【正文】 rds: ELOAD, SingleChip(MCU), Analog to Digital Convertor,Digital to Analog Convertor，PWM。 關鍵詞 ： 電子負載； 單片機（ MCU）；數模（ D/A）； PWM。 本 系統(tǒng)主要以 89C51 單片機 為 控制 核心； 設計恒流方式的電子負載，即無論電壓如何變化，流過該電 子負載的電流恒定，且電流值可設定。 而傳統(tǒng)的電源檢測技術面臨著極大的挑戰(zhàn)。摘要 摘 要 隨著電力電子技術的、計算機技術和自動控制技術的迅速發(fā)展，為電源檢測技術帶來了革命性的變化。由于 鐵道電氣化供電、電氣牽引、信號控制、無線通信、計算機指揮調度中心及家庭日常生活等應用領域都在大量應用各種各樣的電源， 因此人們 對電子負載的需求越來越多，對其性能要求也越來越高。為準確檢測電源的可靠性和帶載能力，因此把電力電子技術和微機控制技術有機地結合起來，實現(xiàn)電源的可靠檢測。 包括控制電路 (MCU)、驅動 隔離 電路 (PWM 波 )、 主電路、 采樣電路、顯示電路等 ； 能夠檢測被測電源的電流值、電壓值；各個參數都能直觀的在數碼管上顯示。 Abstract Abstract With the power electronics technology, puter technology and the rapid development of automatic control technology for power detection technology brings revolutionary change. As the railway electrification power supply, electric traction, signal control, wireless munication, puter and family life control center applications such as a large number of applications in a variety of power supply, so people need more and more electronic load on performance requirements are also increasing. The traditional power detection is facing a great challenge. For the accurate detection of power supply reliability and load capacity, so the power electronics technology and puter control technology bined anically to achieve reliable detection of power supply. System mainly 89c51 microcontroller to control the core。 目錄 目 錄 摘要 ........................................................................ I Abstract ................................................................... II 1 電子負載的原理及概述 ...................................................... 1 電子負載的意義 ....................................................... 1 電子負載的工作方式 ................................................... 1 恒定電流方式 ................................................... 1 恒定電阻方式 ................................................... 2 恒定電壓方式 ................................................... 2 在本設計 中要做的主要任務 ............................................. 3 2 系統(tǒng)硬件設計 .............................................................. 4 電子負載設計模塊方框圖 ............................................... 4 單片機學習應用的六大重要部分 ......................................... 4 AT89C51 單片機的應用 ................................. 錯誤 !未定義書簽。 AT89C51 各引腳圖及各管腳功能 ................... 錯誤 !未定義書簽。 傳統(tǒng)的測試方法中一般都采用電阻、滑線變阻器、電阻箱等充當測試負載 ， 但這些負載不能滿足我們對負載多方面的要求 ， 如 ：恒定電流的負載 ； 帶輸出接口的負載 ； 隨意調節(jié)的負載、恒功率 的負載、動態(tài)負載 ； 多輸出端口的負載等。 電子負載的意義 電子負載即電子負荷。電子負載能消耗電能 ， 使之轉化成熱能或其它形式的能量。但實際應用中 ， 負載形式就較為復雜 ， 如動態(tài)負載 ， 消耗功率是時間函數 ， 或電流、電壓是動態(tài)的 ， 也可能是恒定電流、恒定電阻、恒定電壓 ， 不 同峰值系數 (交流情況下 )， 不同功率因數或瞬時短路等。它能替代傳統(tǒng)的負載 ，如電阻箱、滑線變阻器、電阻線、電感、電容等。 電子負載的工作方式 直流電子負載可以具備恒定電流、恒定電阻、恒定電壓、動態(tài)負載及短路負載等工作方式。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 , 電子負載將根據設定值來吸收電流。定電流模式能用于測試電壓源及AD/ DC電源的負載調整率。 圖 1－ 1 電子負載的恒定電流工作方式 恒定電阻方式 此種狀態(tài)下 ， 負載如純電阻 ， 吸收與電壓成線性正比的電流 。 圖 12為恒阻方式連接圖和外特性圖 , 在定電阻模式中 , 電子負載將吸收與輸入電壓成線性的負載電流。 圖 1－ 2 電子負載的恒定電阻工作方式 恒定電壓方式 圖 1－ 3為電子負載與被測電源連接圖和外特性圖。 定電壓模式能被使用于測試電源的限流特性。 圖 1－ 3 電子負載的恒定電壓工作方式 河北工程大學畢業(yè)設計說明書 在本設計中要做的主要任務 ⑴ 設計 電壓采樣硬件電路 HCPL－ 7840 芯片是 HP公司出品的雙直插 8 腳封裝的集成隔離放大器，它有優(yōu)越的性能，像 CMRR、失調電壓、非線性度、工作溫度范圍和工作電壓等都有嚴格的指標。 5%的增益容忍度和 %的線性度，為精確的負反饋和控制進一步提供性能需求。 它能夠傳輸模擬信號的線性光耦，對主電路和控制電路進行隔離，這樣可避免電源噪聲或電磁干擾的影響，避免電流功率電路對控制電路的損害。其輸入范圍為： 250mv～＋ 250mv；對應輸出為 0～４Ｖ；電子負載電流輸入范圍是０～５Ａ；選用０ .０４Ω采樣電阻 ⑶ 設計 功率驅動 電路 。 HCPL4504 系列同時保證了傳送延遲差異的最小化（ tPLHtPHL）。 HCPL4504 的電流轉換率﹑傳送延遲和共模抑制被規(guī)定為同時符合便于應用的 TTL 和 IPM。內含過流、過熱和過載保護電路。雖然是固定穩(wěn)壓電路，但使用外接元件，可獲得不同的電壓和電流。輸出電壓有： 5V。短路保護 。 顯 示 按鍵輸入 單 片 機 A/D 轉換 PWM 控制 電流檢測 電壓檢測 功率控制 河北工程大學畢業(yè)設計說明書 圖 23 HCPL7805 原理圖 圖 24 電源原理圖 A/D 轉換器接口 ADC0809 ⑴性能特點 ADC0809 是一種 8 路模擬輸入的 8 位逐次逼近式 A/D 轉換器，為 CMOS 型單芯片器件。 轉換結果通過三態(tài)輸出鎖存器輸出，因此可以直接與系統(tǒng)數據總線相連。 圖 25 ADC0809引腳圖 ADC0809 各引腳功能如下： IN0～ IN7 八路模擬量輸入端。 START 為啟動信號輸人端，高電平有效。 河北工程大學畢業(yè)設計說明書 ALE 為地址鎖存控制信號，由低電平至高電平的正跳變將通道地址鎖存至地址鎖存器。 EOC 為轉換結束信號，轉換結束為高電平，可作中斷請求信號。 ⑶ ADC0809 與 AT89S51 接口設計如圖所示。這樣只需占用單片機的一個口，就可以動態(tài)顯示 8位 LED 數碼管，大大減少了對單片機管腳的占用。 河北工程大學畢業(yè)設計說明書 圖 27 74LS13 4543外形封裝 數碼管選用四位一體的四聯(lián)數碼管，其外形及內部線路如圖所示： 圖 28 四聯(lián)數碼管外形及內部連 電壓、電流采樣 電壓采樣 HCPL－ 7840 芯片是 HP公司出品的雙直插 8 腳封裝的集成隔離放大器，它有優(yōu)越的性能，像 CMRR、失調電壓、非線性度、工作溫度范圍和工作電壓等都有嚴格的指標。 5%的增益容忍度和 %的線性度，為精確的負反饋和控制進一步提供性能需求。 它能夠傳輸模擬信 號的線性光耦，對主電路和控制電路進行隔離，這樣可避免電源噪聲或電磁干擾的影響，避免電流功率 如圖： 7840 的腳 腳 8分別為兩組 +5V 電源的正端 VDD1 和 VDD2；腳 4和腳 5 為+5V電源地 GND1 和 GND2；腳 2為 VIN+、腳 3 為 VIN、腳 7 和腳 6分別為 VOUT+和 VOUT。其輸入范圍為： 250mv～＋ 250mv；對應輸出為 0～ 4Ｖ；電子負載電流輸入范圍是 0～ 5Ａ；選用 。 ⑴ MOS 型場效應管的特點 ①柵極控制功率小。但其值甚小，所以柵極的輸入功率也很小。所以同樣功率的管子， MOS 型的開關速度要比雙極型管子快得多。 ④ MOS 管子不像雙極型管子那樣存在明顯的二次擊 穿現(xiàn)象，所以在中、低壓情況下，其工作的可靠性要高 — 些。 ⑵ MOS 型場效應管的輸出特性曲線 MOS 型場效應管的輸出特性曲線如圖所示；其內部結構如圖所示。 MOSFET 場效管 IRFP254 參數： ①漏極－源極擊穿電壓 Vdss=250V； ②靜態(tài)導通電阻 Rds(on)=? ； ③漏源連續(xù)導通電流 Id=23A。以下對應用到的運放功能作進一步介紹。圖中 R1為輸入隔離電阻， Rf 為負反饋電阻，Rp為平衡電阻。 Rw 為調零電位器。代入電阻數值，電路的 Avf 值為 100。 電路的輸入電阻為 R1，若要保證電路放大倍數足夠大，則 Rf值勢必要相應的增大。所以基本反相放大器只適用于輸入阻抗要求不高的場合。 為減少 輸入基極電流造成的誤差，應使平衡電阻 Rp 等于 R1和 Rf 的并聯(lián)。 ⑵集成運放基本同相放大電路應用 河北工程大學畢業(yè)設計說明書 圖 218 運放基本同相放大電路 ① 圖 218 為運放基本同相放大電路。 ② 電路的調整方法和注意事項 將輸入端接地，調整調零電位器 R4，使輸出電壓為零。也就是說，同相放大器的輸入信號不得超過運放的輸入共模電壓范圍。 ⑶集成運放基本差動放大電路應用 ①實用中往往用差動放大器來放大來自傳感器的微弱電信號。 圖 219 運放差動放大電路 ②電路的調整方法和注意事項： 河北工程大學畢業(yè)設計說明書 將兩個輸入端均接地，調整調零電位器使輸出電壓為零。 輸入的共模信號不得超過所用運放的輸入共模電壓范圍。使用中應盡量使信號源內阻對兩個輸入端都相等，否則將降低電路抑制共模的能力。 系統(tǒng)保護電路的設計 電子負載在應用過程中，由于測試的電源有可能是高電壓大電流的電源，若設計欠缺，過壓、過流和過熱，均容易造成系統(tǒng)硬件損壞。下面將介紹此系統(tǒng)的保護電路。所以有必要設計一種電路，限定DAC0832 輸出控制電壓的最高上限。 圖 220 過流保護電路 河北工程大學畢業(yè)設計說明書 過壓、短路保護 當電源的輸出電壓超過其最大的限定電壓時 , 電源會將其輸出關閉 , 稱之為過電壓保護。過電壓保護功能對于一些對電壓敏感的負載特別重要 , 如 : CPU、存儲器、邏輯電路等。 當電源的輸出短路時 , 則電源應該限制其輸出電流或關閉其輸出 ,以避免損壞。電子負載可采用短路測試鍵來模擬短路負載 ,可以直接測量其短路時的輸出電壓及電流。對復雜的問題進行具體分析，找出合理的計算方法及適當的數據結構。畫程序框圖可以把算法和解題步驟逐步具體化，以減少出錯