試驗(yàn)場(chǎng)合。 (2)傳統(tǒng)的負(fù)載形式單一，實(shí)際應(yīng)用中很多負(fù)載都要求是動(dòng)態(tài)變化的，如消耗功 率是溫度、時(shí)間、頻率等的函數(shù)，也可能是要求恒定電流、恒定電壓、恒定阻抗、不同功率因數(shù)或非線性形式的負(fù)載等。 湖 南 科 技 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（ 論 文 ） 題目 基于 AVR 單片機(jī)電子負(fù)載監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 作者 學(xué)院 專業(yè) 學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師 湖 南 科 技 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū) 機(jī)電工程學(xué) 院 測(cè)控技術(shù)與儀器 系（教研室） 系（教研室）主任 : （簽名） 年 月 日 學(xué)生姓名 : 學(xué)號(hào) : 0703030122 專業(yè) : 測(cè)控技術(shù)與儀器 1 設(shè)計(jì)（論文）題目及專題： 基于 AVR 單片機(jī)電子負(fù)載監(jiān)控系統(tǒng)