直流电子负载大功率程控直流电子负载仪研制—软件设计

1、毕业论文（设计）开题报告装订线论文（设计）题目大功率程控直流电子负载仪研制-软件设计学部专业学科学生蓝志文指导教师职称1.课题来源及意义在电子技术应用领域，经常要对开关电源、线性电源、变压器、整流器、电池、充电器等电子设备进行测试，怎么对其输出特性进行可靠、全面的比较简单、快捷的测试，一直是仪表测试行业研究的问题。传统的测试方法中一般都采用电阻、滑线变阻器、电阻箱等充当测试负载，但这些负载不能满足我们对负载多方面的要求，如：恒定电流的负载；带输出接口的负载；随意调节的负载、恒功率的负载、动态负载；多输出端口的负载等。而现在新型多功能电子负载，可为测试电源提供多种模拟负载，实际应用中对负载特性的

2、要求进行设置，满足了我们对负载的各种要求，解决了开发研制测试中的困难。可编程电子负载是用来测试电源的电子设备（相当于一个真实负载），其可以模拟真实环境中的负载(用电器)，一般对电源要求比较严格的厂家都会用电子负载来检测电源的好坏。它有好多功能，可以调节负载大小，以及短路，过流，动态等等，应该说所有的电源厂家都必须有。所以通过对电子负载的实际应用价值及应用领域分析，对直流电子负载的研制意义重2. 国内外市场现状 市面常见的直流电子负载除美国的安捷伦，NHR 公司AMETEK公司，德国的H&H，日本菊水，韩国UNICORN的国外产品占较大市场份额外，国内厂家如山东艾诺，北京大华无线电仪器厂，南京亚

3、锐，杭州威，博科技台湾的CHROMA和博计等企业的产品的应用量也占了相当大的份额。过去的2011年是我国高功率可程式直流电子负载仪行业发展过程中非常关键的一年，是我国高功率可程式直流电子负载仪行业“十二五”规划的开始年，影响行业发展的新政策、新法规都将陆续出台。转变经济增长方式，严格的节能减排对高功率可程式直流电子负载仪行业的发展都产生了深刻的影响，另外还有来自通货膨胀、人民币升值、人力资源成本上升等等因素的影响；企业内部，产业链各环节竞争、技术工艺升级、出口市场逐步萎缩、产品销售市场日益复杂等问题，都是我国直流电子负载领域所必须面对和亟待解决的。3. 设计概述3.1研究目标 （1）了解基于单

4、片机的电子负载的设计原理和工作原理。 （2）进一步熟悉和掌握单片机的内部结构和工作原理。 （3）通过设计，掌握以单片机为核心的基本方法和技术。 （4）掌握单片机的接口电路及外围电路的设计方法。 （5）熟练编写单片机软件程序并熟悉设计流程。 （6）为今后的工作学习积累经验。3.2直流负载仪设计原理 电子负载的原理是控制内功率MOSFET功率管的消耗或晶体管的导通量（量占空比大小）从而模拟真实环境中的各种负载，由于采用了功率半导体器件替代电阻等作为电能消耗的载体，使得负载的调节和控制易于实现，它能够准确检测出负载电压，精确调整负载电流。同时通过灵活多样的调节和控制方法，不仅可以模拟实际的负载情况，

5、还可以模拟一些非凡的负载波形曲线，测试电源设备的动态和瞬时特性。这是电阻等负载形式所无法实现的。 直流电子可以具备恒定电流、恒定电阻、恒定电压、动态负载及短路负载等工作方式。这里我们主要介绍恒定电流，恒定电压模式。（1） 恒流源方式 恒流源 I/MAU/V预置负载电源 图1.1电子负载恒定电流模式 图1.1是电子负载与被测电源的连接图和外特性图。在恒定电流模式中，在额定使用坏境下，不论输入电压大小如何变化，电子负载将根据设定值来吸收电流。若被测电压在1220V变化，设定电流为5A，则当调节被测电压时，负载上的电流应保持5A不变,而此时负载值是可变的。恒定电流模式能用于测试电压源及AD/DC电源

6、的负载调整率。（2） 恒压方式 图1 .2为电子负载与被测电源连接图和外特性图。在此方式下电子负载将吸收足够的电流来控制电压达到设计值。 恒定电压模式能被适用于测试电源的限流特性。另外，负载可以模拟电池的端电压，故也可以使用与测试电池充电器。U/VI/mA 电压源 预置负载电压 图1.2电子负载恒定电压模式3.3直流电子负载硬件的简单设计模块功率控制：主要作为功率耗散器件。电压检测电路：主要作用是检测被测电源的工作电压和开路电压。电流检测电路：主要是检测被测电源的放电电流。保护电路： 提供对功率管的过流和过压保护。单片机： 单片机是整个电子负载的控制和管理中心，它主要负责按电流和电压检测电路发

7、来的电流电压信息控制耗散器件的放电过程，从而达到既定工作要求。D/A转换电路： 将单片机给出的数字控制信号转换成模拟电压作为驱动电压。A/D转换电路： 将采集到的电压和电流信号转换成数字信号送到单片机。显示电路： 将检测到得电流和电压实时显示在LED显示屏上。按键切换电路 切换电流电压的显示以及电子负载的工作模式。 图1.3电子负载硬件设计框图3.4直流电子负载软件的简单设计模块 此次直流电子负载仪的软件研制预选定比较熟悉的80C51单片机编程软件Keil C51，而鉴于本程序并不是很复杂故采用汇编语言编写。汇编语言编写有如下优势：（1） 汇编语言较C语言是更接近机器码的语言，故占用资源少，程

8、序执行效率高。（2） 汇编语言虽没有C语言较好的移植性，但就直流负载的设计有很多模块可以借鉴。（3） 对于单片机的汇编语言编写相对于C语言的编写更熟悉，容易上手。本次设计主程序流程图如下：等待是否有按键按下开始系统初始化设定值设定调用恒流模式程序调用恒压模式程序是否有按键按下是否有按键按下否否否图1.4程序流程图就此次设计程序预选定以下程序模块：（1） A/D转换模块：将模拟电流电压值转换成单片机可执行的数字信号。（2） D/A转换模块：将单片机的数字信号转换成可显示的模拟信号。（3） LED显示模块：将模拟信号在显示屏上显示。（4） 接受按键中断执行模块：当有按键按下，停止当前指令，转去执行

9、中断命令。（5） 恒压模式数据采集模块及恒流模式数据采集模块。（6） 延时等待子程序模块。 以上模块的子程序均采用主程序调用方法实现。设计进度安排2012年1月3月初：熟悉单片机Keil编程软件，同时进一步搜集和学习直流负载相关资料，初步掌握其原理并画出电路原理图，根据硬件电路原理初步确定软件设计流程，做好软件编程需求分析，确定设计方案。2012年3月初4月中旬：在做硬件同学的配合下，运用编程软件进行直流负载的程序编写，运行和下载调试。2012年4月中旬：完成论文初稿及修改。2012年5月初：进行论文定稿，准备答辩。参考文献1 李全利，仲伟峰，徐军。单片机原理及应用M。北京：清华大学出版社，2006.22晁阳。单片机MCS-51原理及应用开发教程M 。北京：清华大学出版社，2007.103杨恢先，黄辉先。单片机原理及应用M。北京：人民邮电出版社，2007.14王永山，杨宏五，杨婵娟。微型计算机原理与应用M。西安：西安电子科技大学出版社，1999.125吴文进，