自動(dòng)化畢業(yè)論文基于單片機(jī)的直流電子負(fù)載設(shè)計(jì)(硬件)

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　基于單片機(jī)的直流電子負(fù)載設(shè)計(jì)(硬件)</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí)

2、自動(dòng)化 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p>　　學(xué)士學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明</p>

3、;<p>　　本人聲明，所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立完成的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含法律意義上已屬于他人的任何形式的研究成果,也不包含本人已用于其他學(xué)位申請(qǐng)的論文或成果。對(duì)本文的研究作出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式表明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。</p><p>　　作者簽名： 日期：

4、 年 月 日</p><p>　　學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書</p><p>　　本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)南昌航空大學(xué)科技學(xué)院可以將本論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。</p>&l

5、t;p>　　作者簽名： 日期： 年 月 日</p><p>　　導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日</p><p>　　基于單片機(jī)的直流電子負(fù)載設(shè)計(jì)（硬件）</p><p>　　摘要：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，靠功率

6、管的耗散功率消耗電能的設(shè)備，它的基本工作方式有恒壓、恒流、恒阻、恒功率這幾種。</p><p>　　本設(shè)計(jì)從直流電子負(fù)載系統(tǒng)方案分析入手，詳細(xì)討論了整個(gè)系統(tǒng)的硬件電路和軟件實(shí)現(xiàn)，并給出較為合理的解決方案。論述了直流電子負(fù)載的設(shè)計(jì)思路和過程。為便于控制的實(shí)現(xiàn)和功能的擴(kuò)展，采用了STC89C52單片機(jī)作為核心控制器，可實(shí)現(xiàn)以下功能：電子負(fù)載有恒壓和恒流兩種模式，可手動(dòng)切換。恒壓模式時(shí)，電子負(fù)載端電壓保持恒定，且可設(shè)定

7、，流入電子負(fù)載的電流隨被測(cè)直流電源的電壓變化而變化。恒流方式時(shí)不論輸入電壓如何變化（在一定范圍內(nèi)），流過該電子負(fù)載的電流恒定，且電流值可設(shè)定。A/D模塊接受電路電壓和電流模擬信號(hào)，轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)液晶模塊同步顯示電壓電流。設(shè)計(jì)了D/A輸出控制電路、A/D電壓電流檢測(cè)電路、鍵盤電路、顯示電路和驅(qū)動(dòng)電路，通過軟、硬件的協(xié)調(diào)配合，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)設(shè)計(jì)；能夠檢測(cè)被測(cè)電源的電流值，電壓值；各個(gè)參數(shù)都能直觀的在數(shù)碼管上顯示。</p>&l

8、t;p>　　關(guān)鍵詞：電子負(fù)載,恒壓,恒流,單片機(jī)</p><p><b>　　指導(dǎo)老師簽名:</b></p><p>　　Design based on MCU DC electronic load（Hardware）</p><p>　　Abstract: The principle of electronic load is cont

9、rol of transistors inside power MOSFET or the guide flux of power tube, it is a consumption power equipment which depends on the dissipation power of tube, there are four basic working ways that persistence pressure, con

10、stant current, the constant resistance, constant power .</p><p>　　This design start with the analysis of DC electric load system solutions, it discussed the realization of the whole system hardware circuit a

11、nd software in detail, and give a reasonable solution. Discusses the design idea and process of DC electronic load. In order to realize the control and the expansion of function conveniently, we adopted the STC89C52 micr

12、ocontroller as the core controller, Can achieve the following functions: Electronic load with constant voltage and constant current two mod</p><p>　　Keywords: electronic load , constant voltage mode ,</p&

13、gt;<p>　　constant-current pattern , MCU</p><p>　　Signature of Supervisor: </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　2 總體方案

14、論證與設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求3</p><p>　　2.2 電子負(fù)載工作原理3</p><p>　　2.3 總體方案設(shè)計(jì)論證4</p><p>　　2.4 系統(tǒng)具體設(shè)計(jì)方案6</p><p>　　3 電子負(fù)載系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 核

15、心處理器設(shè)計(jì)7</p><p>　　3.2 鍵盤輸入模塊設(shè)計(jì)8</p><p>　　3.3 顯示模塊的設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.4 A/D轉(zhuǎn)換電流電壓采樣電路模塊設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.5 D/A轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.6 電流取樣PI控制器等組成的負(fù)反饋控制模塊

16、16</p><p>　　3.7 電源電路的設(shè)計(jì)19</p><p>　　3.8 總體電路介紹21</p><p><b>　　4 總結(jié)</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)24</b></p><p><b>　　致謝25</b>

17、</p><p><b>　　附錄A26</b></p><p><b>　　附錄B28</b></p><p>　　基于單片機(jī)的直流電子負(fù)載設(shè)計(jì)（硬件）</p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　在我們的生活中有很多個(gè)領(lǐng)域

18、中都需要用到負(fù)載測(cè)試，如蓄電池放電試驗(yàn)以及購買電池、充電電源試驗(yàn)、電源時(shí)等都需要負(fù)載測(cè)試。如今，國外國內(nèi)對(duì)這些試驗(yàn)基本上都是利用傳統(tǒng)方來進(jìn)行的。</p><p>　　在電路中，用來吸收電源供應(yīng)器輸出的電能量的裝置叫做負(fù)載，它將電源供應(yīng)器輸出的電能量吸收后并轉(zhuǎn)化為其他的形式的能量?jī)?chǔ)存或者消耗掉。隨著電力電子、計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制等技術(shù)的飛快發(fā)展，帶來了電源檢測(cè)技術(shù)革命性的變化。由于在我們生活當(dāng)中有很多應(yīng)用領(lǐng)域都在大量應(yīng)

19、用各種的電源，正因?yàn)槿绱穗娮迂?fù)載在我們的生活中也就是必不可少的，然而對(duì)負(fù)載的要求也隨著越來越嚴(yán)謹(jǐn)了。然而傳統(tǒng)電源檢測(cè)技術(shù)就面臨著巨大的挑戰(zhàn)。為了準(zhǔn)確的檢測(cè)電源的可靠性和帶載能力等，因此工程師們就把微機(jī)控制技術(shù)和電力電子技術(shù)巧妙地結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)電源的可靠檢測(cè)。</p><p>　　電子負(fù)載可以分為兩種：直流電子負(fù)載和交流電子負(fù)載。在這兩種負(fù)載中直流電子負(fù)載在人們生活中被用的時(shí)間更長，分布也更加廣泛。在實(shí)驗(yàn)室中，最初

20、是利用電力電子器件特性，再通過分析其等值電路，用電力電子元器件構(gòu)建電子電路用來實(shí)現(xiàn)模擬負(fù)載，其可以實(shí)現(xiàn)定電流、定電壓等特性。隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)電子負(fù)載需求更加廣泛，從而發(fā)展到把單片機(jī)技術(shù)和電子負(fù)載相結(jié)合，慢慢地就實(shí)現(xiàn)了定電壓定電流模式和可編程模式。單片機(jī)技術(shù)和變換器電路巧妙地結(jié)合還使得電子負(fù)載可以工作在其它多種模式下如定功率模式、動(dòng)態(tài)電阻模式和短路模式等等。</p><p>　　隨著一些晶體管等主要開關(guān)器件的

21、出現(xiàn)以及電力電子變換器拓?fù)涞陌l(fā)展，因?yàn)樽儞Q器能夠更好的將一種電能變換為另一種或者多種形式的電能，使得交流電子負(fù)載也得到了更好的實(shí)現(xiàn)。我們一般都把可以模擬真實(shí)環(huán)境下的負(fù)載叫做電子負(fù)載。它的功能有恒流、恒壓等這些功能，基本上所有的電源廠家都會(huì)用到，也必須有。</p><p>　　在本文中主要的介紹了基于單片機(jī)上的直流電子負(fù)載?，F(xiàn)在的這些電子負(fù)載和以前傳統(tǒng)的負(fù)載相比，直流電子負(fù)載具有開發(fā)成本小，工作效率更高，且更加的節(jié)

22、能環(huán)保，并且體積比較小，重量較輕等等這些優(yōu)點(diǎn)。隨著社會(huì)的進(jìn)步，人們對(duì)電子負(fù)載的需求也會(huì)越來越多，對(duì)電子負(fù)載的性能質(zhì)量等都會(huì)有更高要求，也因?yàn)殡娮迂?fù)載具有傳統(tǒng)負(fù)載達(dá)不到的優(yōu)點(diǎn)，相信在以后的社會(huì)中它的應(yīng)用范圍會(huì)更加的廣泛，電子負(fù)載也會(huì)被更多的使用在越來越多的地方，會(huì)變得更加普遍。所以，對(duì)于研究單片機(jī)的直流電子負(fù)載是有很大的市場(chǎng)前景的，具有極具廣闊的研究意義的。</p><p>　　2 總體方案論證與設(shè)計(jì) </

23、p><p>　　2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求</p><p>　　直流電子負(fù)載是用來測(cè)試直流穩(wěn)壓電源、蓄電池等電源的性能。在本設(shè)計(jì)中要求設(shè)計(jì)和制作一臺(tái)電子負(fù)載，有恒流和和恒壓兩種模式，且可手動(dòng)切換。恒流方式時(shí)不論輸入電壓如何變化（在一定范圍內(nèi)），流過該電子負(fù)載的電流恒定，且電流值可設(shè)定。工作于恒壓模式時(shí)，電子負(fù)載端電壓保持恒定，且可設(shè)定，流入電子負(fù)載的電流隨被測(cè)直流電源的電壓變化而變化。外接12V穩(wěn)壓

24、電路。</p><p><b>　　要求：</b></p><p>　　（1）負(fù)載工作模式：恒壓（CV）、恒流（CC)兩種模式可選擇。</p><p>　?。?）電壓設(shè)置及讀出范圍：1.00V~20.0V，設(shè)置精度0.1V。</p><p>　?。?）電流設(shè)置及讀出范圍：100mA~2.00A，設(shè)置精度10mA。<

25、/p><p>　　能顯示電子負(fù)載兩端的電壓和流過電子負(fù)載的電流，相對(duì)誤差小于5%。</p><p>　　2.2 電子負(fù)載工作原理 </p><p>　　電子負(fù)載的工作原理是控制內(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，它能夠可以實(shí)現(xiàn)模擬負(fù)載短路,精確的調(diào)整負(fù)載電流,同時(shí)還可以準(zhǔn)確地檢測(cè)出負(fù)載電壓,模擬負(fù)載是感性阻性和容性,容性負(fù)

26、載電流的上升時(shí)間。電子負(fù)載的基本工作方式有恒壓、恒流、恒阻這幾種。</p><p><b>　?。?）恒定電流方式</b></p><p>　　在恒定電流方式中,不管輸入的電壓怎么變化大小, 電子負(fù)載也是以其設(shè)定的額定值來吸收電流的。</p><p>　　如果設(shè)定的電流為150mA，被測(cè)的電壓是在2V～15V之間變化的話，當(dāng)你調(diào)節(jié)被測(cè)電壓的值時(shí)

27、， 此時(shí)負(fù)載值是可以變的，但是負(fù)載上的電流值也應(yīng)改是維持在150mA不變。恒定電流方式可以用在測(cè)試電壓源的負(fù)載調(diào)整率。負(fù)載調(diào)整率是電源可以在負(fù)載變化的情況下還可以穩(wěn)定的輸出電壓的一種能力。是電源輸出電壓偏差率的百分比。</p><p><b>　?。?）恒定電阻方式</b></p><p>　　在恒定電阻這種方式中，吸收與電壓形成線性正比的電流，負(fù)載就如電阻一般。但是

28、這種方式只適用在電流源啟動(dòng)，測(cè)試電壓源和限流特性?！?lt;/p><p>　　在恒定電阻方式中,當(dāng)輸入電壓在2～115V變化時(shí), 若負(fù)載設(shè)定為0.5kΩ, 電流變化則為20～200mA。電子負(fù)載將吸收與輸入電壓成線性的負(fù)載電流。</p><p><b>　?。?）恒定電壓方式</b></p><p>　　定電壓模式能被使用于測(cè)試電源的限流特性。在恒

29、定電壓方式下電子負(fù)載將吸收足夠的電流來控制電壓使其達(dá)到設(shè)計(jì)的值。另外, 負(fù)載也可以模擬電池的端電壓, 所以也可以使用在測(cè)試電池充電器中。</p><p>　　在本直流電子負(fù)載設(shè)計(jì)中PI調(diào)節(jié)器的基準(zhǔn)電壓由單片機(jī)D/A轉(zhuǎn)換輸出。實(shí)現(xiàn)了在恒流恒壓模式在下一定范圍內(nèi)的正常工作，用A/D轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)連接把電路中電壓電流的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后用液晶顯示方式顯示出即時(shí)的電壓電流。</p><p&g

30、t;　　2.3 總體方案設(shè)計(jì)論證</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)要求，得出以下三種方案：</p><p>　　方案一：如圖2.1所示，利用傳統(tǒng)的電子負(fù)載設(shè)計(jì)方式，通過比較器P2的比較結(jié)果后反饋控制MOSFET的柵極電壓從而達(dá)到控制作用。</p><p>　　圖2.1 傳統(tǒng)的電子負(fù)載設(shè)計(jì)</p><p>　　方案二：如圖2.2所示，是用了單片機(jī)

31、作為核心處理器，設(shè)計(jì)了電壓電流檢測(cè)電路、A/D轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊、鍵盤輸入模塊和PWM控制模塊。MOS管電路為電子負(fù)載主電路，鍵盤、LCD和串口通訊實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。獲得實(shí)際所需的工作電流和電壓利用單片機(jī)輸出一定占空比的PWM控制信號(hào)，控制功率電路MOS管的導(dǎo)通和關(guān)斷的時(shí)間。電路中通過A/D采集到單片機(jī)，與預(yù)置值相比較，檢測(cè)電路為電壓和電流負(fù)反饋回路，作為單片機(jī)進(jìn)一步調(diào)節(jié)PWM占空比的依據(jù)。</p><p>　　圖2

32、.2 方案二系統(tǒng)模塊框圖 </p><p>　　方案三：如圖2.3所示的為該方案的電子負(fù)載設(shè)計(jì)系統(tǒng)模塊框圖。采用了STC89C52單片機(jī)作為核心處理器，設(shè)計(jì)了電

33、流電壓采樣模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、鍵盤輸入模塊、LCD液晶顯示模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊和PI調(diào)節(jié)等，通過軟硬件想回協(xié)調(diào)配合，實(shí)現(xiàn)整個(gè)設(shè)計(jì)。再又通過PI調(diào)節(jié)器、負(fù)反饋控制環(huán)路和運(yùn)放這些電路核心，控制MOSFET的柵極電壓，達(dá)到的目的是使其內(nèi)阻變化。MOS管在這里既是電流的控制器件同時(shí)也是被測(cè)電源的負(fù)載，通過PI調(diào)節(jié)器控制MOS管的導(dǎo)通量，從而實(shí)現(xiàn)該電子負(fù)載的電流恒定。</p><p>　　圖2.3 方案三系統(tǒng)模塊框圖&

34、lt;/p><p>　　這三個(gè)方案經(jīng)過仔細(xì)研究比較后，得出：方案一主要是靠硬件實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)成本高。并且采用的是用運(yùn)放來比較控制MOS管，只有通和斷這兩種情況，操作起來比較麻煩不好調(diào)節(jié)。方案二控制MOS管的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間是通過單片機(jī)輸出一定占空比的PWM控制信號(hào)來控制的，從而獲得實(shí)際所需的工作電壓和電流。這養(yǎng)的話也是控制起來比較麻煩而且誤差很大。方案三通過PI調(diào)節(jié)器、負(fù)反饋控制環(huán)路和運(yùn)放，采用通過軟硬件的相互協(xié)調(diào)配合，實(shí)

35、現(xiàn)了整個(gè)設(shè)計(jì)。相比較后方案三比方案一方案二都要好，所以本設(shè)計(jì)采用的是方案三。</p><p>　　2.4 系統(tǒng)具體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　本直流電子負(fù)載系統(tǒng)由軟硬件相互結(jié)合而成。在本次設(shè)計(jì)中充分考慮到設(shè)計(jì)速度、可靠性和開發(fā)成本等原因，有效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)的時(shí)候，充分考慮了硬件和軟件的特點(diǎn)，較高效地分配了其資源和協(xié)調(diào)其功能

36、。</p><p>　　電子負(fù)載系統(tǒng)的硬件部分包括以下內(nèi)容：</p><p>　　1. 核心處理器單片機(jī)的選擇與I/O的分配(采用的是STC89C52單片機(jī)）</p><p>　　2. 鍵盤輸入模塊（采用的是4*4矩陣鍵盤輸入）</p><p>　　3. 液晶顯示模塊（采用的是Nokia 5110液晶顯示）</p><p&

37、gt;　　4. A/D轉(zhuǎn)換電壓電流采樣模塊（采用的是TLC1549系列轉(zhuǎn)換器）</p><p>　　5. D/A轉(zhuǎn)換模塊（采用的是TLC5615 D/A轉(zhuǎn)換器）</p><p>　　6. 電流取樣PI控制器等組成的負(fù)反饋控制模塊</p><p><b>　　7．電源電路模塊</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)的直流電子負(fù)

38、載，主要是實(shí)現(xiàn)恒定電流和恒定電壓的工作模式，如圖2.3所示為方案三系統(tǒng)模塊框圖。大概框架是先從鍵盤輸入模塊輸入設(shè)定值，然后傳輸給單片機(jī)處理后經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后反饋給電流電壓檢測(cè)模塊，然后再通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后傳出給單片機(jī)處理后利用LCD液晶顯示顯示出來。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D/A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

39、導(dǎo)通量變化與截止，從而達(dá)到保持電流恒定的目的。A/D轉(zhuǎn)換器把電流電壓檢測(cè)模塊采集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再通過單片機(jī)來控制轉(zhuǎn)化，最后用液晶顯示顯示出當(dāng)時(shí)的電壓和電流值。</p><p>　　3 電子負(fù)載系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 核心處理器設(shè)計(jì)</p><p>　　核心處理器是進(jìn)行簡(jiǎn)單的數(shù)字信號(hào)處理并且負(fù)責(zé)控制和協(xié)調(diào)其他各個(gè)模塊工作。在本設(shè)計(jì)直流

40、電子負(fù)載系統(tǒng)中，核心處理器是系統(tǒng)的控制中心，它工作效率的高低直接影響系統(tǒng)的系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和工作效率。本設(shè)計(jì)過程中采用單片機(jī)作為主控制器。</p><p>　　3.1.1 方案設(shè)計(jì)論證</p><p>　　AT89C51是ATMEL公司生產(chǎn)的,51單片機(jī)應(yīng)用較為廣泛，而且價(jià)格便宜但是實(shí)現(xiàn)起來較為復(fù)雜。單運(yùn)行程序就很不方便。STC89C52與AT89C51基本性能相同，但STC89C52 R

41、MB較多,8K flash,串口可以直接運(yùn)行程序，可以和Keil直連。</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中采用了KEIL軟件來實(shí)現(xiàn)其軟件部分的設(shè)計(jì)，所以本設(shè)計(jì)選擇采用STC89C52單片機(jī)作為核心處理器。</p><p>　　圖3.1 液晶顯示模塊與STC89C52單片機(jī)連接電路</p><p>　　表3.1 單片機(jī)I/O口分配</p><p&g

42、t;　　如圖3.1所示單片機(jī)總控制電路：?jiǎn)纹瑱C(jī)在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)電流A/D采樣、實(shí)際工作電壓；設(shè)定值通過D/A轉(zhuǎn)換輸出基準(zhǔn)電壓；鍵盤輸入；LCD顯示等。表3.1為系統(tǒng)單片機(jī)的I/O口分配連接情況表。</p><p>　　3.1.2 STC89C52單片機(jī)簡(jiǎn)介</p><p>　　STC89C52單片機(jī)學(xué)習(xí)板功能強(qiáng)大，具有報(bào)警，跑馬燈、串行通信、段碼液晶和字符液晶顯示、電機(jī)控制、A/D轉(zhuǎn)換、D/A

43、轉(zhuǎn)換、溫度采集、數(shù)字信號(hào)合成(AD9851)、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路、4—20mA輸出、PWM輸出、紅外檢測(cè)控制等功能，供學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)開發(fā)使用。89C52-III單片機(jī)采用的芯片都是常用芯片，使學(xué)習(xí)者對(duì)常用電子產(chǎn)品進(jìn)一步學(xué)習(xí)理解。</p><p>　　3.2 鍵盤輸入模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　3.2.1 方案設(shè)計(jì)論證</p><p>　　非矩陣式鍵盤使用起來比較方便，結(jié)構(gòu)比

44、較簡(jiǎn)單，適合較少開關(guān)量的輸入。在按鍵數(shù)比較多時(shí),I/O口浪費(fèi)較大, 每個(gè)按鍵需要占用一根I/O口線， 電路結(jié)構(gòu)就顯得比較繁雜。而且這種鍵盤是用于操作速度較高或者按鍵較少的場(chǎng)合。</p><p>　　然而矩陣式鍵盤則適合于功能復(fù)雜、數(shù)據(jù)較多或輸入命令較多的情況下的系統(tǒng)。采用矩陣式鍵盤結(jié)構(gòu)可以最大限度地使用單片機(jī)的引腳資源，其適用于按鍵數(shù)比較多的場(chǎng)合, 由行線和列線組合而成, 按鍵位于行列的交叉點(diǎn)上，節(jié)省I/O 口，

45、因此矩陣式鍵盤的應(yīng)用非常廣泛。</p><p>　　在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中要先從鍵盤中輸入給定的設(shè)定值，在通過D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換輸出即時(shí)值。所以本設(shè)計(jì)需要有0到9的數(shù)字鍵、小數(shù)點(diǎn)等等按鍵，按鍵比較多，所以本鍵盤輸入模塊設(shè)計(jì)采用的是4*4矩陣鍵盤。</p><p>　　電子負(fù)載系統(tǒng)中按鍵需要實(shí)現(xiàn)的功能有:</p><p>　　1. 0-9數(shù)字鍵：在本設(shè)計(jì)中使用專門的0到9數(shù)

46、字輸入鍵，依次按下數(shù)字鍵后，系統(tǒng)逐個(gè)掃描，按位輸入的數(shù)據(jù)提取出來，轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)據(jù)。</p><p>　　2. 小數(shù)點(diǎn)鍵：在本次設(shè)計(jì)中因?yàn)橐斎胄?shù)，所輸入的值會(huì)有需要帶小數(shù)點(diǎn)的。第一次按鍵掃描后，按下小數(shù)點(diǎn)鍵，會(huì)跟數(shù)字鍵一樣被顯示器顯示出來。</p><p>　　3. 啟動(dòng)停止按鍵（C鍵）:此按鍵是把系統(tǒng)的功能劃分成設(shè)置、調(diào)節(jié)兩張功能，當(dāng)按下該按鍵后，系統(tǒng)就會(huì)變?yōu)閳?zhí)行A/D采集、負(fù)載調(diào)節(jié)

47、、實(shí)際數(shù)據(jù)LCD顯示等功能；如果沒有按下該鍵則默認(rèn)是功能設(shè)定，系統(tǒng)執(zhí)行按鍵查詢、預(yù)置設(shè)定輸入數(shù)據(jù)和液晶顯示燈功能。</p><p>　　4. 確定按鍵（Enter鍵）:在按完你需要的預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)后再按下該按鍵，系統(tǒng)就會(huì)停止其他按鍵功能，然后會(huì)把輸入的設(shè)定值送往單片機(jī)，然后轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)據(jù)，再通過LCD顯示器顯示出來。</p><p>　　5. 復(fù)位清零鍵:當(dāng)輸入有誤時(shí)，按下該鍵后使其復(fù)位清空屏

48、幕。</p><p>　　3.2.2 單片機(jī)4*4矩陣鍵盤設(shè)計(jì)方案</p><p>　　1. 設(shè)計(jì)原理 </p><p>　　如圖3.3所示用單片機(jī)的并行口P0連接到4*4矩陣鍵盤，用單片機(jī)的P0.0-P0.3各個(gè)管腳用作信號(hào)輸入線，用單片機(jī)的P0.4-P0.7各個(gè)管腳作輸出線，在LCD數(shù)碼管上顯示每個(gè)按鍵的序號(hào)（0到9）、小數(shù)點(diǎn)和啟動(dòng)停止按鍵（C鍵）、確定按鍵

49、（Enter）、復(fù)位清零鍵。</p><p>　　2. 鍵盤中對(duì)應(yīng)按鍵的序號(hào)排列如圖3.2所示</p><p>　　圖3.2 鍵盤序列號(hào)排列 </p><p>　　3. 4*4矩陣鍵盤電路圖</p><p>　　圖3.3 4*4矩陣鍵盤電路圖 </p><p>　　

50、如圖3.3所示豎向P0.0至P0.3接STC89C52單片機(jī)AD0至AD3口，橫向P0.4至P0.7接STC89C52單片機(jī)AD4至AD7口。</p><p>　　本設(shè)計(jì)按鍵使用的是依次每行掃描進(jìn)行識(shí)別，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行每行的逐個(gè)掃描，首先每行會(huì)輸出低電平，然后依次掃描每一列是否產(chǎn)生低電平，要是掃描到列數(shù)有低電平產(chǎn)生的話，系統(tǒng)就會(huì)認(rèn)為有按鍵按下了，然后讓每行數(shù)按順序輸出低電平，剩下的行數(shù)就輸出高電平，然后再掃描每一列是

51、否有低電平輸出的情況，如果有低電平輸出的行列交叉處，那該交叉處就是按鍵按下的地方。</p><p>　　3.3 顯示模塊的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.3.1 方案設(shè)計(jì)論證</p><p>　　數(shù)碼管具有接線簡(jiǎn)單、成本較低、編程較為容易、配置簡(jiǎn)單又靈活、對(duì)外界環(huán)境要求比較低、更易于維護(hù)等特點(diǎn)。數(shù)碼管是可以顯示電流和電壓的，但數(shù)碼管只能顯示些數(shù)字等，顯示的信息比較少，

52、又比較占用系統(tǒng)I/O資源，顯示的信息較少，但其電路又比較較繁雜。</p><p>　　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）。液晶顯示具有體積小巧、功率耗能較低、質(zhì)量又比較輕、平面直角的顯示及影響穩(wěn)定、分辨率較高、畫面效果較好、抗干擾能力又比較強(qiáng)、沒有輻射危害等等優(yōu)勢(shì)。LCD顯示可以顯示數(shù)字和字符，也能顯示曲線、圖形和漢字，且還可以在屏幕上顯示動(dòng)畫等功能。</p><

53、p>　　在本次設(shè)計(jì)中要求能夠顯示電流電壓，所以使用的是Nokia 5110液晶顯示器，這種顯示器不僅可以顯示數(shù)字也可以顯示電流電壓等漢字和電壓電流單位，外觀也比較美觀，所顯示的信息一目了然，而且LCD液晶顯示具有體積小巧、質(zhì)量較輕、功率耗能低、沒有輻射危害等，與單片機(jī)連接較簡(jiǎn)單?？紤]到本次設(shè)計(jì)的要求再經(jīng)過仔細(xì)比較后選擇了Nokia5110液晶顯示。 </p><p>　　使用Nokia 5110液晶顯示的四

54、大理由：</p><p>　　1. 性價(jià)比高，可以顯示15個(gè)漢字、30個(gè)字符，價(jià)格便宜；</p><p>　　2. 接口簡(jiǎn)單，僅四根I/O線即可驅(qū)動(dòng)；</p><p>　　3. 速度快，是LCD12864的20倍，是LCD1602的40倍；</p><p>　　4. Nokia5110工作電壓3.3V，正常顯示時(shí)

55、工作電流200uA以下，具有掉電模式，適合電池供電的便攜式移動(dòng)設(shè)備。</p><p>　　圖3.4 單片機(jī)與LCD通信</p><p>　　如圖3.1所示是STC89C52單片機(jī)與LCD液晶顯示模塊連接電路。LCD液晶顯示1管腳至5管腳接STC89C52單片機(jī)A8至A12口，6、7口接VCC，8口接GND；如圖3.4為單片機(jī)與LCD的通信過程。</p><p>

56、　　3.3.2 Nokia 5110液晶顯示模塊說明</p><p>　　圖3.5 Nokia5110液晶顯示說明</p><p>　　3.4 A/D轉(zhuǎn)換電流電壓采樣電路模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　3.4.1 方案設(shè)計(jì)論證</p><p>　　ADC0809：是一個(gè)8位的逐次逼近型8模擬輸入的A/D轉(zhuǎn)換器，單片CMOS型裝置。它的作用可以

57、選擇8個(gè)模擬輸入和分享A/D轉(zhuǎn)換器根據(jù)地址譯碼信號(hào)。但占用的端口，開關(guān)頻率低于100萬。</p><p>　　TLC1549:10位A/D轉(zhuǎn)換器TLC1549系列轉(zhuǎn)換器是模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器串行控制，連續(xù)的逐次逼近，它采用了一三態(tài)輸出由三線接口和兩個(gè)差分基準(zhǔn)電壓高阻抗輸入。TLC1549采用CMOS技術(shù)。它具有自動(dòng)采樣，比例范圍校正轉(zhuǎn)換范圍和抗噪聲功能，并在全面總誤差的設(shè)計(jì)是只有3.8 MV轉(zhuǎn)換電路，可廣泛應(yīng)用于模擬

58、和數(shù)字。</p><p>　　通過比較，設(shè)備TLC1549系列是足夠快，能耗低，精度高，性能良好的功率，界面簡(jiǎn)單，可靠性高，實(shí)用價(jià)值相對(duì)于前者更好。相比之下，TLC1549更適合的設(shè)計(jì)，所以選擇TLC1549系列變頻器。</p><p>　　取樣電路和測(cè)量鏈路檢測(cè)是一項(xiàng)重要技術(shù)，為了在恒定電流模式做出適當(dāng)?shù)呢?fù)載工作，實(shí)時(shí)的MOS管的輸出電流與被測(cè)電路的輸出電壓，在本設(shè)計(jì)中的電源采樣。采樣A

59、/D選用10位精度的TLC1549、精度較高。</p><p>　　如圖3.8所示的是電壓和電流采樣電路原理圖。該電路包括采樣電路，電壓和電流采樣，工作電流和電壓采集后，反饋到單片機(jī)，再通過液晶顯示出來，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循環(huán)的調(diào)節(jié)。</p><p>　　3.4.2 電壓采樣電路</p><p>　　在電壓采樣電路中，因?yàn)殡娮迂?fù)載可以相對(duì)較寬的輸入電壓，在樣品前分頻器的設(shè)計(jì)里

60、，因?yàn)樵趯?shí)際工作電壓會(huì)更高。采用1/11部分使用壓力，輸出的A/D轉(zhuǎn)換器，一個(gè)電壓跟隨器后加TLC1549后，輸入電壓和輸出電壓相同，緩沖電路，起到承上啟下的作用，提高輸入阻抗。如圖3.6所示。</p><p>　　如圖3.6所示，主體和電源電壓電壓采樣Ub點(diǎn)兩端電壓的關(guān)系</p><p>　　Ub=R19/( R19+ R18)U=10K/(10K+100K)U=1/11U

61、 （3.1）</p><p>　　所以 U=11Ub （3.2）</p><p>　　如圖3.6所示3個(gè)OP37都接電源+12V和-12V，U4（TLC1549)1、8口接VCC，3、4口接GND，5至7口分別接STC89C52單片機(jī)P3.5至P3.7口。</p>

62、<p>　　圖3.6 A/D轉(zhuǎn)換電流電壓采樣電路原理圖</p><p>　　3.4.3 電流采樣電路</p><p>　　在本次電流采樣電路的設(shè)計(jì)中，電阻R17對(duì)電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，輸出到A/D轉(zhuǎn)換器TLC1549，后還增加了一個(gè)電壓跟隨器，也不具有放大作用。如圖3.6所示，提高電路帶負(fù)載能力，取到緩沖、隔離作用。</p><p>　　如圖3.6

63、所示負(fù)載電流I與電流采樣點(diǎn)電壓Ua的關(guān)系為</p><p>　　I=Ua/R17=Ua/0.25 （3.3）</p><p>　　電阻R17是電流與電壓轉(zhuǎn)換元件，采樣電阻R17的電阻為0.25歐姆，為錳銅采樣電阻，阻值較小，但可以承受大功率，采樣電阻分流對(duì)整個(gè)電路影響較小。電壓下降的比較參考電壓和PI調(diào)節(jié)器R17的下降，停止和改變，控制MOS管的

64、流量，從而達(dá)到保持電流恒定的目的。高電流和高功率電源，電路檢測(cè)電路板，這種電阻是非常合適的，它具有溫度系數(shù)低，穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，散熱性能好等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　3.4.4 輸入的模擬量采樣</p><p>　　圖3.7 tlc1549引腳圖 </p><p>　　1. TLC1549簡(jiǎn)介</p><p>　　TLC1549是CM

65、OS工藝，它一直保持在與采樣，TLC1549是一個(gè)10位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器。差分基準(zhǔn)電壓高阻抗輸入，抗干擾能力強(qiáng)，可根據(jù)距離校正轉(zhuǎn)換范圍的比例，可以調(diào)整±1LSB最大誤差（4.8mv）等。。</p><p><b>　　2.工作原理</b></p><p>　　無效的CS芯片在選定的情況下，I/O時(shí)鐘是最初禁止和數(shù)據(jù)在一個(gè)高阻抗?fàn)顟B(tài)。當(dāng)串行接口將CS有效，變頻調(diào)

66、速開始允許的I/O時(shí)鐘數(shù)據(jù)和從高阻抗?fàn)顟B(tài)。串行接口和I/O時(shí)鐘序列的I/O時(shí)鐘和接收從以前的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的結(jié)果。I/O接收輸入序列10和16時(shí)鐘之間的長度從主機(jī)的串行接口。10年初的I/O時(shí)鐘控制的順序采樣模擬輸入。在CS的下降沿，MSB先前的轉(zhuǎn)換中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)終端。10位的數(shù)據(jù)被發(fā)送到主機(jī)計(jì)算機(jī)通過串行接口進(jìn)行數(shù)據(jù)。為了開始轉(zhuǎn)換，最少需要 10 個(gè)時(shí)鐘脈沖。如果 I/O CLOCK 傳送大于 10 個(gè)時(shí)鐘長度，所以在內(nèi)部邏輯邊緣下降10時(shí)鐘

67、，數(shù)據(jù)的低保證值零剩余的位。在正常周期的轉(zhuǎn)換在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，CS端高水平跳躍可以結(jié)束循環(huán)，設(shè)備返回到初始狀態(tài)。根據(jù)功能結(jié)構(gòu)及其TLC1549的時(shí)序，其工作過程可分為3個(gè)階段：模擬量采樣，模擬和數(shù)字傳輸。</p><p>　　3.5 D/A轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　DAC0832是8分辨率D/A轉(zhuǎn)換芯片。這D/A芯片以其接口簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，易于控制等，廣泛應(yīng)用于微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。D/A轉(zhuǎn)換器是

68、由8位DAC寄存器，8位輸入鎖存器，換控制電路和一個(gè)8位D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)形成。</p><p>　　而TLC5615 D/A是用于串行DAC。TLC5615串行DAC芯片是10點(diǎn)，性能目前比早期模型的輸出更好。剛剛結(jié)束的10位串行數(shù)據(jù)輸入通過3串行總線，便于標(biāo)準(zhǔn)和工業(yè)微處理器或微控制器（MCU）接口，測(cè)試儀適用于電池供電，是一個(gè)數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換器與串行接口。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中需要測(cè)

69、量的電壓值，電流值，有高精度的要求的設(shè)定值。因此，10位DAC芯片，有高分辨率。同時(shí)，模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器TLC5615和簡(jiǎn)單的界面，使硬件電路更為簡(jiǎn)單，電路板面積減少，成本降低，這是對(duì)選擇TLC5615 D/A轉(zhuǎn)換器的原因。</p><p>　　如圖3.8所示為D/A轉(zhuǎn)換輸出電路圖。D/A變換用TLC5615與單片機(jī)的連接設(shè)置，通過鍵盤向單片機(jī)輸入輸出，然后送入PI控制器和DA輸出參考電壓比較電路的電壓。</

70、p><p>　　圖3.8 D/A轉(zhuǎn)換輸出電路原理圖</p><p>　　VREF = 2vrefin×n / 1024的電路設(shè)計(jì)；其中，verfin作為參考電壓，TLC5615 1.5V，N是二進(jìn)制數(shù)的輸入值。VREF PI調(diào)節(jié)器和參考電壓的實(shí)際值進(jìn)行了比較。如圖3.9所示的連通圖TLC5615和逆變器，在通式（3.4）與D/A轉(zhuǎn)換輸出通過一個(gè)逆變器PI調(diào)節(jié)器的輸入?yún)⒖茧妷汉蛥⒖茧?/p>

71、壓。</p><p>　　VREF = 5N／1024 （3.4）</p><p>　?。∟為輸入設(shè)定值的二進(jìn)制數(shù)）</p><p>　　圖3.9 TLC5615與反相器連接圖 </p><p>　　如圖3.9所示U3(TLC5615)1至4口分別接STC89C52單片機(jī)P1.0至P1.3口，5口接G

72、ND,6口接電壓+2.5V，8口接VCC。 </p><p><b>　　TLC5615簡(jiǎn)介</b></p><p>　　TLC5615在1999美國TI公司推出的產(chǎn)品，輸出電壓，最大輸出電壓是基準(zhǔn)電壓的兩倍，具有串行接口的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器。與上電復(fù)位功能，一個(gè)動(dòng)力即，DAC寄存器復(fù)位到零。性能比早期的電流輸出DAC的更好。只有通過3串行總線可以完

73、整的10位串行數(shù)據(jù)輸入，簡(jiǎn)單的標(biāo)準(zhǔn)和工業(yè)微處理器或微控制器（MCU）接口，測(cè)試儀器，手機(jī)是適合電池供電，也適用于數(shù)字偏置和增益調(diào)整和工業(yè)控制。</p><p>　　3.6 電流取樣PI控制器等組成的負(fù)反饋控制模塊</p><p>　　3.6.1 負(fù)反饋控制模塊</p><p>　　電子負(fù)載的核心是一個(gè)負(fù)反饋控制回路，電流采樣PI控制器，電力電子負(fù)載控制電路。MOS管

74、在這里既作為電流的控制器件同時(shí)也作為被測(cè)電源的負(fù)載。取樣電阻R17是電I/V轉(zhuǎn)換器，采用PI調(diào)節(jié)器的參考電壓在R17下降的電壓降，控制流量和MOS管截止，從而達(dá)到保持電流電壓恒定的目的。</p><p>　　圖3.10 電流取樣PI控制器等組成的負(fù)反饋控制電路</p><p>　　如圖3.10所示是一個(gè)電流采樣PI控制器等組成的負(fù)反饋控制電路。在這個(gè)電路中，設(shè)定值與實(shí)際值的比較。當(dāng)壓降R

75、17超濾的實(shí)際價(jià)值大于該設(shè)定值，PI調(diào)節(jié)器，降低MOS管的導(dǎo)通角，降低MOS管的導(dǎo)通量，MOS管的阻力增大，流過電阻R17降低電流，UF減小，壓降等于設(shè)定從價(jià)值，實(shí)現(xiàn)了電子負(fù)載的恒流模式；當(dāng)壓降R17超濾的實(shí)際值小于該設(shè)定值。PI調(diào)節(jié)器，MOS管的導(dǎo)通角的增加，越來越多的MOS管的導(dǎo)通量，MOS管的阻力降低電流通過電阻的電壓降增加，R17，UF緩慢增加，等于設(shè)定值，從而實(shí)現(xiàn)電子負(fù)載的恒電流模式，這是一個(gè)PI調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)方法。</p

76、><p>　　3.6.2 PI調(diào)節(jié)器</p><p>　　用于電子負(fù)載的設(shè)計(jì)需要高精度，同時(shí)控制流量管MOS變換也需要一個(gè)不斷變化的過程，而不是傳統(tǒng)的使用運(yùn)算放大器，比較器的反饋電路實(shí)現(xiàn)。依靠傳統(tǒng)的比較器比較設(shè)定值和測(cè)量值，輸出功能的MOS管后。這個(gè)反饋系統(tǒng)組成的誤差大，精度低，可以打開或關(guān)閉的MOS管控制，只有導(dǎo)通或完全關(guān)閉的兩個(gè)極端的情況下，很難消除誤差，實(shí)現(xiàn)恒電流模式控制。所以為了更精確

77、的調(diào)節(jié)器控制MOS管通量的需要，導(dǎo)通角所能承受的電壓范圍，根據(jù)偏差的大小，測(cè)量值與給定值的偏差的比例和積分運(yùn)算，來控制和調(diào)節(jié)導(dǎo)通角的增加或減少達(dá)到設(shè)定值等于實(shí)際值的連續(xù)信號(hào)。</p><p>　　圖3.11 PI調(diào)節(jié)器 3.12 PI調(diào)節(jié)器的輸出特性</p><p>　　圖3.11顯示了PI調(diào)節(jié)器，該Uex PI調(diào)節(jié)器的輸出電壓是由兩部分組成的比例和

78、積分元件，具有零初始狀態(tài)和階躍信號(hào)輸入，輸出電壓的時(shí)間特性如圖3.12所示，物理意義，從圖中可以看到比例積分作用。當(dāng)輸入電壓在突然之間，電容器的等效電路立即開始，反饋電阻R1，輸出電壓Uex到kpiuin。自那時(shí)以來，電容C充電，開始體現(xiàn)整體效果，UEX連續(xù)線性增長，直到達(dá)到一個(gè)飽和輸出限制或運(yùn)算放大器。所以，當(dāng)輸入誤差信號(hào)的單閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)采用比例積分控制器，突然△UCT = KPI的動(dòng)態(tài)過程，立即出現(xiàn)在產(chǎn)品的輸出，實(shí)現(xiàn)快速控制，比

79、例控制的優(yōu)點(diǎn)；在穩(wěn)定狀態(tài)下，和一個(gè)積分調(diào)節(jié)器，可以將積分控制，△UCT=0，UCT是保持在一個(gè)恒定值，實(shí)現(xiàn)零穩(wěn)態(tài)誤差。</p><p>　　因此，比例積分控制相結(jié)合的比例和積分控制兩個(gè)規(guī)則的優(yōu)點(diǎn)，并克服了它們的缺點(diǎn)，相互結(jié)合。在比例積分控制的快速響應(yīng)的控制功能，并最終消除穩(wěn)態(tài)誤差。作為控制器，比例積分控制器響應(yīng)速度快，兩種要求消除靜態(tài)誤差。利用PI調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)的電子負(fù)載，MOS實(shí)施指南的有效角度的控制，一個(gè)控制器與

80、積分動(dòng)作，只要電子負(fù)載電路測(cè)量值的調(diào)整與設(shè)定值的偏差，輸出的變化將不會(huì)停止。反復(fù)調(diào)整，消除穩(wěn)態(tài)誤差，無靜態(tài)誤差調(diào)整。</p><p>　　PI調(diào)節(jié)器是一種線性控制器，它根據(jù)給定值r(t)與實(shí)際輸出值c(t)構(gòu)成控制偏差</p><p>　　e(t)= r(t)—c(t) （3.5）</p><p>

81、;　　利用偏差的積分（I）和比例（P）的線性組合的控制，來控制被控對(duì)象，對(duì)它的控制律是</p><p><b>　?。?.6）</b></p><p>　　E（t）為PI調(diào)節(jié)器的輸入系數(shù)，u（t）為PI控制器的輸出，KP，Ti積分時(shí)間常數(shù)。</p><p>　　1.比例偏差信號(hào)反映的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的比例（T），一旦產(chǎn)生了偏差，控制器立即產(chǎn)生控制作

82、用，以減少偏差。通常隨著Kp值的增加，閉環(huán)系統(tǒng)的超調(diào)量的增加，系統(tǒng)的響應(yīng)速度，但當(dāng)Kp增大到一定程度時(shí)，系統(tǒng)會(huì)變得不穩(wěn)定。</p><p>　　2.積分主要是用來消除靜態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的無差度。積分作用取決于積分常數(shù)Ti強(qiáng)度高，Ti，積分作用弱，但強(qiáng)。通常在KP，同時(shí)增加的情況下，整體效果是弱的，閉環(huán)系統(tǒng)的超調(diào)量小，系統(tǒng)響應(yīng)速度慢。</p><p>　　本次電子負(fù)載設(shè)計(jì)，為了較快且更加精確

83、的消除誤差。對(duì)于PI調(diào)節(jié)器，如圖3.13 所示的PI調(diào)節(jié)器，取R11、R12=40K，R13=60K ,C=0.75uF</p><p>　　Kp=R13／R11=1.5 （3.6.1）</p><p>　　TI= RC=0.03S （3.6.2）

84、 所以

85、本設(shè)計(jì)的PI調(diào)節(jié)器的Kp取1.5，TI取0.03S。</p><p>　　3.7 電源電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　電源電壓的設(shè)計(jì)主要針對(duì)系統(tǒng)需求的不同電壓進(jìn)行的電源分配，包含了三個(gè)方面的內(nèi)容:電源功耗，電源電壓，電源管理。在電子負(fù)載系統(tǒng)中，單片機(jī)的工作電壓是1.7-4.5V;運(yùn)放和其它元器件也可以工作在0-24V電壓下，A/D、D/A轉(zhuǎn)換芯片可以工作在5V電壓下。本電路設(shè)計(jì)中利用HCP

86、L－78XX 、79XX系列的 3 端正穩(wěn)壓電路和具有良好熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)電壓源TL431實(shí)現(xiàn)整個(gè)電源電路的設(shè)計(jì)。利用TL431是2.5V輸出電壓為TLC5615 DA轉(zhuǎn)換的輸入?yún)⒖荚础?</p><p>　　HCPL－78XX 系列為 3 端正穩(wěn)壓電路內(nèi)含過流、過熱和過載保護(hù)電路。帶散熱片時(shí)，輸出電流可達(dá) 1A。</p><p>　　圖3.13 TL431符號(hào)

87、 圖 3.14 TL431輸出2.5V電壓連接圖</p><p>　　TL431具有很好的熱穩(wěn)定性，三端可調(diào)分流基準(zhǔn)電壓源。兩個(gè)電阻輸出電壓設(shè)置范圍應(yīng)在設(shè)定的VREF（2.5V）從36V范圍內(nèi)。該裝置的典型動(dòng)態(tài)阻抗為0.2歐姆，可以用它來取代在許多應(yīng)用中的齊納二極管。如圖3.13所示為TL431符號(hào)，圖3.14為 TL431輸出2.5V電壓連接圖。將Cathode（負(fù)極）與Reference（

88、參考端）連接起來，會(huì)得到VKA = Vref =2.5V，2.5V作為輸入基準(zhǔn)源供TLC5615DA進(jìn)行轉(zhuǎn)換。</p><p>　　圖3.15 電源電路原理圖</p><p>　　如圖3.15所示為電源電路原理圖。電源電路利用78XX系列集成穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用電路，利用串聯(lián)輸出不同的電壓，供電路各個(gè)部分工作。220V交流降壓整流橋的作用后，隨后是7812 +12 V輸出和7912個(gè)

89、輸出12V直流電源電壓運(yùn)算放大器，輸出7805 + 5V的直流穩(wěn)壓電源芯片的A/D，D/A芯片。最后，通過一系列的三端可調(diào)熱穩(wěn)定性好的直流電壓2.5V參考電壓源TL431分流，為D / A轉(zhuǎn)換器的參考電壓輸入。C7、C8、C10、C11、C12、C9分別輸入和輸出濾波電容器，C6，C13，C14作為濾波電容。</p><p>　　3.8 總體電路介紹 </p><p>　　STC89C51

90、單片機(jī)各個(gè)I/O端口分布如下表3.1所示：</p><p>　　表3.1 單片機(jī)I/O口分配</p><p>　　電源電路輸出+12V和-12V的直流電壓給運(yùn)放工作，和輸出+5V的直流電壓給單片機(jī)A/D、D/A芯片工作，和輸出2.5V的直流電壓，作為D/A轉(zhuǎn)換的輸入基準(zhǔn)電壓。</p><p>　　各個(gè)模塊之間各個(gè)端口對(duì)應(yīng)連接，如圖3.16所示。</p>

91、;<p>　　圖3.16 系統(tǒng)總體電路圖 </p><p><b>　　4 總結(jié)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)的基于STC89C52單片機(jī)控制的電子負(fù)載，能夠直接檢測(cè)被測(cè)電源的電流值、電壓值，以及在不同大小的負(fù)載下電源的輸出功率值。通過單片機(jī)程控使各個(gè)參數(shù)都能直觀的在液晶顯示上顯示。</p><p>　　此電子負(fù)載能

92、很好的替代傳統(tǒng)的測(cè)試方法中一般采用的電阻、滑線變阻器、電阻箱等，更簡(jiǎn)單、更快捷、更可靠地對(duì)電源、變壓器、蓄電池等電子設(shè)備進(jìn)行輸出特性的測(cè)試。每一步都印證著自己在完成電子設(shè)計(jì)任務(wù)上一個(gè)又一個(gè)的成功與失敗，迷惑與奮發(fā)！</p><p>　　通過本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的直流電子負(fù)載有以下特點(diǎn)：</p><p>　　1. 采用單片機(jī)控制，可以實(shí)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

93、策略來模擬電源測(cè)試時(shí)的各種工作需要。</p><p>　　2. 能夠?qū)崿F(xiàn)恒流恒壓模式的正常工作。</p><p>　　3. 易于控制加載和去載，便于負(fù)載調(diào)節(jié)。</p><p>　　4. 能夠直接檢測(cè)被測(cè)電源的電流、電壓及功率值，各個(gè)參數(shù)都能直觀的在液晶上顯示。</p><p>　　5. 用10位串行D/A產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓。</p>

94、<p>　　6. 用10位串行A/D電壓電流檢測(cè)。</p><p>　　測(cè)量范圍：電壓范圍：1.00V到20.00V 設(shè)置電壓精度：0.1V</p><p>　　電流范圍：100mA到2.00A 設(shè)置電流精度：10mA</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1 李伯成.

95、基于MCS-51單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)【M】.北京：電子工業(yè)出版社.</p><p>　　2 吳炳勝．80c51單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，2006：130—143．</p><p>　　3 張毅剛·單片機(jī)原理與應(yīng)用·北京·高等教育出版社，2009.7</p><p>　　4 閻石．?dāng)?shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M]．高

96、等教育出版社，2003</p><p>　　5 孫肖子，鄧建國，陳南．電子設(shè)計(jì)指南[M]．高等教育出版社，2006：10，18 25</p><p>　　6 百度文庫．Ac—Dc電源的設(shè)計(jì)[DB／()I。]．http：／／power．21ic．com／ac／technical</p><p>　?。?01211／29356．html．2011—11一01／20

97、12—07一06． </p><p>　　7 華成英，童詩白．模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M]．高等教育出版</p><p>　　8 WWW.21IC.COM.CN芯片查詢網(wǎng)站</p><p>　　9 WWW.ALLDATASHEET.COM芯片查詢網(wǎng)站 </p><p>　　10 Match．AD402M186RBB‘5[DB／()I。]．h

98、ttp：／／www．a(chǎn)ll—datasheet．com／datasheet</p><p>　　—pdf／pdf／81155／ETC／AD402M186RBB一5．html．</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本文是在我的導(dǎo)師邱玉蘭老師的諄諄教誨和悉心指導(dǎo)下完成。邱老師在學(xué)術(shù)上有著嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲凶黠L(fēng)，實(shí)事求是的治學(xué)

99、態(tài)度，并時(shí)刻能夠把握最新科技的前沿，了解當(dāng)今世界頂級(jí)研究動(dòng)態(tài)，讓我受益匪淺，邱老師生活上平易近人，和藹可親，令我欽佩不已，是我學(xué)習(xí)和生活中的榜樣；邱老師淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)、高度的責(zé)任感以及忘我的工作熱情，將永遠(yuǎn)激勵(lì)我在以后的學(xué)習(xí)科研中開拓進(jìn)取、奮發(fā)向上。在畢業(yè)設(shè)計(jì)研究之中，邱老師給了我最及時(shí)和最有效的指導(dǎo)，這使得我最終克服各種困難，順利地完成了論文。邱老師一直鼓勵(lì)我提高自己的綜合素質(zhì)，并給我創(chuàng)造了許多鍛煉的機(jī)會(huì)，讓我在實(shí)際鍛煉中不斷

100、進(jìn)步。在此，謹(jǐn)向我的導(dǎo)師表示最崇高的敬意和最衷心的感謝。也非常感謝期間對(duì)我一直幫助的人，謝謝！</p><p><b>　　附錄A：總電路圖</b></p><p>　　附錄B：電子負(fù)載程序設(shè)計(jì)</p><p>　　****************************************</p><p><

101、b>　　*主程序 *</b></p><p>　　*****************************************</p><p>　　#include "tlc5614.h"</p><p>　　#include "keys.h"</p><p>　　#includ

102、e "max1223.h"</p><p>　　#include "nokia.h"</p><p>　　#include "main.h"</p><p><b>　　main()</b></p><p><b>　　{</b><

103、/p><p>　　rst=0; //液晶初始化</p><p><b>　　delay(1);</b></p><p><b>　　rst=1;</b></p><p><b>　　init();</b></p><p><b&

104、gt;　　clear();</b></p><p>　　writehanzi(0,0,0); </p><p>　　writehanzi(2,0,2);</p><p>　　writehanzi(4,0,3);</p><p>　　writehanzi(6,0

105、,4); </p><p><b>　　keychu();</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　****************************************</p><p>　　*鍵盤處理子程序 *</p><p&g

106、t;　　*****************************************</p><p>　　#include "main.h"</p><p>　　void keychu()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uint value,value1;

107、//DA輸出變量值</p><p>　　float x=0,out=0,dianl=0;</p><p>　　uchar readkey,flag=0,readkey1,readkey2,readkey3,readkey4,readkey5,zan,readkey6; //存儲(chǔ)鍵值變量</p><p>　　bit flag2=0,

108、flag1=0,flag0=0; //小數(shù)點(diǎn)及切換標(biāo)志位</p><p>　　while( 1 )</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　if(flag==0) // 第一位掃描</p><p><b>　

109、　{</b></p><p>　　readkey=keyscan();</p><p>　　zan=readkey; </p><p>　　if(readkey==12)</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　if(readkey!=NOKEY&&

110、;readkey!=10&&readkey!=11&&readkey!=15&&readkey!=14) </p><p><b>　　{</b></p><p>　　flag=1; //輸入第二位</p><p>　　writeshuzi(0,2,readkey)

111、; //顯示第一位 </p><p><b>　　}</b></p><p>　　else //無按鍵顯示0</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　flag=0;</b></p><p&g