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單片機開發

電子負載系統設計


基于單片機的電子負載系統設計

此次設計系統硬件部分由以下幾個模塊構成核心控制模塊、A/D轉換模塊、D/A轉換模塊、采樣放大電路模塊、顯示模塊、按鍵模塊、電源電路模塊。本設計是通過軟硬件的配合實現其功能的。

一、電子負載系統設計方案

本系統選擇以STC89C52單片機作為本設計的核心控件,由核心控制模塊、鍵盤模塊、顯示模塊、D/A轉換模塊、A/D轉換模塊、采樣電路構成。運放、負反饋控制是整個電路的核心實質,來控制MOSFET的柵極電壓,以達到其內阻變化。MOS管在本設計中既作為電流的控制器件,同時也被作為被測電源的負載。通過對MOS管的導通量的調節來達到改變其內阻的作用實現恒流、恒壓工作方式。此系統有軟件部分和硬件部分共同作用,能夠準確的進行調節與控制。

二、電子負載系統硬件方案設計

2.1核心控制模塊

核心控制器件的選擇在本設計中是非常重要的。它控制著其他所有部分并分配著其他部分的工作。它的效率會影響這個設計系統的運行,本設計之所以選擇單片機作為核心控件是因為其高效控制的能力。

STC89C52是STC公司生產的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器,擁有的8K系統可編程Flash存儲器,這讓STC89C52具有了更高的靈活性和有效性。STC89C52使用了MCS-51的內核并對其功能進行了一些改進。

2.2D/A轉換模塊

TLC5615是一款含有串行接口的D/,A轉換器,屬于電壓輸出型器件。基準電壓值是最大輸出電壓的1/2,性能較好。1O位的串行輸入只依靠3根串行總線來完成,硬件設計上方式簡便,外圍器件也少,對軟件編程來說也是很方便的。本設計要求測出電壓鹿流值放對數據的精度要求會比較高。再綜合以上的敘述分析,我們選擇使用TLC5615這款芯片,它的接口較為單一,1O位的DAC分辨率也高些。運用此芯片還可以簡化電路、使成本降低.

2.3采樣放大電路和A/D轉換

采樣電路包括電壓采樣電路和電流采樣電路。采集到的實際工作電壓和電流,反饋到單片機,再通過液晶顯示器顯示出來,實現自動循環的調節。我們這里的采樣模塊主要是由兩個LM324組成的反相放大器,這一部分前面與D/A相連,后面與A/D模塊相接。對于A/D模塊選擇采用外置A/D轉換器TLC1549。TLC1549是一個1O位開關電容器,它的內部具有自動采樣保持的功能、可按比例量程校準轉換范圍的功能、抗噪聲干擾的功能等,它還具有誤差小、精度高、速度快、可靠性好等特點,接口簡單,使用價值高。故常被使用在一些轉換電路當中。

2.4顯示

選用LCD1602液晶顯示器。液晶顯示比較與數碼管的顯示,它的畫質就是很明顯的高些,它的可視面積也會大些,還不會有電磁的輻射。LCD1602它是一款工業字符型液晶顯示器件。它是專門用于字母、數字和符號的顯示模塊。它能在同一時間顯示32個字符,其對比度是可調的,內部還有復位電路。

2.5按鍵模塊

在系統中我們的設定值可以根據軟件的方式實現,但是對于增減數值則需要有一些手動控制,這里就要用到按鍵模塊。所以我們設置了增加鍵、減少鍵、清除鍵和確認鍵這四個鍵,這樣就已經能夠達到使用要求,按鍵的數量共有四個,所以不需用到矩陣鍵盤,使用矩陣鍵盤可能會使一些鍵沒有實用性造成浪費。我們在這里設計獨立按鍵直接連接芯片進行按鍵的輸入控制,在操作上也是比較簡單的。

2.6軟件系統實現

系統的軟件部分主要實現的功能是A/D轉換、電流的預置、液晶顯示、電流電壓的檢測等。軟件設計選擇的是C語言程序進行編寫。過程如下:系統開啟后,首先進行系統的初始化,然后進行按鍵掃描的處理來讀取單片機輸入的預設值,接著等待的數據讀入后就進行D/A轉換,將讀入的數字信號轉化為模擬信號,再接下來采樣數據與讀人轉化后的預設值盡心比較,然后采樣的實際數據進行A/D轉換,經放大器放大后在液晶顯示屏上通過顯示程序將其顯示。接下來檢測采樣值與預設值是否相等,若相等則結束流程,若不等則返回繼續讀取單片機輸入的預設值。

總結

本設計在理論上采用單片機控制,調節和控制負載是很容易實現,并且能達到很高的調節精度和穩定性。同時還可以通過靈活多樣的調節和控制,除模擬實際的負載情況以外,還能模擬一些特殊的負載波形曲線,測試電源設備的動態和瞬態特性。而且在恒流模式下正常工作,對負載的調節、加載去載都是可以方便控制的,檢測到的有用信息如:被測電源電流和被測電源電壓以,這些參數在液晶上都是可以很直接并且很清晰地顯示出來的。

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