毕业论文-直流电子负载恒流源

存档编号赣南师范学院学士学位论文直流电子负载恒流源的设计教学学院届别专业学号姓名指导教师完成日期赣南师范学院2014届本科生毕业论文（设计）作者声明本毕业论文（设计）是在导师的指导下由本人独立撰写完成的，没有剽窃、抄袭、造假等违反道德、学术规范和其他侵权行为。对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。因本毕业论文（设计）引起的法律结果完全由本人承担。毕业论文（设计）成果归赣南师范学院所有。特此声明。作者专业：作者学号：作者签名：201年月日（手填时间）赣南师范学院2014届本科生毕业论文（设计）直流电子负载恒流源的设计DCelectronicloadcurrentsource201年月日赣南师范学院2014届本科生毕业论文（设计）I摘要本设计最终实现直流电子负载恒流源的设计：在规定的使用环境中，无论输入电压在允许范围内如何变化，其输出都将按设定值保持电流恒定。输出电流的大小可以通过按键进行设定，设定值及与电路相关的物理量通过液晶LCD显示。电子负载恒流源的基本原理是通过自动控制功率管的导通角和导通时间，依赖于功率管的耗散功率变化从而实现电路输出的电流恒定。单片机通过D/A转换后给出相应的电流作为基准电流，控制环路依赖这个基准电流和实际电流对功率管的导通角和导通时间进行控制，从而产生功率管的内阻变化最终实现输出电流的恒定。整个系统主要包括电源模块、设定数据输入模块、单片机处理模块、D/A输出模块、反馈控制电路模块、A/D数据采集模块、显示模块，通过软硬件的协同配合来实现。关键词：恒流源；恒流模式；PI调节器；D/A转换；A/D转换AbstractThisdesignultimatelydrivenbytheconstantcurrentsourceofDCvoltage:usedinapredeterminedenvironment,regardlessofhowtheinputvoltageiswithintheallowablevariationrange,theoutputwillhaveaconstantholdingcurrentsetpoint.Magnitudeoftheoutputcurrentcanbesetbypressingabutton,thesettingsandthephysicalquantityrelatedtothecircuitviatheLCDdisplay.Cross-flowregulatoristhesourceofthebasicprinciplesofconductionangleandon-timebyautomaticallycontrollingthepowertube,powertubedissipationdependsonthechangesinordertoachieveconstantcurrentpowercircuitoutput.MicrocontrollerthroughtheD/Aconverterisgivenasareferencecurrentcorrespondingcurrentcontrolloopdependonthereferencecurrentandtheactualcurrentconductionangleandon-timecontrolofthepowertube,resultinginchangesinresistanceandultimatelypowertubetheoutputcurrentconstant.Theentiresystemincludingpowermodules,settingdatainputmodule,single-chipprocessingmodule,D/Aoutputmodule,the赣南师范学院2014届本科生毕业论文（设计）Ifeedbackcontrolcircuitmodule,A/Ddataacquisitionmodule,displaymodule,throughsynergyofhardwareandsoftwaretoachieve.Keywords:Cross-flowsource;constantcurrentmode;PIregulator;D/Aconverter;A/Dconversion赣南师范学院2014届本科生毕业论文（设计）目录引论.............................................................-1-1.设计任务分析及方案论证...........................................-2-1.1系统设计任务与要求............................................-2-1.2设计任务与要求分析............................................-2-1.3总体设计方案及论证............................................-2-2.硬件设计.........................................................-4-2.1单片机最小系统................................................-4-2.2输入模块......................................................-5-2.3显示模块......................................................-5-2.4D/A输出模块..................................................-6-2.5A/D采样模块..................................................-7-2.6PI控制器和硬件电路图........................................-9-2.7电源电路的设计...............................................-11-3.软件设计........................................................-12-3.1按键输入子程序...............................................-12-3.2液晶显示子程序...............................................-13-3.3D/A转换控制子程序...........................................-13-3.4A/D数据采集子程序...........................................-13-4.系统调试........................................................-14-4.1硬件调试.....................................................-14-4.2软件调试.....................................................-14-4.3综合调试.....................................................-15-5.结论............................................................-16-致谢............................................................-17-参考文献..........................................................-18-附录一电路原理图................................................-19-附录二设计源程序................................................-20-赣南师范学院2014届本科生毕业论文（设计）-1-引论电源是我们在学习、生活、工作和研究各个领域都要用到的重要工具之一，常见的电源一般有交流电压源和直流电压源，另一方面恒流源也是我们经常需要用到的电源。由于我们经常可以获得的电源一般为电压源，为满足日常生活和实验研究中对的需求，根据电子负载原理制作一个恒流源。它能将直流电压源转换为，操作简单输出稳定。随着电力电子技术的、计算机技术和自动控制技术的迅速发展，为电源检测技术带来了革命性的变化。由于铁道电气化供电、电气牵引、信号控制、无线通信、计算机指挥调度中心及家庭日常生活等应用领域都在大量应用各种各样的电源，因此人们对电子负载的需求越来越多，对其性能要求也越来越高。而传统的电源检测技术面临着极大的挑战。为准确检测电源的可靠性和带载能力，因此把电力电子技术和微机控制技术有机地结合起来，实现电源的可靠检测。电子负载可以模拟真实环境中的负载（用电器）。它有恒流、恒阻、恒压和恒功率功能，以及短路，过流，动态等等，应该说所有的电源厂家都会有用，而且也必须有。电子负载分为直流电子负载和交流电子负载，由于电子负载的应用方面问题，直流电子负载应用比较广泛，本文主要介绍其中恒流源的设计。赣南师范学院2014届本科生毕业论文（设计）-2-1.设计任务分析及方案论证1.1系统设计任务与要求（1）无论输入电压如何变化（在一定的范围内），流过该恒流源的电流恒定，且电流值可设定于100mA-2A，设置精度10mA；能将输入电压值、设定电流值及恒流源实际输出电流值通过LCD液晶屏或LED数码管显示出来。1.2设计任务与要求分析本设计要实现的功能是：不管输入的电压如何变化，输出的电流恒定在设定值保持不变，其中设定电流值可在100mA到2A内手动调节，并且将设定值、输入电压值、输出电流值显示出来。根据功能设定，可以将系统大致分为成三个功能模块：输入模块、显示模块、控制模块。其中控制模块最为复杂，也是本设计的核心所在。1.3总体设计方案及论证按照系统的设计功能所要求，得出以下两种选择方案：方案一：系统原理如图1-1所示，采用传统的电子负载设计方式，通过简单的比较器电路作为反馈来控制MOSFET的栅极电压，控制导通从而达到其内阻变化的目的。图1-1方案一系统设计赣南师范学院2014届本科生毕业论文（设计）-3-方案二：系统原理如图1-2所示，采用STC89C52单片机作为核心组件控制，使用键盘输入设定电流值，D/A转换产生电压值作为参考电压控制PI调节器形成核心控制环路，对MOS管的导通角进行控制，从而达到整个电路输出的电流在输入电压改变情况下保持恒定的效果。通过A/D转换采集电路的输入电压和输出电流后将其数据直观的显示在液晶屏上。图1-2方案二系统模块框图经比较上述两种方案可知，传统的设计方案主要靠硬件实现，不便于操作和调节，调节反馈电路过于简单，只能实现功率管的导通和截止两种极限状态，不能够稳定精确的实时调节功率管导通角。方案二中采用键盘输入设定电流值，并采用PI调节器做为反馈电路对功率管进行有效控制，可以实时控制其导通量，实现无静差的调节。通过上述分析和比较，采用方案二完成本设计。赣南师范学院2014届本科生毕业论文（设计）-4-2.硬件设计单片机是整个系统的控制中枢，它指挥外围器件协调工作，从而完成特定的功能，硬件实现上采用模块化设计，每一模块只实现一个特定功能，最后再将各个模块搭接在一起，这种设计方法可以降低系统设计的复杂性，本系统主要硬件设计包括单片