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DIY 电子负载系统设计思想：１、想了解手中各种电源、电池特性，电子负载必不可少２、设计制作不同类型电子负载，享受体验各自特性，所以做了两个：无源型与有源型３、花钱要尽可能少，最大程度利用手中现有设备完成数据采集自动化４、外观设计尽可能具有自己的个性风格一、无源电子负载二、简介：１、电路尽可能简单、花钱要尽可能少２、避开每次使用都用万用表监视调整负载电流３、使热量尽可能均匀分布在一块电路板上，免去外加散热器４、手中各种锂电比较多，打算专门为锂电服务５、基于以上几点反复思考决定使用六片AMS1117-1.2（0.2元/片）完成恒流每路一片AMS1117-1.2，恒流100mA，六路最大负载电流总和为600mA六片AMS1117-1.2均匀分布在一块电路板上，刻电路板时尽量保存覆铜加强散热６、用5个拨号开关设定电流5个拨号开关全部关断时，负载电流为100mA，每接通一个开关，增加100mA７、用较厚的不锈钢带将电路板链接在底座上８、适应电压范围：最小电压为2.7V，最高适应电压由AMS1117-1.2决定９、用手中VC86D(带USB电脑接口)万用表完成数据采集自动化二、有源电子负载简介：１、电路尽可能简单、花钱要尽可能少，服务于各种电源、电池２、核心元器件为：IRF520（1.9元/个）、LM358P（0.2元/片）、TL431（0.1元/个）３、在铝合金门窗加工点寻找一块料头做散热器，整体设计围绕这块铝合金料头４、铝合金料头是块方管，为了解决散热通风，在下面开个长方形口使得散热对流获得改善，同时还可以用小风扇从下面往上吹进行强制散热５、LM358P内部两个运算放大器，实际用一个就可以，避免浪费，两个运算放大器全部使用其中一个做采样放大，将电流采样信号最大值放大到2.5V，与TL431基准电压相同另一个接IRF520，去调整稳定负载电流６、电流取样电阻为0.068Ω无感陶瓷电阻（过两天到货，暂时用0.22Ω普通电阻，电流只能达到1A）７、用较厚较宽的不锈钢带将电路板链接在底座上８、电流可调范围在0～3A之间，1A时最低适应电压可达0.5V以下，最高适应电压由IRF520决定功耗8W以内不需要扇强制散热，加风扇强制散热功率至少提高一倍９、同样用手中VC86D(带USB电脑接口)万用表完成数据采集自动化三、电路图与改进改进：１、有源电子负载改进我没有制作电路板套餐，只能刀刻如果有制作电路板套餐腐蚀电路板，使用贴片元件，电路板面积可缩减到现有面积四分之一以下这样可以将电路板放到铝合金方管内，使外观变得更古怪富有特点２、接下来打算编写一个小软件，进一步加工处理数据，给出完整的测试结果及绘制更理想漂亮的放电曲线四、应用—电测试电池容量虽然是“DIY电子负载”，但下面测试结果准确度值得信赖精度不见得比专业电子负载低，因为使用前校对过放电电流采样数据完整，嫌麻烦没∑求和计算电池放电能量接下来打算编写一个小软件，进一步加工处理数据，给出完整的测试结果及绘制更理想漂亮的放电曲线１、SX40相机沣标锂电电池新电池，容量足，放电曲线还可以，寿命多长不清楚，对得起价格２、G9、400D相机原厂锂电电池测试前没补充充电，已经用了几年，电量不减，放电曲线依然不错同时间购买的品胜电池，已经用坏了两块３、品力牌磷酸铁锂电池容量不足，放电曲线非常好这个小AA电池短路电流可达7A（我做过短路试验）使用非常频繁，最近几乎一两天充一次电，用于小台灯、小电钻４、山寨版18650锂电电池容量虚标，放电曲线不理想，小电流使用还可以，价格便宜（10元一节）。
摘要电子负载的原理是控制内功率MOSFET或晶体管的导通量，靠功率管的耗散功率消耗电能的设备，它的基本工作方式有恒压、恒流、恒阻、恒功率这几种。
本设计从直流电子负载系统方案分析入手，详细讨论了整个系统的硬件电路和软件实现，并给出较为合理的解决方案。
为便于控制的实现和功能的扩展，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、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来控制MOSFET的栅极电压，从而达到其内阻变化。
这个控制环路是整个电路的核心实质，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。
控制MOS管的导通量，其内阻发生相应的变化，从而达到流过该电子负载的电流恒定，实现恒流工作模式。
本设计能实现电子负载的恒流控制：能够检测被测电源的电流、电压及功率并由液晶显示。
在额定使用环境下,恒流方式时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。
关键词：电子负载；恒流模式； PI调节器； AD转换； DA转换ABSTRACTThe principle of electronic load is control of transistors inside power MOSFET or the guide flux of power tube, it is a consumption power equipment which depends on the dissipation power of tube, there are four basic working ways that persistence pressure, constant current, the constant resistance, constant power .This design start with the analysis of DC electric load system solutions, it discussed the realization of the whole system detail, and give a reasonable solution. In order to realize the control and the expansion of function conveniently, we adopted the STC89C52 microcontroller as the core controller, and designed the DA output control circuit, AD voltage current detection circuit, keyboard circuit, display circuit and drive circuit, through the coordination between . PI adjuster and negative feedback control loop of the circuit which controlthe grid voltage of MOSFET, so as to change its resistance. The core essences are the op-amp, MOS tube .This design can realize the Constant-current control of the electronic load: it can measured the current, voltage and power of Measured power and the LCD display. If it use situations in rated, no matter the constant-current mode (within a certain range), the electronic load will be based on setting to absorb the current, the current which flows the electronic load will constant.Key words: electronic load; constant-current pattern; PI adjuster; AD transform; DA conversion目录绪论................................................................第一章电子负载系统设计方案 ..........................................1.1电子负载工作原理...............................................1.2系统设计要求...................................................1.3系统总体设计方案论证 ...........................................1.4 系统具体设计方案 ...............................................第二章电子负载硬件系统设计 ..........................................2.1核心处理器的设计................................................2.2显示模块的设计..................................................2.3键盘模块........................................................2.4DA转换模块的选择 (1)2.5采样电路模块 (1)2.5.1 电压采样电路 (1)2.5.2 电流采样电路 (1)2.5.3 输入的模拟量采样 (1)2.6电流取样PI控制器等组成的负反馈控制模块 (1)2.7PI调节器 (1)2.8功率电路模块 (2)2.8.1 电子模拟负载方式的选择 (1)2.8.2 功率耗散MOS管的选型 (1)2.9电源电路的设计 (1)第三章电子负载软件系统设计 (2)3.1电压电流AD采样程序设计 (2)3.2液晶显示子程序 (2)3.3DA转化程序 (2)3.4键盘识别处理程序设计 (2)第四章系统调试 (2)4.1硬件调试 (2)4.2软件调试 (2)4.3软硬件综合调试 (2)第五章结论 (2)致谢 (2)参考文献 (2)附录一整体电路原理图 (3)附录二电子负载设计程序 (3)绪论在人们生活的多个领域都要用到负载测试，如充电电源试验、蓄电池放电试验以及购买电池、电源时等都需要负载测试。
直流电子负载一、基本要求（1）负载工作模式：恒压(CV)、恒流(CC)两种模式可选择。
（2）电压设置及读出范围：1.00 V～20.0 V。
（3）电流设置及读出范围：100 mA ～ 3.00 A。
（4）显示分辨力及误差：至少具有三位数，相对误差小于5%。
二、总体方案论证与设计2.1参数设计方案利用A/D转换把模拟信号转换为数字信号，在利用单片机程控来修改电压电流参数，此方案精确度高，操作技术要求很高，节省时间。
并且用ＤＡ采集显示测量值，比较得出结论。
2.2恒流恒压设计方案1．定电流模式（CC mode）在定电流工作模式时，电子负载所流入的负载电流依据所设定的电流值而保持恒定，与输入电压大小无关，即负载电流保持摄定值不变。
２．定电压模式（CV mode）在定电压工作模式时，电子负载所流入的负载电流依据所设定的负载电压而定，此时负载电流将会增加直到负载电压等于设定值为止，即负载电压保持设定值不变。
２.３电源模块设计电源模块基本电路图２.４单片机模块设计单片机模块基本电路三、测试及分析测试原始数据１.恒流模式数据测量四、附录基本程序恒流模块#include <reg52.h>#include<intrins.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit rs=P2^7;sbit E=P2^6;sbit adwr=P2^5;sbit adrd=P2^4;float adval;long int temp;void delay(uint z) //延时子程序{uint x,y;for (x=z;x>0;x--)for(y=110;y>0;y--);}write_com(uchar com) //写命令{rs=0;P0=com;delay(5);E=1;delay(5);E=0;}write_data(uchar dat) //写数据{rs=1;P0=dat;delay(5);E=1;delay(5);E=0;}init() //液晶初始化{E=0;write_com(0x38);write_com(0x0c);write_com(0x06);write_com(0x01);write_com(0x80+3);}void Display_Resulti(uchar dac) //恒流设定值子程序{float db=0.0;uchar shi=0,ge=0,xs=0,xxs=0; P3=dac;db=dac*3.00/158.00;shi=(int)db/10;ge=(int)db%10;db*=10.0;xs=(int)db%10;db*=10.0;xxs=(int)db%10;write_com(0x80+1);delay(2);write_data('c');delay(2);write_data('u');delay(2);write_data('r');delay(2);write_data('r');delay(2);write_data('e');delay(2);write_data('n');delay(2);write_data('t');delay(2);write_data(0x3a);delay(2);if(shi==0){write_data(0x20);delay(2);}elsewrite_data(0X30+shi);delay(2);write_data(0X30+ge);delay(2);write_data(0x2e);delay(2);write_data(0x30+xs);delay(2);write_data(0x30+xxs);delay(2);}void Display_Resulti1(float adval) //测量电流值子程序{uchar ge,xs,shi,xxs;temp=(long int)(adval*105/51);shi=temp/1000;ge=temp/100%10;xs=temp/10%10;xxs=temp%10;write_com(0x80+0x40+1);delay(2);write_data('C');delay(2);write_data('U');delay(2);write_data('R');delay(2);write_data('R');delay(2);write_data('E');delay(2);write_data('N');delay(2);write_data('T');delay(2);write_data(0x3a);delay(2);if(shi==0){write_data(0x20);delay(2);}elsewrite_data(0X30+shi);delay(2);write_data(0X30+ge);delay(2);write_data(0x2e);delay(2);write_data(0x30+xs);delay(2);write_data(0x30+xxs);delay(2);}void ADC() //启动AD转换{adwr=1;_nop_();adwr=0;_nop_();adwr=1;P1=0xff;adrd=1;_nop_();adrd=0;_nop_();adval=P1;adrd=1;}void main() //主程序{init();TMOD = 0x02; //定时器初始化TH0 = 0x6f;TL0 = 0x00;IE = 0x82;TR0 = 1;while(1) //显示模块{uchar key=0;bit keyflag=1;uint dac=0;Display_Resulti(dac);while(1) //键盘扫描控制显示{ Display_Resulti1(adval);ADC();key=P2&0x0f;switch(key){case 0x0e:if(keyflag){dac=0;Display_Resulti(dac);keyflag=0;}break;case 0x0d:if(keyflag){dac+=10;Display_Resulti(dac);keyflag=0;}break;case 0x0b:if(keyflag){dac-=10;Display_Resulti(dac);keyflag=0;}break;case 0x07:if(keyflag){dac=158;Display_Resulti(dac);keyflag=0;}break;case 0x0f:keyflag=1;break;}}}}恒压模块#include <reg52.h>#include<intrins.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit rs=P2^7;sbit E=P2^6;sbit adwr=P2^5;sbit adrd=P2^4;float adval;long int temp;void delay(uint z) //延时子程序{uint x,y;for (x=z;x>0;x--)for(y=110;y>0;y--);}write_com(uchar com) //写命令{rs=0;P0=com;delay(5);E=1;delay(5);E=0;}write_data(uchar dat) //写数据{rs=1;P0=dat;delay(5);E=1;delay(5);E=0;}init() //液晶初始化{E=0;write_com(0x38);write_com(0x0c);write_com(0x06);write_com(0x01);write_com(0x80+3);}void Display_Resultu1(float adval) //恒压设定值子程序{uchar ge,xs,shi,xxs;temp=(long int)(adval*110/51);temp=temp*4;shi=temp/1000;ge=temp/100%10;xs=temp/10%10;xxs=temp%10;write_com(0x80+0x40+1);delay(2);write_data('V');delay(2);write_data('O');delay(2);write_data('L');delay(2);write_data('T');delay(2);write_data('A');delay(2);write_data('G');delay(2);write_data('E');delay(2);write_data(0x3a);delay(2);if(shi==0){write_data(0x20);delay(2);}elsewrite_data(0X30+shi);delay(2);write_data(0X30+ge);delay(2);write_data(0x2e);delay(2);write_data(0x30+xs);delay(2);write_data(0x30+xxs);delay(2);}void Display_Resultu(uchar dac) //测量电压子程序{float db=0.0;uchar shi=0,ge=0,xs=0,xxs=0;P3=dac;db=dac*20.00/255.00;shi=(int)db/10;ge=(int)db%10;db*=10.0;xs=(int)db%10;db*=10.0;xxs=(int)db%10;write_com(0x80+1);delay(2);write_data('v');delay(2);write_data('o');delay(2);write_data('l');delay(2);write_data('t');delay(2);write_data('a');delay(2);write_data('g');delay(2);write_data('e');delay(2);write_data(0x3a);delay(2);if(shi==0){write_data(0x20);delay(2);}elsewrite_data(0X30+shi);delay(2);write_data(0X30+ge);delay(2);write_data(0x2e);delay(2);write_data(0x30+xs);delay(2);write_data(0x30+xs);delay(2);}void ADC() //启动AD转换{adwr=1;_nop_();adwr=0;_nop_();adwr=1;P1=0xff;adrd=1;_nop_();adrd=0;_nop_();adval=P1;adrd=1;}void main() //主程序{init();TMOD = 0x02; //定时器初始化TH0 = 0x6f;TL0 = 0x00;IE = 0x82;TR0 = 1;while(1) //显示模块{uchar key=0;bit keyflag=1;uint dac=0;Display_Resultu(dac);while(1) //键盘扫描控制显示{ Display_Resultu1(adval);ADC();key=P2&0x0f;switch(key){case 0x0e:if(keyflag){dac=0;Display_Resultu(dac);keyflag=0;}break;case 0x0d:if(keyflag){dac+=5;Display_Resultu(dac);keyflag=0;}break;case 0x0b:if(keyflag){dac-=5;Display_Resultu(dac);keyflag=0;}break;case 0x07:if(keyflag){dac=255;Display_Resultu(dac);keyflag=0;}break;case 0x0f:keyflag=1;break;}}}}。
直流电子负载的设计制作D Z版(总11页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--直流电子负载的设计制作摘要：本设计利用51单片机程控输出数字信号，经过DA转换成模拟量，作为MOSFET功率电路的输入信号。
其中MOSFET功率电路由比较器控制NMOS管导通，形成正负反馈模型，实现了恒压、恒流和恒阻三种模式的切换和设置调节。
AD实时采集输出的恒定信号，传送给单片机，实现数字显示及自动过载保护功能，完成了题目的要求。
三种模式采用手动切换，CV范围扩大为0-30V 左右，CC扩大为0-3A左右，CR范围为1~99欧姆，测量精度小于5%，系统电路简洁，调节快速，且具有过载保护提示，键盘输入设置，LCD实时显示等功能。
关键字：电子负载，单片机，恒流，恒压，恒阻Abstract: In this design, the 51 single-chip outputs digitalsignal ,then DA converts analog which is the input signal of MOSFET power circuit. MOSFET power circuit is controlled by the comparator and NMOS transistor is turned on, the positive and negative feedback model was formed to achieve a constant voltage, constant current and constant resistance three modes switch and set the adjustment. AD acquisits constant output signal ,then it is transmitted to the microcontroller, digital display and automatic overload protection to complete the requirements of the topic. Three modes was designed to be manual switching, the CV extend about 0-30V, CC expanded to about 0-3A, Cr ranges from 1 to 99 ohms, the measurement accuracy is less than 5%, system circuit is simple and fast adjustment, and has overload protection prompts, keyboard input settings, LCD real-time display functions.Keywords: electronic load, microcontroller,constant current,constant voltage,constant resistance目录一、方案论证与设计 (1)1．1整体方案分析设计 (1)模块方案比较 (1)MOSFET功率（恒流恒压恒阻）电路方案选择 (1)主控器模块方案选择 (2)显示模块方案选择 (2)二、电路设计 (2)模拟电路分析设计（各模块仿真图见附录） (2)恒流电路模块 (2)恒压电路模块 (3)恒阻电路模式 (3)自动过载保护模块 (4)数字电路分析设计（数字电路原理图见附录） (4)DA/AD模块 (4)负载参数的可调节和数字化显示的方法 (4)三、软件设计 (4)四、测试方案及测试结果 (4)测试仪器 (4)测试方法 (4)测试数据 (5)恒流模式测试 (5)恒压模式测试 (5)恒阻模式测试 (5)过载保护报警测试 (6)测试结果分析 (6)五、总结 (6)六、参考文献 (6)一、方案论证与设计1．1整体方案分析设计该系统包括主控器、键盘、显示电路、MOSFET功率电路和AD、DA处理电路六个部分。
本科毕业论文基于单片机的电子负载摘要电子负载的原理是控制内功率MOSFET或晶体管的导通量，靠功率管的耗散功率消耗电能的设备，它的基本工作方式有恒压、恒流、恒阻、恒功率这几种。
本设计从直流电子负载系统方案分析入手，详细讨论了整个系统的硬件电路和软件实现，并给出较为合理的解决方案。
为便于控制的实现和功能的扩展，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、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来控制MOSFET的栅极电压，从而达到其内阻变化。
这个控制环路是整个电路的核心实质，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。
控制MOS管的导通量，其内阻发生相应的变化，从而达到流过该电子负载的电流恒定，实现恒流工作模式。
本设计能实现电子负载的恒流控制：能够检测被测电源的电流、电压及功率并由液晶显示。
在额定使用环境下,恒流方式时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。
关键词：电子负载；恒流模式； PI调节器； AD转换； DA转换ABSTRACTThe principle of electronic load is control of transistors inside power MOSFET or the guide flux of power tube, it is a consumption power equipment which depends on the dissipation power of tube, there are four basic working ways that persistence pressure, constant current, the constant resistance, constant power .This design start with the analysis of DC electric load system solutions, it discussed the realization of the whole system hardware circuit and software in detail, and give a reasonable solution. In order to realize the control and the expansion of function conveniently, we adopted the STC89C52 microcontroller as the core controller, and designed the DA output control circuit, AD voltage current detection circuit, keyboard circuit, display circuit and drive circuit, through the coordination between hardware and software, finally, we realized the whole design. PI adjuster and negative feedback control loop of the circuit which control the grid voltage of MOSFET, so as to change its resistance. The core essences are the op-amp, MOS tube here both as a control device and as a power load tested. Controlling the guide flux of the MOS tube, the resistance of the MOS tube will change accordingly, thus the current which flows the electronic load current will constant, At last, we realized constant current work pattern.This design can realize the Constant-current control of the electronic load: it can measured the current, voltage and power of Measured power and the LCD display. If it use situations in rated, no matter how the input voltage change in the constant-current mode (within a certain range), the electronic load will be based on setting to absorb the current, the current which flows the electronic load will constant.Key words:electronic load; constant-current pattern; PI adjuster; AD transform; DA conversion目录绪论 (1)第一章电子负载系统设计方案 (2)1.1电子负载工作原理 (2)1.2系统设计要求 (3)1.3 系统总体设计方案论证 (3)1.4 系统具体设计方案 (5)第二章电子负载硬件系统设计 (6)2.1核心处理器的设计 (6)2.2显示模块的设计 (7)2.3键盘模块 (8)2.4D/A转换模块的选择 (10)2.5采样电路模块 (11)2.5.1 电压采样电路 (12)2.5.2 电流采样电路 (12)2.5.3 输入的模拟量采样 (13)2.6电流取样PI控制器等组成的负反馈控制模块 (14)2.7PI调节器 (15)2.8功率电路模块 (17)2.8.1 电子模拟负载方式的选择 (17)2.8.2 功率耗散MOS管的选型 (17)2.9电源电路的设计 (18)第三章电子负载软件系统设计 (21)3.1电压电流A/D采样程序设计 (22)3.2液晶显示子程序 (22)3.3D/A转化程序 (23)3.4键盘识别处理程序设计 (24)第四章系统调试 (25)4.1硬件调试 (25)4.2 软件调试 (26)4.3软硬件综合调试 (26)第五章结论 (27)致谢 (28)参考文献 (29)附录一整体电路原理图 (30)附录二电子负载设计程序 (1)绪论在人们生活的多个领域都要用到负载测试，如充电电源试验、蓄电池放电试验以及购买电池、电源时等都需要负载测试。
课程设计任务书设计九：直流“电子负载”设计，要求其满足：（1）负载工作模式可切换：恒压（CV）、恒流（CC）；(2) 电压设置范围：1~20V;(3) 电流设置范围：100mA~3A。
指导教师(签名)——————年月日电子负载的原理是控制内功率MOSFET或晶体管的导通量(量占空比大小),靠功率管的耗散功率消耗电能的设备,它能够准确检测出负载电压,精确调整负载电流,同时可以实现模拟负载短路,根据其在电路中表现的特性可分为感性负载、容性负载、阻性负载和混合性负载。
一般开关电源的调试检测是不可缺少的。
电子负载的基本工作模式(CC/CV)是电子负载在电源产品的设计生产中扮演着很重要的角色，然而直到现在它似乎仍然披着神秘的面纱。
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面问题，本文主要介绍直流电子负载。
电子负载一般分为单体电子负载和多体电子负载，此划分针对用户需求，待测物单一或需多个同时测试而定。
电子负载应该有完善的保护功能。
保护功能分为对内（电子负载）保护功能和对外（被测设备）保护功能。
对内保护有：过压保护，过流保护，过功率保护，电压反向和过温保护。
对外保护有：过流保护，过功率保护，吃载电压荷低电压保护。
选择电子负载应该选择是拥有真保护国内的电子负载。
如果功能是由硬件实现的，保护速度会很快。
如果是由软件实现，速度有滞后性，并且模组死机的话将会发生危险。
由于电子负载的特殊性能（提供强大的测试环境，以满足不同的外界需求），故在电子仪器仪表中占有很大的一片市场（主要适用于各种电源、电池、适配器及需要电子负载测试场合），摘要 (4)第一章电子课程设计题目及要求1.题目 (4)2.任务 (4)3. 要求 (4)第二章电子负载基本原理1. 恒压模式电路 (5)2. 恒流模式电路 (6)第三章部分元件介绍1. 三极管的介绍 (8)2. MOS管的介绍 (9)3. 集成运算放大器的工作原理 (10)第四章电路设计与仿真结果1. 恒压模式电路图 (13)1.1 恒压模式最小输出电压1.283V时的仿真结果 (13)1.2 恒压模式最大输出电压22.234V时的仿真结果 (14)2. 恒流模式电路图 (15)2.1 恒流模式最小输出电流235.306mA时的仿真结果 (15)2.2 恒流模式最大输出电流3.429A时的仿真结果 (16)第五章所用元件1. 元件列表 (17)第六章课程小结1 课程小结 (17)2 致谢 (18)3 参考文献 (19)摘要随着电力电子技术、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。
摘要电子负载的原理是控制内功率MOSFET或晶体管的导通量，靠功率管的耗散功率消耗电能的设备，它的基本工作方式有恒压、恒流、恒阻、恒功率这几种。
本设计从直流电子负载系统方案分析入手，详细讨论了整个系统的硬件电路和软件实现，并给出较为合理的解决方案。
为便于控制的实现和功能的扩展，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、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来控制MOSFET的栅极电压，从而达到其内阻变化。
这个控制环路是整个电路的核心实质，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。
控制MOS管的导通量，其内阻发生相应的变化，从而达到流过该电子负载的电流等恒定，从而实现四种工作模式。
本设计能实现电子负载的恒流控制：能够检测被测电源的电流、电压及功率并由液晶显示。
在额定使用环境下,恒流方式时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。
关键词：电子负载；恒流模式；PI调节；单片机控制AbstractThe principle of electronic load is within the control of the power MOSFET or transistor conduction flux, the power dissipated by the power tube power consumption of the device, and its basic operating mode and constant voltage, constant current, constant resistance, constant power these types.The design of system solutions from a DC electronic load analysis, a detailed discussion of the entire system hardware and software, and gives a more reasonable solution. In order to facilitate the implementation and control of the expansion, using STC89C52 microcontroller as the core controller designed DA output control circuit, AD voltage and current detection circuit, keyboard circuit, display circuit and driver circuit, through software and hardware coordination to achieve the entire design. By the op amp, PI regulators and negative feedback control loop to control the MOSFET gate voltage, so as to change its resistance. This control loop is the core substance of the circuit, MOS tube here both as a current control device also serves as the power supply under test load. Control MOS transistor conduction flux, its resistance changes accordingly, so as to flow through the electronic load current is constant, to achieve constant current mode.This design can achieve constant current electronic load control: the ability to detect the measured supply current, voltage and power by the LCD. The rated usage environment, the constant current mode regardless of the input voltage changes (in a certain range), the electronic load to absorb the current according to the set value, the flow through the constant current electronic load.Key words:electronic load; constant-current pattern; PI regulator; SCM control目录第1章绪论 (1)1.1 课题背景与意义 (1)1.2 直流电子负载的应用现状 (1)1.3 直流电子负载发展现状 (2)1.4 系统设计要求 (3)第2章方案论证 (5)2.1 电子负载的工作原理 (5)2.2 总体设计方案论证 (6)2.3 器件选型 (7)2.3.1 单片机的选择 (7)2.3.2 液晶显示模块 (8)2.3.3 D/A转换模块 (9)2.3.4 采样模块 (10)2.3.5 键盘模块 (11)2.3.6 电源电路模块 (11)2.4 软件设计方案 (12)第3章硬件系统设计 (13)3.1 单片机最小系统设计 (13)3.2 显示电路设计 (13)3.3 键盘电路设计 (14)3.4 D/A转换电路设计 (16)3.5 采样电路设计 (17)3.5.1 电流采样电路 (18)3.5.2 电压采样电路 (18)3.6 电源电路设计 (20)第4章软件系统设计 (23)4.1 PID调节原理 (23)4.1.1 PID参数设置 (24)4.1.2 PID设定值的调整 (24)4.2 软件介绍 (26)4.3 主程序流程图 (26)4.4 电压电流采样流程图 (27)4.5 显示子程序流程图 (28)4.6 D/A转换程序流程图 (29)4.7 按键子程序流程图 (30)第5章系统调试 (32)5.1 硬件调试 (32)5.2 软件调试 (33)5.3 软硬件综合调试 (33)第6章总结 (35)参考文献 (36)致谢 (37)附录I (38)附录II (39)附录III (46)第1章绪论1.1 课题背景与意义在人们生活的多个领域都要用到负载测试，如充电电源试验、蓄电池放电试验以及购买电池、电源时等都需要负载测试。
摘 要本系统是基于MSP430单片机控制的电子负载，首先通过比较器将D/A 给定的值和电路中的电流值反馈回来的电压值相比较。
再将比较结果送给功率器件的门极进行控制。
开关管出来的波形经过滤波之后使用电阻消耗功率。
再采样输入电流信号反馈给比较器，从而形成一个闭环系统达到恒流的目的。
系统中用带中文字库的液晶实时显示采样电流，电压和设定值等。
通过独立按键控制电流步进。
AbstractThe system is based on the MSP430 single-chip electronic load, first through the comparator will D/A the given value and the current in the circuit to value feedback voltage value is compared. The comparison of the result to the power device gate control. Switch tube of the waveform is filtered after using the resistance power consumption. Sampling input current signal is fed to a comparator, thereby forming a closed loop system to achieve the purpose of constant flow. System with Chinese character LCD display real-time sampling current, voltage and the setting value. Through the independent button control current step.一、 方案论证 1. 功率消耗方案方案一：采用功率场效应管（POWER MOS ）、绝缘双极型晶体管（IGBT ）等功率半导体器件工作在线性放大区，代替电阻等作为电能消耗的载体。
优点是使得负载的调节和控制易于实现，能达到很高的调节精度和稳定性。
该方案需要多个开关管并联使用，需要外加较大的散热片。
方案二：使用固定阻值功率耗散电阻消耗电路输出功率。
通过控制开关管的PWM 波的占空比控制输入整个系统的电流。
优点是采用功率耗散电阻成本低，而且只需要一个开关管。
开关管工作在完全导通和完全关断状态，开关损耗小、寿命长。
根据以上分析，本设计采用方案二，以实现在低成本的情况下达到题目要求。
2．开关管驱动PWM 波产生方案 方案一：采用TI 公司的开关电源专用芯片TL494产生稳定的PWM 波控制开关管。
TL494内部集成两个误差放大器，通过电压反馈能对PWM 信号的占空比进行调节，从而精确地调整输出电压具有较高的驱动能力，开关管能工作在完全导通或完全截止的理想状态，它包含了开关电源控制所需的全部功能，广泛应用于单端正激、半桥式、全桥式开关电源。
能提供很高的供电质量。
方案二：使用LM358运算放大器将给定电压和整个系统的输入电流反馈回来的电压相比较产生一个PWM 波控制开关管，优点是电路非常简单也能较好的控制开关管导通状态成本非常低，但由于放大器不是理想器件，开关频率不会太高供电质量低谐波大。
但是本设计采用功率耗散电阻消耗功率对供电质量没有要求。
综合考虑采用最简单实用的方案二。
3．采样电阻选择 方案一：采用低电阻值高功率水泥电阻采集干路中的电流信号，散热不易发热严重，温度漂移大影响精度。
方案二：采用电阻值为m /679.0 的康铜丝绕制采样电阻，由于电阻丝很长，利于散Ω==3IUR 热能够承受很大的电流，能够获得精度非常高的采样电阻值。
而且康铜丝温度漂移非常小。
根据以上分析选择方案二。
4．电流采集方案 方案一：采用OPA2340构成三运放减小温度漂移带来的影响，放大采样电阻上的微弱差分电压信号。
由于用碳膜电阻误差能达到5%所以难以十分精确地获得想要的放大倍数和采样精度。
方案二：采用电流并联监控器INA282。
放大微弱电压信号，有效增益50v/v 温度漂移低，供电范围宽广。
具有非常高的准确度，宽共模范围。
外围电路十分简单，系统稳定性高。
根据以上分析采用方案二。
5. 过压保护方案 方案一：采用单片机控制A/D 采集被测电源两端的输出电压信号，一旦电压值超过阀值电压，通过控制D/A 将给定电压调至0V 。
从而关断开关管断开回路，达到保护的功能。
但是一旦被测电源电压超过开关管击穿电压，电路仍然会导通并烧毁电路 方案二：采用单片机控制A/D 采集被测电源两端的输出电压信号，一旦电压超过阀值电压，通过IO 口输出低电平控制三级管驱动继电器。
继电器断开常闭触点，达到电气隔离的目的。
由于使用了24位A/D ，动作电压十分精确。
能够程序控制，十分灵活。
方案三：使用18V 稳压管，继电器、一个按键构成起动、保持、停止简称（起保停电路）典型控制电路。
当电压值超过18V 的时候，18V 稳压管导通，继电器线圈得电并自锁，断开继电器常闭触点。
从而达到过压保护的功能。
当解除过压故障后手动断开继电器线圈电压。
继电器线圈失电并自锁闭合常闭触点，回路导通。
但是稳压管击穿电压并不能十分精确的控制在18V 。
综合考虑选择方案二，简单实用，成本低。
二、 理论分析与计算系统拓扑图1. 功率耗散电阻的选择与计算。
设计系统最低工作电压为3V ，最大电流值为1A 。
被测电源输出功率为3W ，那么功率耗散电阻需要耗散掉3W 的功率。
此时假设占空比为100%开关管完全导通，加在滤波电路前的电压值为3V ，因为有续流二级管分流，所以流过功率耗散电阻的电流最v UIN 10=v U IN 10=WA V UI P 10110=⨯==小为1A ，若经过滤波没有电压损失，加在负载上的电压为3V 。
那么功率耗散电阻的最大值为取一定的裕量功率耗散电阻选为2欧姆，由于功率耗散电阻需要消耗大量的热过大电流 使用大电阻值康铜丝绕制，实际电路中使用20欧姆6安的滑线变阻器代替。
2. 反馈电压参数相关计算。
系统A/D 采样芯片为ADS1255采集电压范围为0-6v 。
电流并联互感器增益为50V/V 所以采样电阻上的电压采集范围为0-120mv 。
电路中的最大电流为1A ，所以根据R I U ⨯=可知采样电阻最大为0.12欧姆，选取一定的裕量设定电阻为0.1欧姆 3. 单闭环控制回路的论证与计算。
设当前被测电源输入电压为， 功率耗散电阻为2欧姆。
系统设定输入电流恒定为1A 培。
采样电阻为0.1欧姆，此时采样电压信号为0.1V 电流并联互感器增益50倍，反馈回比较器的电压为5V 。
那么要使系统平衡，单片机D/A 输出电压值为5V ，当回路中的电流降低时，反馈电压降低。
给定值大于反馈电压，比较器输出高电平，开关管导通。
电压整流后流经功率耗散电阻并消耗，系统中电流增大。
反馈电压信号同时增大，当反馈电压高于5V 时比较器电输出低电平开关管关断。
周而复始产生一个PWM 波控制开关管，反映到示波器上为占空比变化。
当被测输入电压为 功率耗散电阻为2欧姆。
设定输入电流为1A 那么当前功率耗散电阻消耗的功率为 假设当前开关管占空比为100%在单位时间T 内消耗的能量为T PT W 10== 当电压提升为15V 时要维持电路中电流恒定，也就是在单位时间T 内功率消耗电阻上消耗的能量不变。
此时负载输出功率为W A V UI P 151151=⨯==那么假设当前开关管占空比为100%时消耗在电阻上的能量11115T T P W =⨯=要使功率消耗电阻上消耗的能量想等那么导通的时间为1W W = T T 10151=∴T T 321= 开关管占空比为66.6%当时间开关频率非常高的时候在时间T 内消耗的热仍然为10T 那么流过负载上的电流等效为1A 。
实际测试中由于开关管有管压降，滤波电路发热消耗功率，开关管占空比有2%左右的提高在误差允许范围之内。
综上所述电路能够稳定运行，恒定电流。
4.精度分析以及如何提高精度系统精度误差主要来自于温度漂移和电压采集器件A/D的精度所造成温度漂移采用大线径低阻值康铜丝制作，康铜丝温度系数（5ppm/c），可使温度影响减到最小。
测量电压和电流采用24位A/D采压芯片为ADS1255测量负载调整率的时候由于导线上有电阻满载的时候线路上压降大影响电压测量精度，为了降低误差采用较粗的镀锡电源线代替杜邦线降低线路上的压降，提高测试精度。
5.负载调整率的测量负载调整率又叫电流调整率，为电源稳定输出电压对电源负载负载电流的变化（空载-满载）的调整性。
使用单片机控制D/A先使系统工作在空载状态得到电压U1再让系统工作在满载状态（电流为1A）得到此时电压U2得到两次测量的电压差值Ud那么负载调整率应该为Ud除以空载时得到的电压值U1乘以100%为当前电源的负载调整率三、电路与程序设计******程序流程图.....D I .............DAC5616基准源过压保护模块AD 采样模块模拟部分电路图四、测试方案与测试结果1、主要使用和测量仪器六位高精度万用表：型号UT805A直流稳压电源：型号KXN-3040D60MHZ数字示波器UTD2062CE结果分析：1．集成运放的误差我们都是按照理想运放进行分析的，实际上集成运放是非理想的，它的差模电压增益、输入电阻、共模抑制比均不可能无限大。
（1）差模电压增益Avd和差模输入电阻rid为有限值（2）共模抑制比为有限值（3）输入失调电压Vio、输入失调电流Iio和输入偏置电流Iib不为零（4）输入失调电压温漂和输入失调电流温漂的影响2．电流源的电压的稳定性也会造成一定影响，我们也加了滤波电容来减小这种误差；3．万能板飞线的影响。
时间仓促，没有时间制作印刷电路板，我们会尽量减小别的误差来弥补工艺的不足。
结束语：由以上所测得的数据可以看出，用户设定值和实测值之间的误差很小，达到设计要求。
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