东华理工大学毕业论文（论文） 第一章 电子负载系统设计方案
此时负载电流与输入电压的乘积等于负载功率设定值，即负载功率保持设定值不变。 本电子负载机实现了在恒流模式下一定范围内的正常工作，PI调节器的基准电压由单片机D/A转换输出。用A/D转换器与单片机连接把电路中电压电流的模拟信号转换为数字信号，然后用液晶显示方式显示出即时的电压电流。
1.2 系统设计要求
根据电子负载的原理，设计出实现恒流模式下的电子负载：能够检测被测电压型电源的电流、电压及功率并由液晶显示。在额定使用环境下,恒流方式为不论输入电压如何变化（在一定范围内），电子负载将根据设定值来吸收电流，流过该电子负载的电流恒定。
设计出最大功率为 100W，电流O一20A，电压O一50V的直流电子负载。
1.3 系统总体设计方案论证
根据系统的设计要求，得出以下三种方案：
方案一：如图1-1所示，运用传统的电子负载设计方式，通过比较器的比较结果及反馈来控制MOSFET的栅极电压，从而达到其内阻变化的目的。
方案二：如图1-2所示，采用了单片机作为核心控制器，设计了AD电压电流检测电路、键盘电路、液晶显示电路和驱动电路，ATmegal6单片机为核心处理器。键盘、串口通讯和LCD实现人机交互，MOS管电路为电子负载主电路。单片机输出一定占空比的PWM控制信号，控制功率电路MOS管的导通和关断时间，来获得实际所需的工作电流、电压。电路中的检测电路为电压、电流负反馈回路，通过A/D采集到单片机，与预置值进行比较，作为单片机进一步调节PWM占空比的依据。
图1-1 传统的电子负载设计
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东华理工大学毕业论文（论文） 第一章 电子负载系统设计方案
显 示 Atmeg A/D 转换 电流检测 电压检测 按键输入 PWM 控制 功率控制
图1-2 方案二系统设计模块
方案三：为便于控制的实现和功能的扩展，如图1-3所示为新型电子负载设计系统模块框图。采用了STC89C52 单片机作为核心控制器，设计了DA输出控制电路、AD电压电流检测电路、键盘电路、液晶显示电路和驱动电路，通过软、硬件的协调配合，实现了整个设计。通过运放、PI调节器及负反馈控制环路，是整个电路的核心实质，来控制MOSFET的栅极电压，从而达到其内阻变化。MOS管在这里既作为电流的控制器件同时也作为被测电源的负载，通过PI调节器控制MOS管的导通量，从而达到流过该电子负载的电流恒定，实现恒流工作模式。
VerfLCD显示D/A转化PI调节器UfMOS管R被测电源STC89C52单片机RR键 盘A/D转化电流检测A/D转化电压检测图1-3 方案三系统模块框图
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东华理工大学毕业论文（论文） 第一章 电子负载系统设计方案
经过比较，传统的设计方案主要靠硬件实现，成本较高。而且采用运放进行比较控制MOS管只有通和断两种情况，不能实现逐渐改变MOS管导通角的变化，不易控制。方案二通过单片机输出一定占空比的PWM控制信号，控制MOS管的导通和关断时间，来获得实际所需的工作电流、电压。这对于占空比的细调节不易控制，误差较大。方案三采用通过软、硬件的协调配合，实现了整个设计。通过运放、PI调节器及负反馈控制环路，能够较精确的控制MOS管的导通量，实现无静差的调节。故整个设计采用方案三。
1.4 系统具体设计方案
电子负载系统由软、硬件共同组成。考虑到价格、工作速度、开发成本和可靠性等因素，合理地分配了硬件和软件资源，对于某些既可用硬件实现，又可用软件实现的功能，在进行设计时，充分考虑了硬件和软件的特点，高效地分配其资源，协调其功能。
电子负载系统的硬件部分包括以下部分： （1） 单片机的选择与I/O的分配 （2） 液晶显示模块 （3） 键盘模块 （4） D/A转换模块
（5） A/D转换电压电流采样模块
（6） 电流取样PI控制器等组成的负反馈控制模块 （7） 电源电路模块
电子负载系统的控制程序，包括以下部分:
(l)人一机联系程序。包括按键信息输入程序和液晶显示输出程序等。 (2)数据采集和处理程序。主要是D/A转换程序、A/D转换程序、电压电流采样程序。
本制作的电子负载，主要实现其恒流工作模式，如图1-3所示为方案三系统模块框图。电路的核心实质是一个电流取样PI控制器负反馈控制环路，MOS管在这里既作为电流的控制器件同时也作为被测电源的负载。PI控制器控制MOS管的导通量变化与截止，从而达到保持电流恒定的目的。控制部分采用STC89C52单片机来完成，设定值通过键盘输入送往单片机，再通过DA输出电路产生基准电压送往PI控制器与实际电压相比较，基准电压与实际电压相比较的偏差控制MOS管的导通量变化与截止，从而达到保持电流恒定的目的。用A/D转换器把电路中的电压电流的模拟信号转换为数字信号，通过单片机来控制转化，然后用液晶显示显示出即时的电压电流。
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东华理工大学毕业设计（论文） 第二章 电子负载硬件系统设计
第二章 电子负载硬件系统设计
2.1 核心处理器的设计
核心处理器负责控制与协调其他各个模块工作，并进行简单的数字信号处理。在整个电子负载系统中，主控器是系统的控制中心，其工作效率的高低关系到系统效率的高低以及系统运行的稳定性。设计过程中用单片机作为主控制器。
方案一：采用ATMEL 公司的AT89C51,51单片机价格便宜，应用广泛，实现较为复杂。但烧程序就不方便。
方案二：STC89C51与AT89C51基本性能相同，但STC89C51 RMB较多,8K flash,串口可以直接烧程序，可以和Keil直连。
本设计采用Keil软件实现其软件部分的设计，故选择方案二。
P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5VCCP1.6P1.712345678U1P1.0(T2)P1.1(T2EX)P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P3.3(INT1)P3.2(INT0)P3.5(T1)P3.4(T0)EA/VPPXTAL1XTAL2RSTP3.7(RD)P3.6(WR)(AD0)P0.0(AD1)P0.1(AD2)P0.2(AD3)P0.3(AD4)P0.4(AD5)P0.5(AD6)P0.6(AD7)P0.7(A8)P2.0(A9)P2.1(A10)P2.2(A11)P2.3(A12)P2.4(A13)P2.5(A14)P2.6(A15)P2.7VCCGND(RXD)P3.0(TXD)P3.1ALE/PROGPSEN39383736353433322122232425262728P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7JP2P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5VCCVCCGND12345678S17R101KR910KC110uFP3.313P3.212P3.515P3.414C32VCC311918Y1RST9130PC430PP3.717P3.61640VCC20GND10113029液晶 显示插座
RST图2-1 STC89C52单片机与液晶显示模块连接电路
表2-1 单片机I/O口分配
I/O口 P0.0--P0.7 P1.0—P1.3 P1.0—P1.4 应用 4×4矩阵键盘输入 D/A转换输出 液晶显示模块 I/O口 P2.2—P2.7 XTAL1--XTAL2 RESET 应用 A/D采样输入 时钟输入 单片机复位信号
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东华理工大学毕业论文（论文） 第二章 电子负载硬件系统设计
单片机总控制电路如图2-1所示：STC89C52单片机在系统中主要实现以下功能:设定值通过D/A转换输出基准电压；实际工作电压、电流A/D采样；LCD显示；键盘输入等。表2-1为电子负载系统中STC89C52的I/O口分配连接情况。
2.2 显示模块的设计
方案一：采用数码管显示。数码管具有接线简单、成本低廉、配置简单灵活、编程容易、对外界环境要求较低、易于维护等特点。电压和电流的显示可以用数码管，但数码管显示的信息量有限，只能显示简单的数字，其电路复杂，占用的系统I/O资源较多，显示信息少，不宜显示大量信息。
方案二：考虑到本系统中显示的内容以及系统的实用性，采用液晶显示（LCD）。液晶显示具有功耗低、体积小、质量轻、无辐射危害、平面直角显示以及影响稳定不闪烁、画面效果好、分辨率高、抗干扰能力强等优点。点阵式LCD不仅可以显示字符、数字，还可以显示各种图形、曲线及汉字，并且可以实现屏幕上下左右滚动、动画、闪烁、文本特征显示等功能。
本次设计中要测量实际的电压电流值，采用的是Nokia 5110液晶显示模块可以显示出电压电流等汉字，一面了然、外观比较好看。而且液晶显示功耗低、体积小、质量轻、无辐射危害，与单片机连接较简单。故经过比较选择方案二
Nokia 5110液晶显示特点：
（1) 性价比高，可以显示15个汉字、30个字符，价格相对便宜； （2) 接口简单，仅四根I/O线即可驱动；
（3) 速度快，是LCD12864的20倍，是LCD1602的40倍；
（4) Nokia5110工作电压2.3V，正常显示时工作电流200uA以下，具有掉电模式，适合电池供电的便携式移动设备。
MOSILCD液晶显示STC89C52MOSISPI时钟生成器
图2-2 单片机与LCD通信
如图2-1所示为STC89C52单片机与液晶显示模块连接电路。如图2-2所示为单片
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