【正文】 化為電壓進行檢測，然后在TLC1549AD 轉(zhuǎn)換過程中轉(zhuǎn)化回電流，最后送往液晶顯示出來。檢流電阻選用的是100W 歐姆的功率電阻。 液晶顯示子程序如圖 33 所示為液晶顯示子程序流程圖，液晶顯示采用的是 Nokia 液晶屏，體積不大，當對其初始化及復位成功后就可調(diào)用相應(yīng)的顯示子程序?qū)σ@示的內(nèi)容進行顯示。顯示的內(nèi)容可以采用取模軟件取出數(shù)組，將對應(yīng)的點顯示出，最終組合顯示出需要的字體或數(shù)字。LCD 控制程序遵循 SPI 傳輸協(xié)議。SPI 是一個全雙工同步串行數(shù)據(jù) 3 線同步字節(jié)傳輸總線接口，加上片選共 4 線，是基于主/從工作模式的總線協(xié)議，有寫沖突保護和總線競爭保護，由 Motorofa 在其 MC68HCXX 系列中定義的標準接口。SPI 中 4 線的功能如下:SCK 信號線:由 SPI 總線上的主設(shè)備產(chǎn)生。它可以調(diào)整數(shù)據(jù)比特流，設(shè)備可在不同的波特率下傳輸數(shù)據(jù)。SCK 根據(jù)傳輸?shù)拿恳晃粊硌h(huán)。MOSI 信號線:數(shù)據(jù)從 SPI 總線的主設(shè)備輸出，然后從 SPI 的從設(shè)備輸入。MISO 信號線:數(shù)據(jù)從 SPI 總線的從設(shè)備輸出，然后從 SPI 的主設(shè)備輸入。只有一個被選擇的從設(shè)備能驅(qū)動從 MOSO 輸出。CS 線號線:此信號通過硬件控制選擇一個特殊的從設(shè)備，沒有被選中的從設(shè)備不予 SPI 總線交互通信。SPI 主機和從機之間，主機通過將待通信的從機的 CS 引腳拉低，實現(xiàn)與從機的同步，主機啟動一次 SPI 通訊。主機和從機將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)放入相應(yīng)的移位寄存器。主機在 SCK 引腳上產(chǎn)生時鐘脈沖以交換數(shù)據(jù)。主機的數(shù)據(jù)從主機的 MOSI 移出，從從機的 MOSI 移入；從機的數(shù)據(jù)從從機的 MISO 移出，從主機的呱 50 移入。如圖22 所示為單片機與 LCD 通信。 D/A 轉(zhuǎn)化程序由于 TLC5615 是串行輸出的，且其輸出采用的是 SPI 總線模式，所以現(xiàn)對 SPI時序做初始化，初始化完后即可調(diào)用將數(shù)字量轉(zhuǎn)化為模擬輸出。如圖 34 為 D/A 轉(zhuǎn)化子程序流程圖。當鍵盤按下確認后，設(shè)定值送往單片機數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)化為二進制數(shù)后送 TLC5615 進行 D/A 轉(zhuǎn)化，有數(shù)送入時 scs=0；sclk=0 即對 SPI 時序做初始化，開始產(chǎn)生上升沿，數(shù)據(jù)被鎖存,形成 DA 輸出。在前 10 個時鐘內(nèi)輸入的是 10 位 DA 數(shù)據(jù)，后兩個時鐘周期為填充字節(jié) scs = 1；sclk = 0，scs 的上升沿和下降沿只有在 sclk 為低的時候才有效，D/A 轉(zhuǎn)化完成產(chǎn)生基準電壓，轉(zhuǎn)換輸出至 PI 調(diào)節(jié)器控制 MOS 管工作 初始化復位成功調(diào)用漢字或數(shù)字顯示子程序設(shè)置顯示坐標寫入字庫數(shù)據(jù)L C D 顯示入口顯示數(shù)據(jù)返回T L C 5 6 1 5 D / A 轉(zhuǎn)化子程序入口片選 D / A 芯片s c s = 0s c l k = 0 產(chǎn)生上升沿1 2 個時鐘周期是否完成s c s = 1 , s c l k = 0 完成轉(zhuǎn)化返回YN圖 33 顯示子程序流程圖 圖 34 D/A 轉(zhuǎn)化子程序流程圖 鍵盤識別處理程序設(shè)計 鍵盤掃描子程序P 0 口前四位逐行送低電平有鍵按下 ？讀取列值返回讀取鍵碼值掃描下一位YN進入按鍵處理子程序鍵盤掃描子程序有按鍵否 ？按鍵處理子程序F l a g + +YN是否數(shù)字鍵 、 小數(shù)點是否確認鍵Y 顯示子程序NNY調(diào)用 D / A 轉(zhuǎn)化子程序調(diào)用 A / D 轉(zhuǎn)化子程序顯示電壓電流功率是否清除鍵NY清除 L C D顯示屏f l a g = oF l a g = 6 ?N返回Y圖 35 鍵盤掃描子程序流程圖 圖 36 按鍵處理子程序流程圖如圖 35 所示為按鍵掃描子程序流程圖。鍵盤識別采用逐行掃描方式，對每一行進行掃描，當掃到某列有點平變化是則讀取鍵值并處理。無按鍵是則返回NOKEY。如圖 36 所示為按鍵處理子程序流程圖。按鍵處理子程序包括按鍵的輸入，按鍵識別及處理，按鍵識別有開始鍵、數(shù)字 0—9 鍵，小數(shù)點鍵，清零復位鍵及數(shù)據(jù)輸入確認鍵。允許輸入的鍵盤查詢流程范圍為 0――，超出的數(shù)在確認時能自動清零重新輸入，說明輸入數(shù)據(jù)無效。數(shù)據(jù)確認輸入后送 D/A 轉(zhuǎn)換輸出至比較器控制MOS 管工作。先按下鍵盤的開始鍵，單片機只執(zhí)行按鍵查詢、LCD 顯示等功能。輸入設(shè)定的電壓電流預置值，主要完成負載設(shè)置，再經(jīng)過 D/A 轉(zhuǎn)化產(chǎn)生基準電壓，通過 PI 調(diào)節(jié)器及反饋來控制 MOSFET 的柵極電壓，主要完成負載調(diào)節(jié)，在恒流的工作模式下進行A/D 電壓電流檢測，測出電子負載的實際電壓電流值，并通過液晶顯示屏顯示出來 第四章 系統(tǒng)調(diào)試調(diào)試是整個設(shè)計任務(wù)中一個不可缺少，非常重要的一個環(huán)節(jié)。為了達到設(shè)計要求，先后進行了以下三個階段的調(diào)試工作:硬件調(diào)試、軟件調(diào)試、軟硬件聯(lián)合調(diào)試。 硬件調(diào)試 我在整個電子負載設(shè)計過程中，硬件方面的設(shè)計主要是硬件電路的設(shè)計。在畫電路原理圖過程中是分模塊設(shè)計的，根據(jù)各個模塊的設(shè)計思路，合理選取芯片的參數(shù)。由于電子負載是測試儀，要根據(jù)被測電源的電壓電流進行選擇芯片，在選取芯片時出現(xiàn)了一點問題，特別是 MOS 管的選擇。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。整個設(shè)計的參數(shù)也要根據(jù) MOS 管的耗散功率、額定電壓、額定電流來選取。同時采樣電阻的選擇時也出現(xiàn)了一點問題，對于找的一些資料，看到采樣電阻的選取都很小，小到毫歐。我覺得這個電阻要是普通電阻的話，當有大電流通過時，就相當于導線，設(shè)這個電阻就沒意義了。后來經(jīng)過老師和上網(wǎng)查找資料，終于明白這種電阻是一種錳銅電阻，專門運用于電流采樣電路中，能夠承受較大功率，并且其電阻較小，對于電流的分流作用影響較小，從而對電路的影響較小?？刂?MOS 管的導通量的電路模塊，是整電子負載電路的核心部分。同時也是電子負載實現(xiàn)恒流方式的關(guān)鍵部分。剛開始我一直運用傳統(tǒng)的電子負載設(shè)計方式，用傳統(tǒng)的比較器來比較給定值和實際值。利用比較的結(jié)果作用在 MOS 管柵極上，從而達到其內(nèi)阻變化的目的，形成一個反饋的電路。剛開始我一直認為這種方法是正確的，認為當比較器比較后有輸出，作用在 MOS 管上，就能控制 MOS 管的通斷，也就能改變它的導通量了。但后來經(jīng)過老師的講解，才發(fā)現(xiàn)自己犯了嚴重的錯誤。終于明白用比較器比較給定值和實際值，比較的結(jié)果作用的 MOS 管上就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，沒有調(diào)節(jié)過程，不易控制。后來將比較器改為了 PI 調(diào)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(diào)節(jié)。同時在整個負載參數(shù)確定后，根據(jù)計算的結(jié)果確定運算放大器的放大倍數(shù)和確定電阻的阻值。根據(jù)設(shè)定好的參數(shù)的基礎(chǔ)上，再進行分塊調(diào)試。這個過程中有的需要逐漸擴大調(diào)試范圍，最后實現(xiàn)整機調(diào)試。將電路分成控制電路、鍵盤輸入部分、顯示電路、主電路和檢測電路。主要檢查的是單片機是否能夠成功和微機通訊、鍵盤能否正確輸入數(shù)值并正確顯示在 LCD 上，看電路原理圖所是否符合設(shè)計的要求等。整個硬件調(diào)試過程是為了驗證各功能模塊的設(shè)計和制作的正確性，是否能夠正常工作，基本的數(shù)據(jù)傳輸是否有錯誤。但是由于時間比較倉促，在整個設(shè)計過程中硬件電路具體調(diào)試都沒很好的完成，最后未將實物做出來。 軟件調(diào)試軟件的錯誤只有在運行中才會完全暴露出來，因此各個模塊的軟件程序分段進行調(diào)試。先進行單片機 I/O 的分配，再根據(jù)各個芯片的特性寫程序。編好程序后先分個個模塊進行調(diào)試。在寫程序過程中出現(xiàn)很多小問題。比如說，一些參數(shù)未定設(shè)定等小問題導致整個程序編譯不通過。用 keil 運行模擬仿真時我發(fā)現(xiàn)一個問題，就是我在全速運行程序時，顯示的時間是不變的，直到我暫停運行，然后仿真時間才變化。還有就是我檢測變量值，比如我寫了一個程序，一秒鐘變量 i 加一，我在 keil 的 watch widow 中監(jiān)測 i 的變化，按說全速運行時 i 的值應(yīng)該在監(jiān)測窗口中可以看出來是一直變化的，但是現(xiàn)在還是和我說的仿真時間一樣，全速運行時根本不變化，直到我暫停全速運行，值才看出變化。這樣就不好進行檢測仿真結(jié)果，一直在找原因，后來才發(fā)現(xiàn)我的變量設(shè)的過快，產(chǎn)生了溢出，后來改變變量的設(shè)計就解決了這個問題。 將控制程序各功能模塊，包括顯示模塊、鍵盤輸入模塊、D/A 模塊、A/D 模塊等分別載入運行，將發(fā)現(xiàn)的問題立即找出程序中所對應(yīng)的錯誤或不妥之處，反復進行修改完善，直到可以完成所要求的功能。不過單純的軟件調(diào)試只能檢查程序的基本正確性，而整個方案所有程序是否能夠編譯正確與實現(xiàn)只有通過與硬件共同調(diào)試才能完成。 軟硬件綜合調(diào)試根據(jù)單片機分配好的 I/O 口，將所有的硬件電路和程序連起來檢查，將整個程序載入，觀察整個系統(tǒng)的各項功能是否都能達到設(shè)計要求，及時發(fā)現(xiàn)問題，修改出錯、不合適的程序或者更改元件型號或者重新設(shè)計局部電路。在調(diào)試過程中主要發(fā)現(xiàn)了以下問題并作了相應(yīng)的改進:(l)在電流采樣電路中，輸出信號將超出 A/D 的采集范圍，因此把原設(shè)計中的運算放大器改為電壓跟隨器。(2)按鍵程序開始設(shè)計時，實現(xiàn)方法為查詢按鍵按下后開始調(diào)用響應(yīng)程序。調(diào)試時，發(fā)現(xiàn)按鍵響應(yīng)結(jié)果不確定，表現(xiàn)為按下數(shù)字鍵按鍵一次時，結(jié)果顯示一個或兩個相同值，與按下時間長短相關(guān)。為了解決該問題，把實現(xiàn)方法由查詢按鍵按下改為“查詢按鍵釋放” ，即可準確實現(xiàn)按鍵功能。第五章 結(jié)論通過本系統(tǒng)的設(shè)計單路直流電子負載有以下特點：（1）采用單片機控制，可以實現(xiàn)智能控制，即不改變硬件的情況下，可以通過在程序里調(diào)用不同的控制策略來模擬電源測試時的各種工作需要。（2）能夠?qū)崿F(xiàn)恒流模式的的正常工作。（3）易于控制加載和去載，便于負載調(diào)節(jié)。（4）能夠直接檢測被測電源的電流、電壓及功率值，各個參數(shù)都能直觀的在液晶上顯示。（5）用 10 位串行 D/A 產(chǎn)生基準電壓。（6）用 10 位串行 A/D 電壓電流檢測。測量范圍：電壓范圍：0v——50V 電壓精度： 電流范圍：0A——20A 電流精度：本設(shè)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。在額定使用環(huán)境下，恒流方式時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(shè)定值來吸收電流，流過該電子負載的電流恒定。雖然此電子負載能很好的替代傳統(tǒng)的測試方法中一般采用的電阻，更簡單、更快捷、更可靠地對電源、變壓器等電子設(shè)備進行輸出特性的測試。但是，本設(shè)計還存在著很多不足，由于時間的倉促以及自身能力所限，本文只是對電子負載一些較淺的研究，通過運放 PI 調(diào)節(jié)器組成的負反饋來控制 MOSFET 的柵極電壓，從而達到其內(nèi)阻變化的目的，改變 MOS 管的導通量。自己還有很多可以進一步改善，比如可以采用更高精度取樣電阻和 PWM 控制方式、更高精度的 D/A、A/D 裝換芯片來提高測量精度等等。同時整個設(shè)計也只研究電子負載的恒流工作模式，還可以進一步改進和設(shè)計，增加其他工作模式，比如恒壓、恒阻和恒功率模式，提高電子負載的實用性。致 謝本次畢業(yè)設(shè)計我有幸選擇錢敏老師作為我的指導老師，錢老師作為我們自動化系的系主任，本身有繁重教學任務(wù)和工作任務(wù)，但他利用教學之余和工作之余的時間督促教導我們完成畢業(yè)設(shè)計。經(jīng)常下班時間到了，他還耐心的為我講解問題，在整個設(shè)計過程中錢老師給予了我耐心細致的指導。錢老師淵博的專業(yè)知識和嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度給我留下了深刻的印象。不僅如此，錢老師還在工作精神和為人處世上給予我們諄諄教誨，使我們明白和懂得了作為一個電子專業(yè)的畢業(yè)生所應(yīng)保有的心態(tài)和品質(zhì)。在此對錢老師的細心教導和幫助表示深深的感謝。此外，還要感謝趙永科老師，當錢老師去開會或者上課時，看到趙永科老師在實驗室，我去問他問題。我知道他很忙，但他還是很耐心的幫我解決問題，從原理到具體的小電路，都耐心的為我講解分析。真的要感謝趙老師，在整個畢業(yè)設(shè)計過程中給我的啟發(fā)和幫助。同時我也要感謝夏洪老師，感謝夏老師幫助我修改論文，在我論文修改過程中給我提出了很多建議和意見，夏老師一絲不茍和認真的態(tài)度讓我對他心生佩服，在此對夏老師表達深深的謝意。我也要感謝我寢室的段慧同學對本次設(shè)計的軟件部分給予了關(guān)心和幫助，當我碰到問題，她細心的幫我，尋找錯誤的地方，修改電路，分析電路，修改程序等等，這些對我做本次設(shè)計提供了很多方便之處，在此對段慧表達深深的謝意。還有本班的各位同學在設(shè)計學習中給予的意見和大力支持也一并表示感謝。 最后，我要再一次感謝錢老師，沒有他一路上耐心的指導，和他為我們上的自動控制系統(tǒng)課程。我是很難完成這次畢業(yè)設(shè)計的。參考文獻[1] 張毅剛單片機原理與應(yīng)用北京高等教育出版社，[2] 童詩白等著模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)北京高等教育出版社，[3] 朱金剛智能電子負載的設(shè)計實驗技術(shù)與管理202223(6)26－29[4] 楊振吉 付永杰電子負載的設(shè)計計量技術(shù)2022(5)24－25[5] 張漢屏自制電子負載儀電子制作202228－29[6]