【正文】 現(xiàn) D/A 轉(zhuǎn)換的理論分析 應(yīng)用周期一定而高低電平的占空比可以調(diào)制的 PWM 方波信號，實現(xiàn) PWM 信號到 D/A 轉(zhuǎn)換器的理想方法是：采用模擬低通濾波器濾掉 PWM 輸出的高頻部分，保留低頻的直流分量，即可得到對應(yīng)的 D/A 轉(zhuǎn)換輸出，低通濾波器的帶寬決定了 D/A 轉(zhuǎn)換器的帶寬的范圍。當(dāng)對其進(jìn)行積分或低通濾波后，便可獲得與其脈沖寬度呈正比的模擬電壓，于是將該電壓作為試探值與被測模擬量進(jìn)行比較便可獲得與被測模擬量相對應(yīng)的 PWM 值或數(shù)字量。例如 ,采樣和保持就利用一個電路連接完成 ,量化和編碼也是在轉(zhuǎn)換過程同時實現(xiàn)的 ,且所用時間又是保持時間的一部分。編碼是將量化后的信號編碼成二進(jìn)制代碼輸出 。要把一個采樣輸出信號數(shù)字化 ,需要將采樣輸出所得的瞬時模擬信號保持一段時間 ,這就是保持過程。采樣就是將一個連續(xù)變化的信號 x (t) 轉(zhuǎn)換成時間上離散的采樣信號 x (n) 。這就能夠通過單片機(jī)的 PWM 輸出，再加上簡單的外圍電路及對應(yīng)的軟件設(shè)計，實現(xiàn)對 PWM 的信號處理，得到穩(wěn)定，精確的模擬輸出，以實現(xiàn) D/A 轉(zhuǎn)換，這將大大降低電子設(shè)備的成本， 6 減小體積，并容易提高精度。 圖 22 PIC18F4520引腳 圖 數(shù)模與模數(shù) 轉(zhuǎn)換 方法 1:利用 A/D 轉(zhuǎn)換器和 D/A 轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn) 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換，具有 高速、低功耗、高性能 ，的特點，但價格昂貴，增加電路體積。 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計 電子負(fù)載設(shè)計模塊方框圖 控制器恒 流 電 路電 壓 電 流 檢 測鍵盤與顯示被 測電 源設(shè) 備?+功 率器 件直 流 電 子 負(fù) 載 圖 2－ 1 電子負(fù)載設(shè)計模塊 方框圖 pic18f4520 單片機(jī)性能特點 一、高性能 RISC CPU C 編譯器優(yōu)化體系結(jié)構(gòu) /指令設(shè)置； 兼容 PIC16 和 PIC17 指令源代碼； 高達(dá) 2MB 的程序存儲器； 高達(dá) 4KB 的數(shù)據(jù)存儲器； 二、優(yōu)越的外圍功能模塊特征 最大拉 /灌電流可達(dá) 25mA； 3 個外部中斷引腳； 4 個定時器 TMR0、 TMR TMR TMR3； 捕捉 /比較 /脈寬調(diào)制（ CCP）模塊 /增強(qiáng)型 CCP 模塊； 兩種工作方式的主同步串行通訊（ MSSP）： ① SPI 主控方式（支持所有 4 種 SPI 工作模式）； ② I2C 主控 /從動方式； 可尋址的 USART 模塊：支持 RS485 和 RS232 串口 ,并行從動口模式 ,支持中斷支持位?？? 4 而言之，智能化的可編程器件的充分使用使得整個系統(tǒng)可編程、可擴(kuò)展，系統(tǒng)的靈活性大大增加。 A/D 對實際電壓電流的反饋有利于單片機(jī)智能的對輸出值進(jìn)行修正，這是方案一所不具備的。電路中含有的運(yùn)算放大器具有很大的電源電壓抑制化，可以大大減小輸出端的紋波電壓。 通過電流電壓采樣使單片機(jī)輸入到主電路 PWM 變化 ， 達(dá)到題目要求 。較好的解決了方案一因手動操作所引出的一系列弊端。 圖 14 基于單片機(jī)的數(shù)控直流電子負(fù)載的原理圖 此方案控制核心采用 pic18f4520單片機(jī)。同時電路元件的利用率底下且電路本身規(guī)模龐大也是其弊端。電路的輸出有兩個。但是電路中的恒壓恒流部分仍然相對獨立，技術(shù)含量較低。同時，系統(tǒng)的擴(kuò)展性較差也是其弊端。開環(huán)的控制方式不利于精度的調(diào)節(jié)和操作的簡化。該方案采用了諸多的精密器件（如精密金屬膜電阻）以獲得足夠高的精度，但卻采用了手動調(diào)節(jié)的方式，顯然是得不償失。 總體設(shè)計方案 方案論證及比較 方案一：基于 手動調(diào)節(jié)的直流電子負(fù)載 基于手動調(diào)節(jié)的直流電子負(fù)載的原理圖如 圖 12： 圖 12 手動調(diào)節(jié)的直流電子負(fù)載的原理圖 本方案由于電路設(shè)計的問題，對電子負(fù)載恒流恒壓的控制是依靠對電阻手動調(diào)節(jié)來實現(xiàn)的。 （ 3） 具有過壓保護(hù)功能，過壓閾值電壓為 18V177。還要求 CC工作模式具有開路設(shè)置，相當(dāng)于設(shè)置的電流值為零。 圖 1－ 1 電子負(fù)載的恒定電流工作方式 （ 1） 恒流（ CC）工作模式的電流設(shè)置范圍為 100mA～ 1000mA ，設(shè)置分辨率為 10mA，設(shè)置精度為177。 恒定電流方式 圖 1－ 1是電子負(fù)載與被測電源的連接圖和外特性圖。它能替代傳統(tǒng)的負(fù)載，如電阻箱、滑線變阻器、電阻線、電感、電容等。但實際應(yīng)用中，負(fù)載形式就較為復(fù)雜，如動態(tài)負(fù)載，消耗功率是時間函數(shù)，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(shù) (交流情況下 )，不同功率因數(shù)或瞬時短路等。電子負(fù)載能消耗電能，使之轉(zhuǎn)化成熱能或其它形式的能量。 電子負(fù)載的意義 電子負(fù)載即電子負(fù)荷。 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(dāng)測試負(fù)載 ， 但這些負(fù)載不能滿足我們對負(fù)載多方面的要求 ， 如 ： 恒定電流 的負(fù)載 ； 帶輸出接口的負(fù)載 ； 隨意調(diào)節(jié)的負(fù)載、恒功率的負(fù)載、動態(tài)負(fù)載 ； 多輸出端口的負(fù)載等。 II 目 錄 摘要 ....................................................................... II 1電子負(fù)載的原理及概述 ...................................................... 1 電子負(fù)載的意義 ....................................................... 1 電子負(fù)載的工作方式 ................................... 錯誤 !未定義書簽。 包括控制電路 (MCU)、驅(qū)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(shù)都能直觀的在 液晶屏 上顯示。為準(zhǔn)確檢測電源的可靠性和帶載能力，因此把電力電子技術(shù)和微機(jī)控制技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來，實現(xiàn)電源的可靠檢 測。 在這個電力電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和自動控制技術(shù) 迅速發(fā)展 的時代 ，電源檢測技術(shù) 產(chǎn)生 了革命性的變化 ， 人們對電子負(fù)載的需求越來越多，對其性能要求也越來越高。 I 本科大學(xué)生電子設(shè)計競賽論文 題目 ： 簡易直流電子負(fù)載 II 摘要 系統(tǒng)設(shè)計了一種以具有高精度的直流電子負(fù)載。其主要由單片機(jī)控制模塊、電子負(fù)載模塊、頻率切換模塊、采樣模塊、顯示模塊和電源模塊構(gòu)成。 而傳統(tǒng)的電源檢測技術(shù)面臨著極大的挑戰(zhàn)。 本 系統(tǒng)主要以 pic18f4520 單片機(jī) 為 控制 核心； 設(shè)計恒流方式的電子負(fù)載， 當(dāng) 電壓變化 時 ，流過該電子負(fù)載的電流 基本 恒定，且電流值可設(shè)定。 關(guān)鍵詞 ： 電子負(fù)載； 單片機(jī)（ MCU）；數(shù)模（ D/A）； 模數(shù)（ A/D）； PWM。 在本設(shè)計中要做的主要任務(wù) ............................................. 1 總體方案設(shè)計 ......................................................... 2 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計 .............................................................. 4 電子負(fù)載設(shè)計模塊方框圖 ............................................... 4 pic18f4520 單片機(jī)的應(yīng)用 .............................................. 4 數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換 ....................................................... 5 A/D 轉(zhuǎn)換 ......................................................... 6 D/A 轉(zhuǎn)換 ......................................................... 6 系統(tǒng)模塊顯示 ......................................................... 8 ............................................................. 8 電流采樣 ......................................................... 8 電壓采樣 ........................................................ 10 MOSFET 場效應(yīng)管的應(yīng)用 ........................................... 10 集成運(yùn)放的應(yīng)用 .................................................. 11 過壓、短路保護(hù) ...................................................... 13 3 系統(tǒng)軟件設(shè) 計 ............................................................. 13 程序設(shè)計概述 ........................................................ 13 電子負(fù)載程序設(shè)計流程圖 .............................................. 13 結(jié)論 ....................................................................... 18 參考文獻(xiàn) ................................................................... 19 附錄 1：電子負(fù)載程序設(shè)計 ................................................... 21 附錄 2：原理圖 ............................................................. 38 1 1 電子負(fù)載的原理概述及方案確定 在電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域 ,經(jīng)常要對開關(guān)電源、線性電源、 UPS 電源、變壓器、整流器、電池、充電器等電子設(shè)備進(jìn)行測試 ，如何對其輸出特性進(jìn)行可靠、全面且比較簡單、快捷的測試 ，一直是儀表測試行業(yè)研究的問題。現(xiàn)在有一種新型多功能的電子負(fù)載 ， 可據(jù)實際應(yīng)用中對負(fù)載特性的要求進(jìn)行設(shè)置 ， 滿足了我們對負(fù)載的各種要求 ， 解決了開發(fā)研制測試中的困難。凡是能夠消耗能量的器件 ,可以廣泛地稱為負(fù)載。靜態(tài)的電子負(fù)載可以是電阻性 (如功率電阻、滑線變阻器等 ) 、電感性、電容性。電子負(fù)載就是在實際應(yīng)用中負(fù)載比較復(fù)雜的情況下而設(shè)計生產(chǎn)的測試設(shè)備。尤其對吸收恒定電流或以恒定電壓吸收電流，或電壓電流都要在設(shè)定范圍突變等傳統(tǒng)方法不能解決的領(lǐng)域里，更能顯示出優(yōu)越性能。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 。 1%。 （ 2） 在恒流（ CC）工作模式下，當(dāng) 電子負(fù)載兩端電壓 變化 10V 時，要求輸出電流變 2 化的絕對值 小于變化前電流值的 1％ 。 。而單片機(jī)對電阻的調(diào)節(jié)的實現(xiàn)相對較為復(fù)雜，因此這里并沒有采用單片機(jī)為控制核心，只是將其應(yīng)用于顯示模塊當(dāng)中。而且高精度的器件的價格昂貴、數(shù)量稀少、不易采購。電路 中恒流恒壓部分相對獨立，技術(shù)含量較低且元器件的利用率較低。 方案二：基于單片機(jī)的恒壓恒流電路分離的電子負(fù)載 基于單片機(jī)的恒壓恒流電路分離的電子負(fù)載原理圖如 圖 13： 3 圖 13 基于單片機(jī)的恒壓恒流電路分離的電子負(fù)載原理圖 本方案采用了單片機(jī)控制整個系統(tǒng)，操作變得簡單明了。兩部分電路分別受單片機(jī)的控制。這為測量帶來了不 便 。 方案三：基于單片機(jī) 的數(shù)控直流電子負(fù)載 基于單片機(jī)的數(shù)控直流電子負(fù)載的原理圖如圖 14所示。操作時只需通過程序就能實現(xiàn) 恒流值的調(diào)節(jié) ，電流采樣 及顯示。方案中所