基于单片机的智能电子负载系统设计

摘要

本设计介绍了基于51系列单片机为控制单元，以模数转换器ADC0809测量电压电流参数，以数模转换器DAC0832输出控制电压，通过运算放大器对电流电压信号的比较放大，直接控制大功率场效管的通过电流值，吸收电源提供的大电流,从而模拟复杂的负载形式、测试电能输出装置或转换装置的输出性能。在对比传统测试所用的静态负载的基础上, 提出新型电子负载的概念, 并作了原理和电路分析及电路调试, 同时进行了功能完善及性能改善的探讨。实验证明, 该装置解决了传统测试中用电阻、电阻箱、滑线变阻器等模拟不了复杂负载的问题，能对测试电源进行恒电阻负载测试，恒电压负载测试和恒电流负载测试。

在对大功率直流电源的带负载能力测试试验中，本设计更显其自身的优越性。若对场效管进行扩展，此设计测试的最大电流可达±75A，测试最大负载功率可达500瓦。完全满足日常生活中大部分电源的带负载能力测试工作。

关键词：电子负载；单片机（MCU）；数模（D/A）；模数（A/D）。

目录

1  电子负载的原理及概述 1

1.1  电子负载的定义 1

1.2  电子负载的工作方式 1

1.2.1恒定电流方式 2

1.2.2恒定电阻方式 2

1.2.3恒定电压方式 3

1.3  电子负载设计模块方框图 3

2  电流、电压的测量技术 4

2.1  电流的测量 4

2.1.1电流的检测方法 4

2.1.2几种常用电流传感器的性能比较 5

2.1.3 ACS750型集成电流传感器的原理与应用 5

2.2  电压的测量 6

3  模数、数模与单片机接口技术 8

3.1  D/A转换器接口 8

3.1.1典型D/A转换芯片DAC0832 8

3.1.2运算放大器的考虑 10

3.2  A/D转换器接口 10

4  系统硬件设计 13

4.1  系统显示模块 13

4.2  MOSFET场效管的应用 14

4.2.1 MOS型场效应管的特点 14

4.2.2 MOS型场效应管的输出特性曲线 14

4.2.3 MOS型场效应管的选型 15

4.3  基准电源的产生 15

4.3.1 TL431介绍 15

4.3.2 TL431的应用 16

4.4  集成运放的应用 18

4.4.1 集成运放基本反相放大电路应用 18

4.4.2 集成运放基本同相放大电路应用 19

4.4.3 集成运放基本差动放大电路应用 19

4.5  AT89S51单片机的应用 20

4.5.1 AT89S51单片机性能特点 20

4.5.2 AT89S51各引脚图及各管脚功能 21

4.6  系统保护电路的设计 23

4.6.1过流保护 23

4.6.2 过压、短路保护 24

5  系统软件设计 25

5.1  汇编程序设计概述 25

5.2  模块式子程序设计 26

5.2.1  ADC0809模数转换子程序设计 26

5.2.2  DAC0832数模转换子程序设计 27

5.3  电子负载程序设计流程图 27

6.1 硬件系统的可靠性设计 30

6.1.1硬件系统的可靠性设计 30

6.1.2 硬件系统可靠性设计所注意事项 30

6.2 软件系统的可靠性设计 31

6.2.1指令冗余 32

6.2.2拦截技术 32

6.2.3软件“看门狗”技术 33

7  结论 35

致谢 36

参考文献 37

附录：电子负载设计程序 38