2012年“TI”杯浙江省大学生电子设计竞赛简易直流电子负载（C题）【本科组】2012年8月8日摘要直流电子负载与传统的模拟电阻性负载相比具有节能、体积小、效率高等优点，在电源，通讯，汽车，蓄电池等领域得到了较好的地应用，并已成为当前研究的热点。直流电子负载由数字控制、检测与驱动电路和显示模块等。数字控制MOS管或晶体管的导通量，实现对电源参数的稳定控制。直流电子负载系统
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分析入手，详细讨论了整个系统的硬件电路和软件实现，并给出较为合理的解决方案。为了便于控制的实现和功能的扩展，采用了freescale单片机作为核心控制器，设计了控制电路、检测电路，键盘电路、显示电路，通过比较法和模糊控制技术及软硬件的配合，实现了整个电路的设计。关键字：直流电子负载单片机AD采样DA采样1系统方案41.1单片机模块的论证与选择41.2AD模块的论证与选择41.3控制系统的论证与选择42电路与程序设计52.1系统总体框图52.1.1系统总体框图52.2电路原理图52.2.1单片机及外围电路电路原理图52.2.2硬件闭环控制电路原理图72.2.3电压电流采样电路的原理图73.2程序的设计83.2.1程序功能描述与设计思路83.2.2程序流程图94测试方案与测试结果104.1测试方案104.2测试条件与仪器104.3测试结果及分析104.3.1测试结果(数据)114.3.2测试分析与结论11本页为题目要求全文简易直流电子负载（C题）【本科组】1系统方案本系统主要由单片机模块、AD采样模块、控制系统组成，下面分别论证这几个模块的选择。1.1单片机模块的论证与选择方案一：选择STC89C52作为主控芯片，STC89C52周期比较慢，使系统反应比较慢。方案二：选择MSP430G2553作为主控芯片，这款单片机的虽然周期是比STC89C52快，但是为了实现能用液晶12864显示，电路中的电压和电流，使用端口不够。方案三：选择freescale的S12XS128作为主控芯片，这块芯片不但总线频率能超频到80MHZ，这是一个非常快的反应速度，再加上有100多个引脚，完全可以满足系统控制的要求。综合以上三种方案，选择方案三。1.2AD模块的论证与选择方案一：使用单片机内部12位AD采集电压单片机的内部12位AD，由于题目要求的精度比较高，12为的分辨率比较低。方案二：使用外接16位AD采集电压ADS1115首先ADS1115芯片，完全可以达到题目中要求的精度，然后ADS1115是4通道AD转换，有就是受一块芯片可以完全采集电压和电流。综合以上两种方案，选择方案二。1.3控制系统的论证与选择方案一：利用可调电阻的电压，控制恒流的输出使用可调电阻上面所分到的电压作为基准电压，也就是硬件上实现了一个闭环控制，从而达到回路中电流的恒定，但是利用可调电阻，分得的电压很难达到一个自己想要的恒定电流。方案二：利用单片机控制外接DAC7512芯片模块，输出的电压作为基准电压，控制恒流输出利用单片机来控制12位的DAC7512，可以是电压输出更加的稳定，也可以用过按键来调节电压的输出，并可以精确的计算出电压的值。是你调节起来更加的方便，和快捷经过我们的考虑最终选择的通过DAC7512芯片来实现对基准电压进行控制，来实现恒流的目的。2电路与程序设计2.1系统总体框图2.1.1系统总体框图系统总体框图单片机是使用reescale的S12XS128芯片，ADC转化芯片是使用了16位ADS1115，DAC转换芯片是使用了DAC7812芯片，显示是用了液晶128642.2电路原理图2.2.1单片机及外围电路电路原理图单片机及其外围电路，主要包括了S12XS128最小系统板、ADC模块、DAC模块、电源模块按键模块以及液晶显示模块等。电源模块：为了使DA和ＡＤ输出的稳定性，再加上我们所选用的ＡＤ和ＤＡ的芯片的参考电压为芯片的供电电压，所以给AD和DA芯片供电必须得稳定，最终决定使用了LM1117芯片稳压到3.3V给AD和DA芯片供电。单片机及外围电路电路的PCB2.2.2硬件闭环控制电路原理图硬件闭环控制：通过J1脚上给定的电压，通过比较器，当给定电压大于R8采样电阻两端电压时，MOS管进行导通，电流上升，随后是R8采样电阻上的电压增大，那采样电阻的电压大于给定电压是，MOS管关断，电流下降，降到给定的电压以下是，MOS又导通，从而形成了闭环控制。这样可以使采样电阻上电压稳定，根据欧姆定律，计算出流过回路的电流。电流=电压/电阻，从而达到恒流的目的。2.2.3电压电流采样电路的原理图电压采集：将要采集的电压，首先通过电压跟随器进行隔离，然后在通过放大电路放到两倍给AD进行采集，根据AD读回去的数据，通过参考电压进行计算，得到电压值。电流采集：将采样电阻的电压，首先通过电压跟随器进行隔离，再RC滤波，然后在通过放大电路放到21倍给AD进行采集，根据AD读回去的数据，通过参考电压进行计算，得到采样电阻两端电压值，将电压值除以采样电阻的阻值，得到电流值。电压电流采样电路的PCB3.2程序的设计3.2.1程序功能描述与设计思路1、程序功能描述可以实现恒流100MA跳变可以实现恒流10MA跳变可以实现恒流1MA跳变自动电压测量自动电流测量负载调整率自动计算根据题目要求软件部分主要实现键盘的设置和显示
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