【正文】 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(zhuǎn)換輸出電路 原理圖 在電路設(shè)計(jì)中 VREF = 2Vrefin N／ 1024； 其中， Verfin 為 TLC5615 的參考電壓，取 ,N 為輸入設(shè)定值的二進(jìn)制數(shù)。 如 圖 26 所 示為 D/A 轉(zhuǎn)換輸出電路 原理圖。所以采用 1O 位DAC芯片，分辨率較高。只需要通過 3根串行總線就可 以完成 1O位數(shù)據(jù)的串行輸入，易于和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的微處理器或微控制器 (單片機(jī) )接口，適用于電池供電的測試儀表，是具有串行接口的數(shù)模轉(zhuǎn)換器。 方案二： TLC5615 D/A采用的是串行數(shù)模轉(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。 按鍵 采用逐行掃描法進(jìn)行識別， 單片機(jī)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。 (4)預(yù)置數(shù)據(jù)確定按鍵 :按下該按鍵后，將取消其他鍵的功能，并把按輸入的數(shù)據(jù)送往提取出來，送往單片機(jī)，之后轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)據(jù)，通過液晶顯示顯示出來。在第一位按鍵掃描后，每次按下小數(shù)點(diǎn)鍵，在按下確認(rèn)鍵后與數(shù)字鍵一樣通過液晶顯示顯示出來。 S1 S2 S3 S4S5 S6 S7 S8S9 S 1 0 S 1 1 S 1 2S 1 3 S 1 4 S 1 5 S 1 6R11 0 KR21 0 KR31 0 KR41 0 KR51 0 KR61 0 KR71 0 KR81 0 KV C CP 0 . 0P 0 . 1P 0 . 2P 0 . 3P0.4P0.5P0.6P0.7 圖 25 4 4矩陣鍵盤電路圖 如 圖 25所示： 本系統(tǒng)通過矩陣電路進(jìn)行按鍵輸入，采用的是 4x4 矩陣鍵盤， 電子負(fù)載系統(tǒng)中按鍵需要實(shí)現(xiàn)的功能有 : (l) 09 數(shù)字鍵：本設(shè)計(jì)中采用專用的數(shù)字輸入按鍵，每次按下數(shù)字鍵一次，送往單片機(jī)，按位輸入的數(shù)據(jù)提取出來，轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)據(jù)。 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。 方案二： 矩陣式鍵盤則適合于輸入命令或者數(shù)據(jù)較多、功能復(fù)雜的系統(tǒng)。每個(gè)按鍵需占用一根 I/O 口線 ， 在按鍵數(shù)量較多時(shí) ,I/O 口浪費(fèi)大 , 電路結(jié)構(gòu)顯得復(fù)雜。 （ 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。 液晶的主要工作原理 （ 1） SPI 接口時(shí)序?qū)憯?shù)據(jù) /命令 Nokia5110(PCD8544)的通信協(xié)議是一個(gè)沒有 MISO 只有 MOSI 的 SPI協(xié)議： 圖 23 串行總線協(xié)議―――傳送 1個(gè)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(gè) RES 低電平脈沖復(fù)位一下。 L C D 液 晶 顯 示S T C 8 9 C 5 2S P I 時(shí) 鐘 生 成 器M O S IM O S I 圖 22 單片機(jī)與 LCD通信 如圖 21所示為 STC89C52 單片機(jī)與液晶顯示模塊連接電路。而且液晶顯示功耗低、體積小、質(zhì)量輕、無輻射危害，與單片機(jī)連接較簡單。點(diǎn)陣式 LCD不僅可以顯示字符、數(shù)字，還可以顯示各種圖形、曲線及漢字，并且可以實(shí)現(xiàn)屏幕上下左右滾動、動畫、閃爍、文本特征顯示等功能。 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）。數(shù)碼管具有接線簡單、成本低廉、配置簡單靈活、編程容易、對外界環(huán)境要求較低、 易于維護(hù)等特點(diǎn)。 表 21為電子負(fù)載系統(tǒng)中 STC89C52的 I/O 口分配連接情況。 本設(shè)計(jì)采用 Keil 軟件實(shí)現(xiàn)其軟件部分的設(shè)計(jì)，故選擇方案二。但燒 程序就不方便 。設(shè)計(jì) 過程中 用單片機(jī)作為主控制器。 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第二章 電子負(fù)載硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 第 二 章 電子負(fù)載 硬件 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 核心處理器的 設(shè)計(jì) 核心處理器 負(fù)責(zé)控制與協(xié)調(diào)其他各個(gè)模塊工作，并進(jìn)行 簡單的數(shù)字信號處理。 控制部分采用 STC89C52 單片機(jī)來完成，設(shè)定值通過鍵盤輸入送往單片機(jī)，再通過 DA 輸出電路產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓送往 PI 控制器與實(shí)際電壓相比較，基準(zhǔn)電壓與實(shí)際電壓相比較的偏差控制 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 。 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。主要是 D/A 轉(zhuǎn)換程序、 A/D 轉(zhuǎn)換程序、電壓電流采樣程序。包括按鍵信息輸入程序和液晶顯示輸出程序等。考慮到價(jià)格、工作速度、開發(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。 故 整個(gè)設(shè)計(jì)采用方案三 。 方案 三 采用通過軟、硬件的協(xié)調(diào)配合，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)設(shè)計(jì)。方案二 通過 單片機(jī)輸出一定占空比的 PWM控制信號，控制 MOS 管的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，來獲得實(shí)際所需的工作電流、電壓。 S T C 8 9 C 5 2單片機(jī)L C D 顯 示鍵 盤D / A 轉(zhuǎn) 化 P I 調(diào) 節(jié) 器 M O S 管被 測電 源電 流 檢 測A / D 轉(zhuǎn) 化電 壓 檢 測A / D 轉(zhuǎn) 化V e r fRRU fR圖 13 方案三系統(tǒng)模塊框圖 顯 示 按鍵輸入 Atmeg A/D 轉(zhuǎn)換 PWM 控制 電流檢測 電壓檢測 功率控制 東華理工大學(xué)畢業(yè)論文（論文） 第一章 電子負(fù)載系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 5 經(jīng)過比較，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案主要靠硬件實(shí)現(xiàn)，成本較高。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。 圖 11 傳統(tǒng)的電子負(fù)載設(shè)計(jì) 東華理工大學(xué)畢業(yè)論文（論文） 第一章 電子負(fù)載系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 4 圖 12 方案二系統(tǒng)設(shè)計(jì)模塊 方案三：為便于控制的實(shí)現(xiàn)和功能的擴(kuò)展， 如 圖 13 所示 為新型電子負(fù)載設(shè)計(jì)系統(tǒng)模塊框圖 。單片機(jī)輸出一定占空比的 PWM控制信號，控制功率電路 MOS 管的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，來獲得實(shí)際所需的工作電流、電壓。 方案二： 如 圖 12 所示， 采用了單片機(jī)作為核心控制器，設(shè)計(jì)了 AD 電壓電流檢測電路、鍵盤電路、液晶顯示電路和驅(qū)動電路， ATmegal6 單片機(jī)為核心處理器。 設(shè)計(jì)出最大功率為 100W，電流 O 一 20A，電壓 O一 50V 的直流電子負(fù)載。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 根據(jù)電子負(fù)載的原理， 設(shè)計(jì) 出 實(shí)現(xiàn) 恒流 模式下 的 電子負(fù)載 ：能夠檢測被測 電壓型電源的電流、電壓及功率并由液晶顯示。 本電子負(fù)載機(jī)實(shí)現(xiàn)了在恒流模式下一定范圍內(nèi)的正常工作， PI 調(diào)節(jié)器的基準(zhǔn)電壓由單片機(jī) D/A轉(zhuǎn)換輸出。另外 , 負(fù)載可以模擬電池的端電壓 , 故也可以使用于測試電池充電器。 （ 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。 在定電阻模式中 , 電子負(fù)載將吸收與輸入電壓成線性的負(fù)載電流。 （ 2） 恒定電阻方式 此種狀態(tài)下，負(fù)載如純電阻，吸收與電壓成線性正比的電流。定電流模式能用于測試電壓源及 AD/ DC電源的負(fù)載調(diào)整率。 （ 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(fù)載將根據(jù)設(shè)定值來吸收電流。 電子負(fù)載的原理是控制內(nèi)功率 MOSFET 或晶體管的導(dǎo)通量 （占空比）， 靠功率管的耗散功率消耗電能的設(shè)備 ，它能夠準(zhǔn)確檢測出負(fù)載電壓 ,精確調(diào)整負(fù)載電流 ,同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)模擬負(fù)載短路 ,模擬負(fù)載是感性阻性和容性 ,容性負(fù)載電流上升時(shí)間。因此，電子負(fù)載的研究具有廣闊的市場和廣泛的應(yīng)用前景。電子負(fù)載分為直流電子負(fù)載和交流電子負(fù)載，由于電子負(fù)載的應(yīng)用 方面 問題， 直流電子負(fù)載應(yīng)用比較廣泛， 本文主要介紹直流電子負(fù)載。 電子負(fù)載可以模擬真實(shí)環(huán)境中的負(fù)載（用電器）。交流電子負(fù)載是可以模擬傳統(tǒng)真實(shí)阻抗負(fù)載的電力電子裝置，它能模擬一個(gè)固定或變化的負(fù)載，甚至將試驗(yàn)的電能反饋回電網(wǎng)，其設(shè)計(jì)初衷是交流電源出廠試驗(yàn)。單片機(jī)技術(shù)與變換器電路的密切結(jié)合還使得電子負(fù)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。最初在實(shí)驗(yàn)室，利用電力電子器件的特性，通過分析等值電路，用電力電子元件搭建電子電路來模擬負(fù)載，可以實(shí)現(xiàn)定電阻、定電壓等特性。 從電源類型來看，電子負(fù)載可分為直流電子負(fù)載和交流電子負(fù)載兩種。 而傳統(tǒng)的電源檢測技術(shù)面臨著極大的挑戰(zhàn)。 隨著電力電子技術(shù)的、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展，為電源檢測技術(shù)帶來了革命性的變化。 DA conversion 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目 錄 目 錄 緒 論 ................................................................. 1 第一 章 電子負(fù)載系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 .............