直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)說明書-模電課程設(shè)計(jì)及直流電子負(fù)載-電子設(shè)計(jì)競賽設(shè)計(jì)報(bào)告

《模擬電子技術(shù)》課程設(shè)計(jì)說明書 專業(yè)名稱：電氣工程及其自動(dòng)化 班級(jí)： 學(xué)號(hào)：2 姓名： 指導(dǎo)教師： 日期：模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)評(píng)閱書題目直流穩(wěn)壓電源學(xué)生姓名學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師評(píng)語及成績指導(dǎo)教師簽名：年月日答辯評(píng)語及成績答辯教師簽名：年月日教研室意見總成績：室主任簽名：年月日摘要直流穩(wěn)壓電源能為負(fù)載提供穩(wěn)定直流電源的電子裝置。直流穩(wěn)壓電源的供電電源大都是交流電源，當(dāng)交流供電電源的電壓或負(fù)載電阻變化時(shí)，穩(wěn)壓器的直流輸出電壓都會(huì)保持穩(wěn)定。直流穩(wěn)壓電源隨著電子設(shè)備向高精度、高穩(wěn)定性和高可靠性的方向發(fā)展，對(duì)電子設(shè)備的供電電源提出了高的要求。電子設(shè)備對(duì)電源電路的要求就是能夠提供持續(xù)穩(wěn)定、滿足負(fù)載要求的電能，而且通常情況下都要求提供穩(wěn)定的直流電能。提供這種穩(wěn)定的直流電能的電源就是直流穩(wěn)壓電源。直流穩(wěn)壓電源在電源技術(shù)中占有十分重要的地位。關(guān)鍵詞：電源；直流；穩(wěn)壓

目錄1課題描述……………………12設(shè)計(jì)過程……………………22.1設(shè)計(jì)目的………………22.2設(shè)計(jì)任務(wù)及要求…………22.3設(shè)計(jì)步驟………………42.4直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)思路…………………53測試…………6總結(jié)……………7參考文獻(xiàn)………………………81課題描述隨著社會(huì)發(fā)展，電氣設(shè)備迅速普及，人們對(duì)電源高性能的要求越來越迫切，對(duì)電源種類需求日益增加，其中直流穩(wěn)壓電源更是成為人類不可缺少的一種能量儲(chǔ)存工具。直流穩(wěn)壓電源是一種提供直流電壓的裝置，在電子產(chǎn)品普及的今天，直流電源成為了人類的重要工具。本課題要求學(xué)生利用整流二極管及其穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)一個(gè)簡易直流穩(wěn)壓電源。開發(fā)工具：Multisim仿真軟件

2設(shè)計(jì)過程本次設(shè)計(jì)應(yīng)用Multisim仿真軟件設(shè)計(jì)直流電源，可應(yīng)用于小型電子設(shè)備2.1設(shè)計(jì)目的1．學(xué)習(xí)基本理論在實(shí)踐中綜合運(yùn)用的初步經(jīng)驗(yàn)，掌握模擬電路設(shè)計(jì)的基本方法、設(shè)計(jì)步驟，培養(yǎng)綜合設(shè)計(jì)與調(diào)試能力。2．學(xué)會(huì)直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方法和性能指標(biāo)測試方法。3．培養(yǎng)實(shí)踐技能，提高分析和解決實(shí)際問題的能力。2.2設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1．設(shè)計(jì)并制作一個(gè)連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源，主要技術(shù)指標(biāo)要求：①輸出電壓可調(diào)：Uo=+3V～+9V②最大輸出電流：Iomax=800mA③輸出電壓變化量：ΔUo≤15mV④穩(wěn)壓系數(shù)：SV≤0.0032．設(shè)計(jì)電路結(jié)構(gòu)，選擇電路元件，計(jì)算確定元件參數(shù)，畫出實(shí)用原理電路圖。3．自擬實(shí)驗(yàn)方法、步驟及數(shù)據(jù)表格，提出測試所需儀器及元器件的規(guī)格、數(shù)量，交指導(dǎo)教師審核。2.3設(shè)計(jì)步驟1．電路圖設(shè)計(jì)（1）確定目標(biāo)：設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)是由那些模塊組成，各個(gè)模塊之間的信號(hào)傳輸，并畫出直流穩(wěn)壓電源方框圖。（2）系統(tǒng)分析：根據(jù)系統(tǒng)功能，選擇各模塊所用電路形式。（3）參數(shù)選擇：根據(jù)系統(tǒng)指標(biāo)的要求，確定各模塊電路中元件的參數(shù)。（4）總電路圖：連接各模塊電路。2．電路調(diào)試（1）在每個(gè)模塊電路的輸入端加一信號(hào)，測試輸出端信號(hào)，以驗(yàn)證每個(gè)模塊能否達(dá)到所規(guī)定的指標(biāo)。（2）重點(diǎn)測試穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓系數(shù)。（3）將各模塊電路連起來，整機(jī)調(diào)試，并測量該系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)。2.4直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)思路（1）電網(wǎng)供電電壓交流220V(有效值)50Hz，要獲得低壓直流輸出，首先必須采用電源變壓器將電網(wǎng)電壓降低獲得所需要交流電壓。（2）降壓后的交流電壓，通過整流電路變成單向直流電，但其幅度變化大（即脈動(dòng)大）。（3）脈動(dòng)大的直流電壓須經(jīng)過濾波電路變成平滑，脈動(dòng)小的直流電，即將交流成份濾掉，保留其直流成份。（4）濾波后的直流電壓，再通過穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓，便可得到基本不受外界影響的穩(wěn)定直流電壓輸出，供給負(fù)載RL。2．直流穩(wěn)壓電源原理直流穩(wěn)壓電源是一種將220V工頻交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)壓輸出的直流電壓的裝置，它需要變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個(gè)環(huán)節(jié)才能完成，見圖1。圖圖1直流穩(wěn)壓電源方框圖其中：（1）電源變壓器：是降壓變壓器，它將電網(wǎng)220V交流電壓變換成符合需要的交流電壓，并送給整流電路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定。（2）整流電路：利用單向?qū)щ娫?，?0Hz的正弦交流電變換成脈動(dòng)的直流電（3）濾波電路：可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分加以濾除，從而得到比較平滑的直流電壓。（4）穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩(wěn)定，不隨交流電網(wǎng)電壓和負(fù)載的變化而變化。電路原理圖（1）根據(jù)設(shè)計(jì)所要求的性能指標(biāo)，選擇適當(dāng)器件元器件圖 、具體設(shè)計(jì)原理如下圖:本直流電源為范圍可調(diào)直流電源具體范圍從3v—12v具體原理如下：如電路KVL方程可知：U2+UBEQ=U0(RW+R2)/(R1+R2+RW)所以U0=(R1+R2+RW)*（U2+UBEQ）/(RW+R2)所以若需要電壓調(diào)節(jié)范圍從3到12只需調(diào)節(jié)RW數(shù)值，這樣就可以方便的實(shí)現(xiàn)直流電壓可調(diào)功能。從220v交流電到18v變后電壓，然后從二極管的整流，到電容的濾波電路，到最后的穩(wěn)定可調(diào)電路，這個(gè)設(shè)計(jì)基本上可以滿足需求。3測試測試電路如圖，使用測用工具multisim測試結(jié)果如下通過本次測試我們可以清楚的看見測試結(jié)果令我們滿意，至于后期完善需我們進(jìn)一步的研究。總結(jié)課程設(shè)計(jì)的過程是艱辛的，但是收獲卻是很大的。這次課程設(shè)計(jì)我主要是應(yīng)用以前學(xué)習(xí)的模電知識(shí)以及課外資料，綜合起來才完成了這個(gè)直流電源的設(shè)計(jì)，雖然元器件很小，但是付出卻是艱辛的。首先，綜合課程設(shè)計(jì)讓我把以前學(xué)習(xí)到的知識(shí)得到鞏固和進(jìn)一步的提高認(rèn)識(shí)，對(duì)已有知識(shí)有了更進(jìn)一步的理解和認(rèn)識(shí)，再次，我在課程設(shè)計(jì)中碰到了很多的問題，我通過查閱相關(guān)書籍，資料，通過組內(nèi)研究，特別是得到了老師的諄諄教導(dǎo)，老師給予了我很大的幫助，不僅給了我思路上的開闊，還讓我認(rèn)識(shí)到了自己對(duì)以前所學(xué)知識(shí)的不足方面。隨著社會(huì)發(fā)展，電子器件的的迅速普及，以及飛速發(fā)展，人們對(duì)電子器件的要求越來越迫切，需求日益增加，電子工程已經(jīng)成為了一大時(shí)尚，不少人都有這樣的經(jīng)歷?，F(xiàn)在很多東西都是電氣化在運(yùn)作，這就需要我們認(rèn)真的去領(lǐng)悟去學(xué)習(xí)，當(dāng)然，通過這次課程設(shè)計(jì)，我也發(fā)現(xiàn)了自身的很多不足之處，在以后的學(xué)習(xí)中，我會(huì)不斷的完善自我，不斷進(jìn)取，能使自己在電氣工程這方面有一個(gè)大的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)[1]童詩白《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》高等教育出版社09[2]邱關(guān)源《電路原理》高等教育出版社09序號(hào)：_F05_第四屆電子設(shè)計(jì)競賽設(shè)計(jì)報(bào)告參賽題目直流電子負(fù)載隊(duì)長名稱題目名稱：直流電子負(fù)載廣東工業(yè)大學(xué)信息工程學(xué)院摘要：隨著電力電子技術(shù)的、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，為電源檢測技術(shù)帶來了革命性的變化。由于鐵道電氣化供電、電氣牽引、信號(hào)控制、無線通信、計(jì)算機(jī)指揮調(diào)度中心及家庭日常生活等應(yīng)用領(lǐng)域都在大量應(yīng)用各種各樣的電源，因此人們對(duì)電子負(fù)載的需求越來越多，對(duì)其性能要求也越來越高。而傳統(tǒng)的電源檢測技術(shù)面臨著極大的挑戰(zhàn)。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(shí)現(xiàn)電源的可靠檢測。本系統(tǒng)主要以AT89S52單片機(jī)為控制核心；設(shè)計(jì)恒流方式的電子負(fù)載。包括控制電路(MCU)、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(gè)參數(shù)都能直觀的在液晶上顯示。關(guān)鍵詞：電子負(fù)載；單片機(jī)（MCU）；模數(shù)（A/D）。Abstract:Withthepowerelectronicstechnology,computertechnologyandtherapiddevelopmentofautomaticcontroltechnologyforpowerdetectiontechnologybringsrevolutionarychange.Astherailwayelectrificationpowersupply,electrictraction,signalcontrol,wirelesscommunication,computerandfamilylifecontrolcenterapplicationssuchasalargenumberofapplicationsinavarietyofpowersupply,sopeopleneedmoreandmoreelectronicloadonperformancerequirementsarealsoincreasing.Thetraditionalpowerdetectionisfacingagreatchallenge.Fortheaccuratedetectionofpowersupplyreliabilityandloadcapacity,sothepowerelectronicstechnologyandcomputercontroltechnologycombinedorganicallytoachievereliabledetectionofpowersupply.SystemmainlyAT89S52microcontrollertocontrolthecore;designconstantcurrentmodeofelectronicload,thatis,nomatterhowthechangeinvoltage,currentthroughtheelectronicloadcurrentconstant,andthecurrentvaluecanbeset.Includingthecontrolcircuit(MCU),themaincircuit,samplingcircuit,displaycircuit,communicationcircuit,thekeyboardscanningcircuit.KeyWords:E-LOAD,SingleChip(MCU),AnalogtoDigitalConvertor,DigitaltoAnalogConvertor。目錄1.前言： 42.總體方案設(shè)計(jì)：包括方案比較、方案論證、方案選擇 42.1參數(shù)設(shè)計(jì)方案 52.2恒流恒壓設(shè)計(jì)方案 52.3功率控制方案選擇： 72.4顯示方案選擇： 73.單元模塊設(shè)計(jì) 83.1LM7805集成穩(wěn)壓器模塊 83.2A/D轉(zhuǎn)換器接口ADC0809模塊 83.3總體電路介紹 93.4典型器件介紹 94.系統(tǒng)調(diào)試 134.1軟件系統(tǒng)調(diào)試 134.2硬件系統(tǒng)調(diào)試 145.系統(tǒng)功能 155.1系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)的功能 155.2系統(tǒng)指標(biāo)參數(shù)測試 165.3系統(tǒng)功能及指標(biāo)參數(shù)分析 166.設(shè)計(jì)總結(jié) 176.1對(duì)設(shè)計(jì)的小結(jié)； 176.2設(shè)計(jì)收獲體會(huì)； 176.3對(duì)設(shè)計(jì)的進(jìn)一步完善的建議。 177.參考文獻(xiàn) 178.附錄 188.1主要元器件明細(xì)表 188.2儀器設(shè)備清單 188.3電路圖圖紙 188.4程序清單 211.前言：在電路中，負(fù)載是指用來吸收電源供應(yīng)器輸出的電能量的裝置，它將電源供應(yīng)器輸出的電能量吸收并轉(zhuǎn)化為其他形式的能量儲(chǔ)存或消耗掉。如電爐子將電能轉(zhuǎn)化為熱能；電燈將電能轉(zhuǎn)化為光能；蓄電池將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能；電機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。這些都是負(fù)載的真實(shí)表現(xiàn)形式。電子元件一般為功率場效應(yīng)管（PowerMOS）、絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）等功率半導(dǎo)體器件。由于采用了功率半導(dǎo)體器件替代電阻等作為電能消耗的載體，使得負(fù)載的調(diào)節(jié)和控制易于實(shí)現(xiàn)，能達(dá)到很高的調(diào)節(jié)精度和穩(wěn)定性。同時(shí)通過靈活多樣的調(diào)節(jié)和控制方法，不僅可以模擬實(shí)際的負(fù)載情況，還可以模擬一些特殊的負(fù)載波形曲線，測試電源設(shè)備的動(dòng)態(tài)和瞬態(tài)特性。這是電阻等負(fù)載形式所無法實(shí)現(xiàn)的。2.總體方案設(shè)計(jì)：包括方案比較、方案論證、方案選擇電子負(fù)載用于測試直流穩(wěn)壓電源、蓄電池等電源的性能。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，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)載的電流隨被測直流電源的電壓變化而變化。外接12V穩(wěn)壓電路。要求：負(fù)載工作模式：恒壓（CV）、恒流（CC)兩種模式可選擇。電壓設(shè)置及讀出范圍：1.00V~20.0V。電流設(shè)置及讀出范圍：100mA~2.00A。顯示分辨能力及誤差：至少具有3位數(shù)，相對(duì)誤差小于5%。恒流模塊和恒壓模塊共用一個(gè)基準(zhǔn)電壓12v，并且通過開關(guān)實(shí)現(xiàn)兩種模式的轉(zhuǎn)換，用A/D轉(zhuǎn)換器把電路中的電壓電流的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后通過單片機(jī)來程控從而重置電壓電流，用液晶顯示同時(shí)呈現(xiàn)即時(shí)電壓電流。原理圖如下所示。顯示顯示按鍵輸入單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換PWM控制電流檢測電壓檢測功率控制2.1參數(shù)設(shè)計(jì)方案方案一：通過手動(dòng)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器來調(diào)節(jié)恒流源和恒壓源兩種模式下的電壓，其缺點(diǎn)是調(diào)節(jié)耗時(shí)費(fèi)力，準(zhǔn)確度不高。但操作簡單易懂。方案二：利用A/D轉(zhuǎn)換把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，在利用單片機(jī)程控來修改電壓電流參數(shù)，此方案精確度高，操作技術(shù)要求很高，節(jié)省時(shí)間。2.2恒流恒壓設(shè)計(jì)方案方案一：1定電流模式（CCmode）方案一：在定電流工作模式時(shí)，電子負(fù)載所流入的負(fù)載電流依據(jù)所設(shè)定的電流值而保持恒定，與輸入電壓大小無關(guān)，即負(fù)載電流保持?jǐn)z定值不變。這個(gè)圖是一個(gè)最常用的恒流電路，這樣的電路更容易獲得穩(wěn)定及精確的電流值，R3為取樣電阻,VREF是給定信號(hào)，電路工作原理是：當(dāng)給定一個(gè)信號(hào)時(shí)VREF，如果R3上的電壓小于VREF，也就是OP07的-IN小于+IN，OP07加輸出大，使MOS加大導(dǎo)通使R3的電流加大。如果R3上的電壓大于VREF時(shí)，-IN大于+IN，OP07減小輸出，也就降了R3上的電流，這樣電路最終維持在恒定的給值上，也就實(shí)現(xiàn)了恒流工作。如給定VREF為10mV，R3為0.01歐時(shí)電路恒流為1A，改變VREF可改變恒流值，VREF可用電位調(diào)節(jié)輸入或用DAC芯片由MCU控制輸入，采用電位器可手動(dòng)調(diào)節(jié)輸出電流。如采用DAC輸入可實(shí)現(xiàn)數(shù)控恒流電子負(fù)載。恒阻功能，在有些數(shù)控電子負(fù)載中并不設(shè)計(jì)專用電路，而是在恒流電路的基礎(chǔ)上通過MCU檢測到的輸入電壓來計(jì)算電流，達(dá)到恒阻功能的目的，比如要恒定電阻為10歐時(shí)，MCU檢測到輸入電壓為20V，那么會(huì)控制輸出電流為2A，但這種方法響應(yīng)較慢，只適用于輸入變化較慢，且要求不高的場合。專業(yè)的恒阻電子負(fù)載都是由硬件實(shí)現(xiàn)的。2定電阻模式（CRmode）在定電阻工作模式時(shí)，電子負(fù)載所流入的負(fù)載電流依據(jù)所設(shè)定負(fù)載電阻和輸入電壓的大小而定，此時(shí)負(fù)載電流與輸入電壓呈正比例，比值即是所設(shè)定的負(fù)載電阻，即負(fù)載電阻保持設(shè)定值不變。恒阻功能，在有些數(shù)控電子負(fù)載中并不設(shè)計(jì)專用電路，而是在恒流電路的基礎(chǔ)上通過MCU檢測到的輸入電壓來計(jì)算電流，達(dá)到恒阻功能的目的，比如要恒定電阻為10歐時(shí)，MCU檢測到輸入電壓為20V，那么會(huì)控制輸出電流為2A，但這種方法響應(yīng)較慢，只適用于輸入變化較慢，且要求不高的場合。專業(yè)的恒阻電子負(fù)載都是由硬件實(shí)現(xiàn)的。3定電壓模式（CVmode）在定電壓工作模式時(shí)，電子負(fù)載所流入的負(fù)載電流依據(jù)所設(shè)定的負(fù)載電壓而定，此時(shí)負(fù)載電流將會(huì)增加直到負(fù)載電壓等于設(shè)定值為止，即負(fù)載電壓保持設(shè)定值不變。圖中MOS管上的電壓經(jīng)R3與R2分壓后送入運(yùn)放IN+與給定值進(jìn)行比較，如圖所示，當(dāng)電位器在10%時(shí)IN-為1V，那么MOS管上的電壓應(yīng)為10V。方案二：基本電路為除虛線框⑤和兩個(gè)萬用表以外的部分，由恒壓電路、恒流電路、過流保護(hù)電路、驅(qū)動(dòng)電路組成。V=12V輸入電壓，經(jīng)過限流電阻R1到三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源U1(TL431)的陰極K后，由參考端R得到輸出基準(zhǔn)電壓VR為2.5V，經(jīng)電阻R1到調(diào)整滑動(dòng)變阻器R6，一路經(jīng)電阻R2為U3A提供電壓，另一路經(jīng)電阻R7為U3C提供電壓。與方案一的區(qū)別是用開關(guān)可以切換恒流源和恒壓源，并且兩種模式共用一個(gè)場效應(yīng)管，方案二還多了一個(gè)過流保護(hù)模塊，故我們選擇方案二進(jìn)行設(shè)計(jì)。2.3功率控制方案選擇：方案一：另一種功率控制方案是:恒壓源和恒流源分開使用兩個(gè)場效應(yīng)管。方案二：一種功率控制方案是:恒壓源和恒流源共用同一個(gè)場效應(yīng)管。經(jīng)比較，故選方案二進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。2.4顯示方案選擇：方案一：電壓和電流的顯示可以用數(shù)碼管，但數(shù)碼管的只能顯示簡單的數(shù)字，其電路復(fù)雜，占用資源較多，顯示信息少，不宜顯示大量信息。方案二：使用功能更好的液晶顯示，增加顯示信息的可讀性，看起來更方便。而LCD1602字符點(diǎn)陣液晶模塊有明顯的優(yōu)點(diǎn)：微功耗，尺寸小，超薄輕巧，顯示信息量大，字跡美觀，視覺舒適，而且容易控制。經(jīng)比較，故選用方案二進(jìn)行設(shè)計(jì)。3.單元模塊設(shè)計(jì)3.1LM7805集成穩(wěn)壓器模塊LM7805系列為三端穩(wěn)壓集成電路,TO-220封裝，能提供多種固定的輸出電壓，應(yīng)用范圍廣。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。雖然是固定穩(wěn)壓電路，但使用外接元件，可獲得不同的電壓和電流。主要特點(diǎn)：輸出電流可達(dá)1A;輸出電壓有：5V;過熱保護(hù);短路保護(hù);輸出晶體管SOA保護(hù)。3.2A/D轉(zhuǎn)換器接口ADC0809模塊⑴性能特點(diǎn)ADC0809是一種8路模擬輸入的8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，為CMOS型單芯片器件。其內(nèi)部除8位A/D轉(zhuǎn)換電路外，還有一個(gè)8路模擬開關(guān)，其作用可根據(jù)地址譯碼信號(hào)來選擇8路模擬輸入而共用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器。圖3-3ADC0809引腳圖(2)ADC0809與AT89S51接口設(shè)計(jì)如圖所示。3.3總體電路介紹直流電子負(fù)載最基本的工作模式是定電流模式和定電壓模式。3.4典型器件介紹3.41MOSFET場效管MOS型晶體管的特點(diǎn)是特別適合于開關(guān)狀態(tài)工作，因?yàn)樗驅(qū)〞r(shí)的電阻極小，而且開關(guān)速度快，所以是一種理想的開關(guān)元件。1、MOS型場效應(yīng)管的輸出特性曲線MOS型場效應(yīng)管的輸出特性曲線如圖所示；其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。圖2-15MOS型場效管輸出特性曲線圖2-16MOS場效管內(nèi)部結(jié)構(gòu)2、MOS型場效應(yīng)管的選型鑒于MOS管的良好開關(guān)特性，在此次設(shè)計(jì)中，對(duì)被測電源功率的控制，也就是對(duì)電流的控制，決定選用場效管IRFP540。MOSFET場效管IRFP540參數(shù)：①漏極－源極擊穿電壓Vdss=250V；②靜態(tài)導(dǎo)通電阻Rds(on)=0.14；③漏源連續(xù)導(dǎo)通電流Id=23A。3.4.2集成運(yùn)放在本設(shè)計(jì)中，電流信號(hào)的檢測放大部分、單片機(jī)控制功率信號(hào)輸出部分，以及場效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)部分，均應(yīng)用集成運(yùn)放芯片進(jìn)行信號(hào)的放大及處理。以下對(duì)應(yīng)用到的運(yùn)放功能作進(jìn)一步介紹。集成運(yùn)放基本反相放大電路應(yīng)用圖2-17集成運(yùn)放基本反相放大電路①圖2-17為運(yùn)放基本反相放大電路。圖中R1為輸入隔離電阻，Rf為負(fù)反饋電阻，Rp為平衡電阻。Rp＝R1//Rf。Rw為調(diào)零電位器。電路的閉環(huán)放大倍數(shù)為Avf＝－Rf／R1。代入電阻數(shù)值，電路的Avf值為100。負(fù)號(hào)表示輸出電壓與輸入電壓相位相反。電路的輸入電阻為R1，若要保證電路放大倍數(shù)足夠大，則Rf值勢必要相應(yīng)的增大。這將使電路的精度下降、漂移增大。所以基本反相放大器只適用于輸入阻抗要求不高的場合。②基本反相放大電路的調(diào)整方法：先將輸入端接地，細(xì)心調(diào)整Rw調(diào)零電位器，使輸出電壓為零。為減少輸入基極電流造成的誤差，應(yīng)使平衡電阻Rp等于R1和Rf的并聯(lián)。在實(shí)際調(diào)整中，應(yīng)根據(jù)實(shí)測結(jié)果對(duì)Rf值進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以滿足所需增益的要求。⑵集成運(yùn)放基本同相放大電路應(yīng)用圖2-18運(yùn)放基本同相放大電路①圖2-18為運(yùn)放基本同相放大電路。同相放大電路閉環(huán)放大倍數(shù)計(jì)算公式為：Avf＝1＋R3/R2由公式可見，選用系列電阻時(shí)，閉環(huán)放大倍數(shù)不容易為整數(shù)。②電路的調(diào)整方法和注意事項(xiàng)將輸入端接地，調(diào)整調(diào)零電位器R4，使輸出電壓為零。同相放大器將引入等于輸入信號(hào)的共模電壓，這將對(duì)運(yùn)放的輸入共模電壓范圍提出較高的要求。也就是說，同相放大器的輸入信號(hào)不得超過運(yùn)放的輸入共模電壓范圍。在作為跟隨器使用時(shí)，跟隨精度與共模抑制比直接有關(guān)。4.系統(tǒng)調(diào)試主控芯片為AT89S52，晶振為12M，由于處理器速度滿足全部功能的實(shí)現(xiàn)，故用通俗明了的C語言編寫源程序。系統(tǒng)的軟硬件安裝、設(shè)計(jì)完成后，逐一調(diào)試，改變檢測端的電壓電流值，達(dá)到主控芯片與ADC0809芯片的最佳配合；然后調(diào)試單片機(jī)檢測的各個(gè)功能：AD轉(zhuǎn)換、液晶顯示、轉(zhuǎn)換精度等。本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在硬件的設(shè)計(jì)與調(diào)試。4.1軟件系統(tǒng)調(diào)試軟件調(diào)試是在KeiluVision4下進(jìn)行，源程序編譯及仿真調(diào)試采用分段或以子程序?yàn)閱挝恢饌€(gè)進(jìn)行，最后結(jié)合硬件實(shí)時(shí)調(diào)試。具體程序如下：主程序：開始AD采集與轉(zhuǎn)換開始AD采集與轉(zhuǎn)換系統(tǒng)初始化數(shù)據(jù)處理向液晶寫數(shù)據(jù)顯示液晶顯示子程序：液晶初始化液晶初始化調(diào)用液晶顯示程序?qū)憯?shù)據(jù)寫地址AD采集與轉(zhuǎn)換子程序：開始采集，選擇通道號(hào)i（i=3）。開始采集，選擇通道號(hào)i（i=3）。ADC0809初始化延時(shí)，以等待完成轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換出的數(shù)字量準(zhǔn)備轉(zhuǎn)換下一通道4.2硬件系統(tǒng)調(diào)試硬件調(diào)試時(shí)，可先檢查萬用板及焊接的質(zhì)量是否符合要求，有無虛焊點(diǎn)及線路間有無短路、斷路。然后用萬用表檢測，檢查無誤后，可通電檢查LED液晶顯示器亮度情況，一般情況下取電壓為3～5.5V及一定的限流即可得到滿意的效果。模擬電路模塊的調(diào)試（主要考慮功率問題）：模擬電路模塊的調(diào)試是硬件系統(tǒng)調(diào)試的重點(diǎn)，關(guān)鍵在于確定合適的元件，使電路各個(gè)部分工作正常，且在整體工作時(shí)不會(huì)出現(xiàn)各級(jí)電路間的干擾。直流電子負(fù)載模擬電路元件的確定上，首先需要考慮電路的功率問題。因?yàn)殡娮迂?fù)載測量的是電源，如果負(fù)載電路中功率過大（主要由電流過大引起），不僅會(huì)燒掉電路中的電阻和場效應(yīng)管，而且也會(huì)超出被測電源的額定功率，使被測電源的輸出值不穩(wěn)定，甚至跳零。因此在元件的選擇上，應(yīng)選擇不易燒掉的功率元件，然后再調(diào)節(jié)負(fù)載端的電阻阻值，使整個(gè)電路的電流處于一個(gè)合適的范圍?？傮w電路圖：硬件設(shè)計(jì)需要考慮下列幾點(diǎn)：1、系統(tǒng)的擴(kuò)充與外圍裝置，應(yīng)充分滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求，并留一些擴(kuò)充槽，以便進(jìn)行二次開發(fā)。2、硬件結(jié)構(gòu)應(yīng)結(jié)合應(yīng)用軟件一并考慮。軟件有執(zhí)行的功能盡可能由軟件來執(zhí)行，以簡化硬件結(jié)構(gòu)。但是必須注意，由軟件執(zhí)行硬件的功能，其響應(yīng)時(shí)間比直接使用硬件要長，且占用CPU時(shí)間。3、可靠性及抗干擾設(shè)計(jì)及其重要的部分，包括器件選擇、電路板布線，通道隔離等。4、單片機(jī)微處理器外接電路較多時(shí)，必須考慮其驅(qū)動(dòng)能力，驅(qū)動(dòng)能力不足時(shí)，系統(tǒng)工作不可靠。解決辦法是增加驅(qū)動(dòng)能力，或減少IC功耗。5、沒有使用到的端口引腳（尤其是P0口）應(yīng)接到一個(gè)固定邏輯電位上（0或1），以免受到外界靜電干擾，導(dǎo)致CPU運(yùn)行失常而產(chǎn)生“死機(jī)”。6、IC的VCC與GND之間一般接0.01uF～0.1uF的積層電容，以使電源電壓波的波紋及雜散信號(hào)有所旁路，不致影響該IC的正常運(yùn)行。同時(shí)也可抵消電路的電感性，使整個(gè)電路具有較佳的穩(wěn)定性。5.系統(tǒng)功能5.1系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)的功能基本功能（1）負(fù)載工作模式：恒壓(CV)、恒流(CC)兩種模式可選擇。（2）電壓設(shè)置及讀出范圍：1.00V～20.0V。（3）電流設(shè)置及讀出范圍：100mA～1.5A（4）顯示分辨力及誤差：具有三位半數(shù)顯，相對(duì)誤差小于5%。發(fā)揮功能（1）增加恒阻（CR）模式。5.2系統(tǒng)指標(biāo)參數(shù)測試通過外接可調(diào)電源分別調(diào)節(jié)恒流源和恒壓源兩種模式，并觀察兩種模式下液晶顯示的電壓電流情況。并對(duì)顯示的電壓電流進(jìn)行比較。恒壓模式下系統(tǒng)指標(biāo)參數(shù)表：模式液晶顯示負(fù)載端電壓(=設(shè)定值)液晶顯示負(fù)載端電流輸入電壓（被測電源）恒壓2.00V0.22A5.62V2.00V0.74A15.62V10.0V0.011.13V10.0V0.60A21.13V18.0V0.019.00V18.0V0.20A22.00V由上表可以看出：只要在設(shè)定端給定了一個(gè)穩(wěn)壓值，無論輸入電壓如何變化，負(fù)載端電壓總是恒等于給定的穩(wěn)壓值，流入電子負(fù)載的電流隨被測直流電源的電壓（輸入電壓）變化而變化。恒流模式下系統(tǒng)指標(biāo)參數(shù)表：模式液晶顯示負(fù)載端電流(=設(shè)定值)液晶顯示負(fù)載端電壓輸入電壓（被測電源）恒流0.15.27V5.62V0.115.06V15.62V0.89.16V11.13V0.818.95V21.13V1.515.36V19.00V1.518.29V22.00V由上表可以看出：只要在設(shè)定端給定了一個(gè)恒流值，無論輸入電壓如何變化，負(fù)載端電流總是恒等于給定的恒流值，流入電子負(fù)載的電壓隨被測直流電源的電壓（輸入電壓）變化而變化。5.3系統(tǒng)功能及指標(biāo)參數(shù)分析由以上兩個(gè)參數(shù)表可得：恒壓模式下系統(tǒng)基本滿足恒壓范圍1.00V～20.0V的設(shè)計(jì)要求，恒流模式下系統(tǒng)只能滿足0.1A～1.5A的恒流范圍，恒流范圍不夠大的原因是——流過場效應(yīng)管的電流需要控制在一定范圍，否則會(huì)因電流過大而燒掉場效應(yīng)管，解決的方法是選用功率更大的絕緣型柵極晶體管（IGBT）代替場效應(yīng)管，可惜由于市面上很難買到IGBT且由于時(shí)間倉促，本次設(shè)計(jì)選擇采用場效應(yīng)管。6.設(shè)計(jì)總結(jié)6.1對(duì)設(shè)計(jì)的小結(jié)；設(shè)計(jì)的基于AT89S52單片機(jī)控制的電子負(fù)載，能夠直接檢測被測電源的電流值、電壓值。各個(gè)參數(shù)都能直觀的在液晶上顯示。此電子負(fù)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(duì)電源、變壓器、整流器等電子設(shè)備進(jìn)行輸出特性的測試。但是，本設(shè)計(jì)還存在著很多不足，比如是功率消耗型器件，希望能在以后能改善這方面的缺陷。6.2設(shè)計(jì)收獲體會(huì)；此次設(shè)計(jì)的電子負(fù)載，從最開始的資料搜集，到電路的設(shè)計(jì)；從最開始的元件選型，到電路板的焊接，再到現(xiàn)在的實(shí)物的軟硬件調(diào)試……每一步都充滿了未知與挑戰(zhàn)，在一步步完成設(shè)計(jì)的過程中，不僅使自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)得以綜合，而且培養(yǎng)了創(chuàng)新與嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神。在完成作品的過程中，也由于經(jīng)驗(yàn)不足犯了許多錯(cuò)誤，比如：軟件設(shè)計(jì)時(shí)程序沒有正確的備份，以至于交作品前第4天重新下載修改過的程序后LED屏不顯示，找最后一次備份的程序時(shí)卻沒有找到！后來只能是從第3天較原始的程序重新編寫。定期備份程序、養(yǎng)成良好的編程習(xí)慣至關(guān)重要。遺憾時(shí)間的倉促，以及自身能力所限，此次設(shè)計(jì)存在很多有待改進(jìn)的方方面面，更存在很多低級(jí)的錯(cuò)漏和失誤的地方，望通過進(jìn)一步學(xué)習(xí)，能在不久的將來更上一層樓。6.3對(duì)設(shè)計(jì)的進(jìn)一步完善的建議。（1）選材方面：本設(shè)計(jì)應(yīng)把功率問題放在第一位，負(fù)載端的功率控制型器件及電阻應(yīng)選用功率較大的，如功率控制型器件選用IGBT。（2）操作性方面：在單片機(jī)控制部分，還可以做得更智能化，比如通過使用矩陣鍵盤選擇不同的工作模式、工作參數(shù)，且在液晶上顯示出來。（3）整體結(jié)構(gòu)方面：設(shè)計(jì)前應(yīng)考慮作品完成后的整體結(jié)構(gòu)，布局上還可以更美觀實(shí)用。（4）工作性能方面：設(shè)計(jì)中還可以加上過流保護(hù)電路，保證電路工作的安全性。使不同型號(hào)的集成運(yùn)算放大器和功率控制型器件的配合達(dá)到最佳，從而使系統(tǒng)的快速性更好。7.參考文獻(xiàn)[1]《電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分（第五版）》，康華光主著，北京：高等教育出版社，2006年1月[2]《電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分（第五版）》，康華光主著，北京：高等教育出版社，2006年1月[3]《單片機(jī)原理與接口技術(shù)》，肖金球編著，北京：清華大學(xué)出版社，2004年12月[4]《〈單片機(jī)原理及應(yīng)用〉實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書》，湯秀春、吳黎明、鄧耀華、王桂棠著，廣州：廣東工業(yè)大學(xué)信息工程學(xué)院，2010年3月[5]《傳感器原理及應(yīng)用》，張洪潤等編著，北京：清華大學(xué)出版社，2008年7月8.附錄8.1主要元器件明細(xì)表編號(hào)名稱型號(hào)數(shù)量151單片機(jī)AT89S5212AD轉(zhuǎn)換芯片ADC080913功率場效應(yīng)管IRF54034運(yùn)算放大器NE553235液晶屏LCD160216功率電阻0.6Ω、1Ω、10Ω各37電阻1kΩ、9kΩ、100kΩ48電位器901319穩(wěn)壓管LM7805210排阻10K18.2儀器設(shè)備清單編號(hào)名稱型號(hào)/備注數(shù)量1萬用表科賽爾DT9205A12電烙鐵內(nèi)熱式13吸錫器14焊錫焊錫量50%2卷5松香1盒6剪鉗17鑷子18DC12V電源18.3電路圖圖紙8.3.1控制部分8.3.28.4程序清單/*****預(yù)處理*****/#include"reg52.h"#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitST=P3^3;sbitOE=P3^5;sbitEOC=P3^4;sbitCLK=P3^6;sbitrs=P3^1;sbiten=P3^2;sbitws=P3^0;ucharm,I;ucharADgetdata[3];//用來存儲(chǔ)AD4個(gè)通道轉(zhuǎn)換出的數(shù)字量uintAD_temp[3];ucharZEN2[3],ZEN[3],XIAOSHU[3],XIAOSHU2[3];//保存AD轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)的各個(gè)權(quán)重位ucharcodetd[]={0x00,0x10,0x20};//A,B,C分別接P1^4,P1^5,P1^6三個(gè)引腳，選通IN0，1，2/**********延時(shí)函數(shù)************/voiddelay_ad(uinta){ uintb; for(;a>0;a--) for(b=150;b>0;b--);}/*********CLK定時(shí)器初始化***********/voidInitDac0809(){ TMOD=0x02; // 模式2 TH0=254; // TL0=254; TR0=1; // 開定時(shí)器 ET0=1; // 允許定時(shí)器 EA=1; // 開總定時(shí)器} /******************************1602液晶顯示******************************/voiddelay_yejin(uintz) //延時(shí)函數(shù){uintx,y;for(x=z;x>0;x--)for(y=110;y>0;y--);}voidwrite_com(ucharcom) // 寫地址{rs=0;en=0;P0=com;delay_yejin(5);en=1;delay_yejin(5);en=0;}voidwrite_date(uchardate) // 寫數(shù)據(jù){rs=1;en=0;P0=date;delay_yejin(5);en=1;delay_yejin(5);en=0;}voidinit_yejin() //液晶初始化{ws=0; en=0; write_com(0x38); write_com(0x0c); write_com(0x06); write_com(0x01); write_com(0x80); write_date('V'); write_date('1'); write_date(':');}/***********T0中斷服務(wù)程序************/voidTimer0()interrupt1{CLK=~CLK;}/***********AD轉(zhuǎn)換函數(shù)**********/voidstartadc(){ uchari,m=0;//重新定義了參量m，全局變量m不可見 for(i=0;i<3;i++) { P1=td[i];//選擇通道號(hào)，控制轉(zhuǎn)化哪一個(gè)模擬量 OE=0; ST=1; ST=0; delay_ad(1);//延長1ms，以等待完成轉(zhuǎn)化 while(!EOC);//EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束的標(biāo)志 OE=1; ADgetdata[m]=P2;//將轉(zhuǎn)換出的數(shù)字量存儲(chǔ)在分配的空間內(nèi) OE=0; m++;//