李澤平（江西科技師范大學(xué),南昌 330013）

基于STC12單片機的直流電子負載設(shè)計

李澤平
（江西科技師范大學(xué),南昌 330013）

摘 要：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、充電器等電子設(shè)備進行測試，如何對其輸出特性進行可靠、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。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(diào)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。本設(shè)計針對這些問題設(shè)計一款新型直流電子負載，滿足了我們對負載的各種要求，解決了開發(fā)研制測試中的困難。本設(shè)計能實現(xiàn)恒流、恒壓和恒阻三種模式。采用 STC12C5A60S2單片機作為系統(tǒng)的控制芯片，可通過按鍵手動切換工作模式。工作于恒壓模式時，電子負載端電壓保持恒定，且可設(shè)定，本設(shè)計主要包括控制電路(MCU)、DA和AD轉(zhuǎn)換電路、主電路、采樣電路、12864顯示電路、模式轉(zhuǎn)換電路等，能夠?qū)ο到y(tǒng)達到精確控制從而按照設(shè)定值精確輸出。

關(guān)鍵詞：電子負載;單片機;采樣;模式切換

1　系統(tǒng)方案設(shè)計

利用運算放大器輸出PWM波實現(xiàn)控制IRFP064的導(dǎo)通截止來完成恒壓、恒流和恒阻三種方式，并由STC12C5A60S2單片機來完成設(shè)定的電壓和電流，可通過按鍵開關(guān)來設(shè)定與步進增加減小，經(jīng)過ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換后由液晶12864B來完成顯示部分和DAC7512數(shù)模轉(zhuǎn)換輸出作為運算放大器的基準(zhǔn)電壓作為設(shè)定的基準(zhǔn)值，最后完成恒壓、恒流、恒阻三種方式。

2　各模塊電路設(shè)計

恒壓模塊（圖1）

直流電子負載工作在恒壓方式如圖2所示，其中，OP07和MOSFET-N組成一個反饋電路，當(dāng)從DA數(shù)模轉(zhuǎn)換輸出一個給定的基準(zhǔn)電壓給OP07的反向輸入端2腳時，運放OP07的輸出端控制Q2導(dǎo)通或截止， 從而使得輸出端維持在基準(zhǔn)電壓值，當(dāng)不論輸入電壓如何變化電子負載端電壓保持恒定，且等于基準(zhǔn)電壓值，從而達到恒壓目的。

恒流模塊（圖2）

直流電子負載工作在恒流方式電路如圖3所示，電路采用負反饋工作模式，電路中將場效應(yīng)管Q2輸出的電壓信號經(jīng)過下面的運放U4放大10倍，再經(jīng)過U3的方向輸入端與DA輸出接到的3端進行比較使輸出信號控制Q4管不斷導(dǎo)通和截止，從而達到恒定2腳輸入端，此電路通過恒定電壓的方式恒定電流使輸出電流在數(shù)值上等于所設(shè)定的DA輸出基準(zhǔn)電壓值。當(dāng)輸入電壓在不斷的變化時（在一定的范圍），流過該電子負載的電流恒定，且電流值可根據(jù)基準(zhǔn)電壓的大小設(shè)定。

恒阻模塊（圖3）

直流電子負載工作在恒阻方式電路如圖4所示，電路采用負反饋工作方式，此電路綜合恒壓、恒流的工作方式，電路下面的運算放大器U3將輸出的電壓信號經(jīng)放大后輸入到U2的反向輸入端經(jīng)過比較后輸出控制MOSFET-N的導(dǎo)通截止，使輸出端的電壓和電流在數(shù)值上滿足一定的比例關(guān)系，當(dāng)不論被測直流電源的電壓如何改變，輸出端的電壓和電流在數(shù)值比值上恒定，即滿足恒阻方式。

3　測試方案與測試結(jié)果

3.1 電路的測試方案

直接使用數(shù)字萬用表等各種測量儀表對各個參數(shù)進行測量，通過切換按鍵完成恒壓、恒流、恒阻等工作方式。當(dāng)測試恒壓或恒流時，兩個調(diào)整按鍵分別可以設(shè)定粗調(diào)遞增、細調(diào)遞增。使其在設(shè)定值在不斷的改變，并通過萬用表測量各種電流電壓值。當(dāng)切換到恒阻擋時，通過調(diào)節(jié)滑動變阻器來完成設(shè)定的電阻值，改變被測直流電壓數(shù)值大小，觀察被測值數(shù)值大小變化。

3.2 測試結(jié)果分析

當(dāng)工作于恒壓方式時，初始先設(shè)定一個基準(zhǔn)電壓值，被測電源電壓不斷的改變（在一定范圍內(nèi)增加），萬用表測量出來的輸出電壓值幾乎等于起初設(shè)定的電壓值，不隨被測直流電壓值的改變，可以認為在系統(tǒng)允許誤差范圍內(nèi)，恒壓方式中電壓恒定不變，同樣電流的測量也一樣，實際測量值等于起初設(shè)定的基準(zhǔn)值，不隨被測直流電源的電壓變化而變化，達到恒流的狀態(tài)。工作于恒阻方式時，實際測量值與設(shè)定電阻只存在微小誤差，但誤差均小于發(fā)揮部分的所要求的2%。

4　結(jié)語

本電路完成了基本部分和發(fā)揮部分要求的制作。在基本設(shè)計的基于STC12C5A60S2單片機控制的電子負載。并通過液晶顯示實時的顯示所測的電壓與電流及恒阻值。

發(fā)揮部分中恒阻負載仍有缺陷，靈敏度不足，并且存在微小誤差，有待于電路的進一步改進，使其精確性和穩(wěn)定性更好。

此電子負載能很好的替代傳統(tǒng)的測試方法中一般采用的電阻、滑線變阻器、電阻箱等，更簡單、更快捷、更可靠地對電源、變壓器、蓄電池等電子設(shè)備進行輸出特性的測試。通過本次比賽對于直流電子負載的制作，我們對其有了進一步的了解。從一開始的電路構(gòu)思，到單片機程序的編輯，再到后面一個個單元電路的調(diào)試以及為完成所有要求指標(biāo)的聯(lián)調(diào)過程，我們學(xué)到了許多在課堂上學(xué)不到的東西。

參考文獻：

[1]單片機原理與應(yīng)用及c51程序設(shè)計[S].北京：清華大學(xué)出版社,2009(07).

[2]黃慶華,張永格.單片機開發(fā)技術(shù)和實訓(xùn)[S].

[3]電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分（第四版）[S].北京：高等教育出版社,1996.

作者簡介：李澤平，男，河南登封人，研究方向：嵌入式系統(tǒng)。